                      ^
ЦЕЛЬ:
Образовательная: ознакомить учащихся с проявлением действия сил поверхностного натяжения (в том числе на примере подъема жидкости в капиллярных трубках) ; раскрыть их природу
Развивающая: развивать умение учащихся сравнивать и делать выводы, выполнять лабораторную работу исследовательского характера; развивать навыки самостоятельности, формировать потребность в получении знаний в повседневной практической деятельности
Воспитательная: формирование сознательной дисциплины в работе группами во время опытов; создать предпосылки для самообразования; повышение интереса к предмету.
Оборудование: №1: а) стакан с холодной водой, пластилин;
б) пипетка;
№2: мыльный раствор, проволочный каркас;
№3: мыльный раствор, соломинка;
№4: стаканы с холодной и горячей водой, пластилин;
№5: спичка, лезвие, кусочек мыла, вода в чашке Петри;
№6: спичка, лезвие, кусочек сахара, вода в чашке Петри;
№7: стакан с водой, пипетка, стекло, парафин;
№8:сообщающиеся сосуды с капиллярами различных диаметров;
бумага и маркеры (фломастеры)
задания для групп:
1 группа. Лаборатория ГИДРОСТАТИКИ.
На поверхность воды в стакане аккуратно положите шарик из пластилина диаметром 2-3мм. Зарисуйте вид поверхности с шариком на ней.
^
2 группа. Лаборатория ГИДРОДИНАМИКИ.
Опустите в мыльный раствор проволочный каркас с нитью посередине. Выньте каркас из раствора и проколите ручкой пленку с одной стороны от нити. Какую форму примет нить и почему? Зарисуйте.
3 группа. Лаборатория ИССЛЕДОВАНИЯ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ.
Выдуйте из мыльной воды пузырь диаметром 1,5-2 см. Наблюдайте, что с ним происходит. Сделайте рисунок.
4 группа. Лаборатория ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ.
Исследуйте зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры. Скатайте из пластилина шарик диаметром 2-3мм. Положите его сначала на поверхность холодной воды, затем горячей. Зависит ли коэффициент поверхностного натяжения воды от температуры? Сделайте рисунки.
5 группа. Лаборатория ХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ №1.
На поверхность воды в сосуде настрогайте с деревянной части спички мелкие стружки. Прикоснитесь к поверхности воды кусочком мыла. Как ведут себя стружки? Зарисуйте.
6 группа. Лаборатория ХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ №2.
На поверхности воды в сосуде настрогайте с деревянной части спички мелкие стружки. Прикоснитесь к поверхности воды кусочком сахара. Как ведут себя стружки? Зарисуйте.
7 групп. Лаборатория ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА.
Капните из трубочки маленькую капельку воды на стекло. Какую форму она приобрела? Зарисуйте.
Капните капельку воды на кусочек парафина. Зарисуйте её форму. Сравните с первым опытом.
8 группа. Лаборатория ИССЛЕДОВАНИЯ КАПИЛЛЯРНЫХ ЯВЛЕНИЙ
Рассмотрите сообщающиеся капилляры, наполненные водой. Зарисуйте, как установились уровни воды в трубках. Обратите внимание на уровень воды у стенок трубок. Учтите это наблюдение в рисунке.
Ход урока.
Организационный момент: а) проверить готовность рабочих мест (маркеры, фломастеры); б) раздать оборудование по группам (см. оборудование, лист бумаги, карточки с заданиями).
1) Вступительное слово.
2) Занимательная история из жизни водомерки (читают двое учащихся).
Ведущий: Вы, конечно, много раз видели насекомых, живущих на поверхности различных водоёмов? (картинка) Это водомерки. Они совершенно свободно бегают по воде, хотя тяжелее воды, и, что удивительно, не тонут. Только вода под ними слегка прогибается. Всё дело в поверхностном слое жидкости, который обладает целым рядом необычных свойств.
Если бы водомерка могла поделиться с нами заботами и трудностями своей удивительной жизни, то мы могли бы стать свидетелями, например, такой драматической истории. Познакомимся с ней и объясним физические явления.
Водомерка. Хватайте его, хватайте, пока не убежал.
Ведущий. Кого хватать, уважаемая водомерка?
Водомерка. Вон того жука с короткими надкрылками… На воде он, на воде.
Ведущий. Чего он натворил, а, водомерка, может он не нарочно?
