Конспект урока с презентацией для 10 класса "Поверхностное натяжение"

Урок  по физике в 10 классе.

Учитель: Полякова Ю.В.

Тема. «Поверхностное натяжение жидкости. Капиллярные явления».

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Цель: сформировать понятие о  силе поверхностного натяжения жидкости, коэффициенте поверхностного натяжения, выучить формулу для определения коэффициенте поверхностного натяжения;

познакомить учащихся с поверхностными и капиллярными явлениями, вывести формулу зависимости высоты подъема жидкости от других параметров, проанализировать её, научить

применять изученные  формулы  при решении задач;

ознакомления учащихся  с применением   изученных  явлений  в повседневной жизни, повышения интереса учащихся к предмету; 

 Используемое оборудование:  компьютер, мультимедийный проектор, таблица коэффициентов  поверхностного натяжения, стакан с водой и мыльным раствором, иголка, рамка с натянутой поперечно нитью.

Ход урока.

 Слайд №1( тема)

Мотивация.

Опыт демонстрируемый учителем ( плавающая иголка на поверхности воды, рамка с ниткой смоченная в мыльном растворе) За счёт каких физических явлений, понятий  мы можем это наблюдать?

Объяснение нового материала учителем в сопровождении с презентацией.

Слайд №2 (объяснение понятия поверхностная энергия)

Внутри жидкости каждая молекула окружена другими такими же молекулами и испытывает притяжение со стороны всех соседних молекул. В этом случае равнодействующая всех сил в среднем равна нулю. Молекулу же на поверхности окружают молекулы жидкости только с одной стороны. Равнодействующая всех сил притяжения со стороны соседних молекул в этом случае отлична от нуля и направлена внутрь жидкости. Таким образом, вблизи поверхности жидкости  на каждую молекулу жидкости со стороны других её молекул действуют силы притяжения, равнодействующая которых направлена внутрь жидкости. Для того, чтобы молекулу жидкости переместить из глубины жидкости в поверхностный слой, она должна совершить работу против сил, действующих в поверхностном слое. Следовательно, каждая молекула вблизи поверхности жидкости обладает дополнительной потенциальной энергией. Этот избыток энергии молекул жидкости, находящихся в поверхностном слое, по сравнению с их энергией внутри остального объёма жидкости, называется поверхностной энергией.  Таким образом, поверхностный слой жидкости находится  в состоянии натяжения и обладает запасом потенциальной энергии. Чем больше поверхность жидкости, тем большее число молекул обладает этой избыточной потенциальной энергией.  Поверхностная энергия пропорциональна площади поверхности S: Uпов ~ S; Uпов = σ S

Слайд №3 (объяснение понятия: коэффициент поверхностного  натяжения жидкости, формулы через поверхностную энергию и силу поверхностного натяжения)

 σ=Uп/S ;σ=F/L [1 Дж/м² = 1 Н/м]

 F- сила поверхностного натяжения, действующая вдоль поверхности жидкости, перпендикулярно  к линии ограничивающей эту поверхность, стремящаяся сократись площадь поверхности .

Опыт Плато№1 на видео ( плавающая капля анелина в  водном растворе соли)

Слайд №4 (проявление сил поверхностного натяжения в природе, водомерка  легко перемещается по поверхности воды)

Опыт №2 на видео (Работа мыльной плёнки) Пусть имеется пленка жидкости (например, мыльная пленка), натянутая на рамку с одной подвижной перемычкой. Под действием силы поверхностного натяжения  перемычка поднимается, а площадь поверхности сокращается.

Слайд №5 (Работа мыльной плёнки, рисунок к задаче)

Решение задачи №637(решает ученик у доски) Сборник задач по физике А.П. Рымкевич , П.А. Рымкевич

С какой силой действует мыльная плёнка на проволоку АВ, если у неё длина  3 см? На сколько изменится поверхностная энергия плёнки, при перемещении проволоки на 2 см? σ=0,04 Н/м

Решение задачи №640 (решает ученик у доски) Сборник задач по физике А.П. Рымкевич , П.А. Рымкевич

Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия  2мм. Масса 40 капель оказалась равной 1,9 г. Каким по этим данным получится значение коэффициента поверхностного натяжения воды?

Слайд №6( Взаимодействие жидкости на границе с твердыми телами) Объяснение понятия смачивания и несмачивания).Смачивание -молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Несмачивание -молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку.

Опыт №2 на видео( Капля воды и ртути на стекле)

Слайд №7(краевой угол) Краевой угол- это угол между  смачиваемой поверхностью и касательной к поверхности жидкости. При полном смачивании краевой угол равняется 0 градусов, а при полном несмачивании 180 градусов.

Слайд №8( образования мениска, при смачивании - вогнутого, при несмачивании- выпуклого)

Слайд №9(Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра)

Опыт №3 на видео(Вода и ртуть в сообщающемся  стеклянном сосуде разного диаметра)

Слайд №10(Расчет высоты столбика жидкости в капилляре.)

 F_т =F_н

F_т=mg=ρhΠr²g

F_н=σ2πr Cosθ

h=2σ Cosθ/ρgr

 Решение задачи №648(решает ученик у доски) Сборник задач по физике А.П. Рымкевич , П.А. Рымкевич

В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на 11 мм, Найти плотность данной жидкости, если коэффициент поверхностного натяжения 22 мН/м.

Итоговое закрепление. Фронтальный опрос.

1.По какой формуле можно рассчитать коэффициент поверхностного  натяжения жидкости?

2. От чего зависит высота подъема жидкости в капиллярах?

3.По какой формуле можно рассчитать высоту поднятия жидкости в капилляре?

4.Что такое капиллярные явления?

5.Приведите примеры явления смачивания несмачивания жидкостью твердой поверхности.

Решение качественных задач, имеющих практическое значение

1.  Почему легко писать чернилами на плотной бумаге, трудно – на промокашке и невозможно на промасленной бумаге? (Волокна целлюлозы на поверхности плотной бумаги хорошо смачиваются водным раствором чернил, но поры бумаги закрыты специальной обработкой при её изготовлении. Поры у промокашки открыты и втягивают в себя чернила – линия расплывается. Поверхность промасленной бумаги не смачивается).

2.  Почему при сушке дров на солнце на конце полена, находящегося в тени, выступают капельки воды. (При нагревании поверхностное натяжение воды уменьшается и становится меньше поверхностного натяжения холодной воды).

3.  Какой тряпкой быстрее соберешь лужу с пола – сухой или влажной? (Влажной. В порах между нитями сухой тряпки находится воздух. Он выходит не сразу, тряпка плохо намокает. Раз, намокнув, после того, как ее отожмут, тряпка быстро впитывает воду).

Слайд №11Применение эффекта капиллярности.

Домашнее задание. № 642,650,652. П.49 составить конспект.

• 1 слайд

  Тема урока:
  « Поверхностное натяжение жидкости. Капиллярные явления».
  

• 2 слайд

  Молекулы в поверхностном слое обладают избыточной потенциальной энергией Uп -поверхностная энергия
  Жидкость приобретает форму сосуда, на границе раздела с газом образует свободную поверхность. Молекулы поверхностного слоя и находящиеся внутри находятся