Водомерка. Я ему покажу – не нарочно. Ах, озорник, ах хулиган… Давно я за ним гоняюсь. Дворничихой я на озере работаю. Участок мой – это озеро… Уж так следишь, так следишь,… Посмотрите какая всюду чистота. На нем покрытие особенное, уж так над ним дрожишь, так оберегаешь – только бы не повредить… на цыпочках скользишь. Нам и обувь специальную выдают, в счет спецодежды – две пары. Я их не снимаю никогда. Вот на концах четырех задних ног волоски короткие, густые, густые, я их жиром смазываю из специальных железок.
Ведущий. Простите, водомерка, зачем вам необходим жировой слой на концах лапок?
Водомерка. Чтоб не смачивались водой, и покрытие не разрушали – оно только чуть под ними прогибается.
Ведущий. А почему вам, водомерка, выдали только две пары специальной обуви – у вас же три пары ног?
Водомерка. Передними я уборку делаю. Целый день на ногах. Каждую букашечку с покрытия снимаю.
Ведущий. О каком покрытии вы все говорите? Что-то я не замечал (а) никакого покрытия на воде…
Водомерка. Тонкое оно – вот и не замечали. Все озера сверху водяной плёночкой покрыты, и реки тоже, и моря.
Ведущий. Если плёнка тонкая, то её порвать нетрудно. Так, может быть, этот жучок действительно порвал её нечаянно?
Водомерка. Нечаянно? Да её и нарочно не так-то просто порвать. Это очень хорошее покрытие. Родичи мои, морские водомерки, пишут мне: живем, мол, в открытом океане, бури бывают. А покрытие хоть бы что. В Сырдарье водомерки живут, в Вахше… Течение там, знаете какое? А плёнка цела.
Ведущий. Но как же умудряется этот маленький жучек её порвать?
Водомерка. У него на конце брюшка пузырёк спрятан. Начнёшь к нему подбираться – он тут же: кап-кап… Капельки по воде растекаются – покрытия как не бывало. Снаружи не видно, а попадёшь на это место – сразу провалишься.
Ведущий. Этот маленький жучёк таким способом защищается от преследователя. Так сказать, химический способ защиты…
Водомерка. Защиты? Это химическое хулиганство. Выходит, защищая себя, можно портить покрытие…
Из рассказа можно понять, что поверхностный слой жидкости обладает какими-то особенными свойствами. Нам предстоит на опытах выяснить эти свойства и на основе результатов попытаться объяснить их на качественном уровне.
Сегодня мы с вами будем сотрудниками НИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ, отделение молекулярной физики.
Мы разделимся на 8 групп – 8 лабораторий. Каждая группа получит своё задание: карточка, на которой будет описан опыт (надо провести опыт и сделать рисунок). На проведение опытов (+ рисунок) 5 – 7 минут.
ТБ при работе со стеклом и лезвием.
Объяснение учителя с привлечением ученических зарисовок (от каждой группы один человек поясняет:
что делали,
наблюдения –рисунок,
вывод .
1) Особенности поверхностного слоя.
Наблюдения показывают, что поверхность жидкости под действием молекулярных сил самопроизвольно сокращается.
Это можно видеть на примерах:
шаровая поверхность (см. фото 1) капель росы на листьях;
слияние двух малых капель в одну при соприкосновении;
опыты с мыльными пленками.
Отчет лаборатории №3 (соломинка – мыльный пузырь).
ДО ПОСЛЕ
Так как шар имеет минимальную поверхность при заданном объеме, то факты образования сферической формы жидкости или слияния двух капель в одну свидетельствует о самопроизвольном сокращении поверхности жидкости в процессе ее перехода в равновесное состояние.
^
Молекулы внутри жидкости притягиваются соседними молекулами, находящимися со всех сторон, следовательно, молекулярные силы притяжения полностью скомпенсированы. Равнодействующая сила в среднем равна 0.
^
Под действием сил притяжения молекулы поверхности втягиваются внутрь, число молекул на поверхности уменьшается и ее площадь стягивается.
В результате процесса сокращения поверхности жидкость переходит в состояние равновесия. В этом состоянии силы притяжения молекул поверхностного слоя внутрь жидкости уравновешиваются силами отталкивания, действующими на них со стороны молекул, лежащих под поверхностью жидкости.
Отчет лаборатории №1. (2 опыт – рисунок капли).
Капелька воды как будто бы заключена в эластичный мешочек, по мере ее увеличения образуется сужение – шейка – и капля отрывается. В действительности, ничего, кроме воды в капле нет, но сам поверхностный слой воды ведет себя как растянутая мыльная пленка.
В своем стремлении сократиться поверхностная пленка придавала бы жидкости сферическую форму, если бы сила тяжести не прижимала жидкость ко дну сосуда или другой твердой поверхности.
Чем меньше капля, тем большую роль играют поверхностные силы по сравнению с тяготением (роса; в невесомости без сосуда).
Отчет лаборатории №1. (1 опыт – рисунок – пластилин).
Поверхность жидкости похожа на упругую пленку, которая прогибается под пластилиновым шариком.
В рассказе о водомерке речь шла именно об этом «покрытии» (фото 2)
2) ^ .
Можно считать, что сокращение поверхности жидкости под влиянием притяжения ее молекул происходит так, как если бы вдоль ее поверхности действовала сила и вызывала ее сокращение. Эту силу называют силой поверхностного натяжения.
Отчет лаборатории №2. (каркас с мыльной пленкой).
( Сила действует вдоль касательной к поверхности жидкости)
ДО ПОСЛЕ
Если проводить опыты с каркасами различных размеров, то можно обнаружить, что отношение силы поверхностного натяжения к длине линии, ограничивающей поверхность жидкости, для пленки данной жидкости величина постоянная. Это отношение характеризует данную жидкость.
F
σ = — ; σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости.
l
3) От чего он зависит?
От рода жидкости. Поверхностное натяжение зависит от сил молекулярного взаимодействия и принимает разные значения для разных жидкостей.
Отчет лаборатории №4. (от температуры)
Холодная вода
Горячая вода
С повышением температуры плотность пара над жидкостью возрастает (благодаря усилению процесса испарения), а плотность жидкости уменьшается (хотя и не
столь существенно, как для пара). В результате, разность в их плотностях уменьшается, а, следовательно, уменьшается и разница в молекулярных взаимодействиях в граничащих фазах.
Если при малой плотности газа (по сравнению с плотностью жидкости) можно было пренебречь взаимодействием молекул поверхностного слоя с молекулами пара , то теперь это взаимодействие становится все заметнее.
Отчет лаборатории №5 и №6. (от примеси, химического состава).
ПОСЛЕ (с сахаром)
ДО
ПОСЛЕ (с мылом)
4). ^
Отчет лаборатории №7. (парафин, стекло)
С Т Е К Л О П А Р А Ф И Н
Смачивание – явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела и приводящее к искривлению поверхности жидкости у поверхности твердого тела.
Когда происходит смачивание или несмачивание?
Полотенце
Гусь из воды
Чернила
Для чего нужно учитывать это явление?
При склеивании
Паяние
Окрашивание тел
Смазывание трущихся деталей
При конструкции космических кораблей (в состоянии невесомости смачивающая жидкость будет растекаться по стенкам сосуда, несмачивающая – собираться большой каплей внутри сосуда).
5). ^
Отчет лаборатории №8.
Узкие цилиндрические трубки с диаметром около миллиметра и менее называют капиллярами (лат. – «волос»).
Если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимается по стенке трубки над уровнем жидкости, при этом тем выше, чем уже трубка. В случае несмачивания - наоборот.
6) применение капиллярных явлений (в быту, природе) - самостоятельно.
Проникновение питательных веществ из почвы в растения;
Подъем влаги из глубоких слоев почвы;
Строительная практика;
Применение полотенец, салфеток, марли и т.д.
IV. Закрепление.
Вопросы
Какие силы создают поверхностное натяжение?
Приведите примеры, подтверждающие существование поверхностного натяжения.
Почему поверхностное натяжение зависит от температуры?
Домашнее задание: Сб. (Рымкевич) №593, №594.
V. Вопросник. (отвечаем, опираясь на опыт и знания)
Что произошло бы с жидкостью, заполняющей часть сосуда, закрытого пробкой и находящегося на искусственном спутнике Земли
В чистом стеклянном стакане налито некоторое количество воды. Как она расположится, если стакан с водой попадет в условия невесомости?
Почему чернилами нельзя писать на жирной бумаге?
Между рядами посевов стремятся чаще рыхлить почву, разрушая тем самым образующуюся корку. Почему этот вид работ часто называют «сухим поливом»?
Почему уменьшаются размеры мыльного пузыря, если перестать дуть в трубку, на конце которой держится пузырь?
Почему маленькие капли росы на листьях некоторых растений имеют форму шариков, тогда как на листьях других растений роса растекается тонким слоем?
Почему расплавленный жир плавает на поверхности воды в виде кружков?
Перья водоплавающих птиц покрыты тончайшим слоем жира, который не смачивается водой. Какую пользу приносит этот жирный налет птицам?
|
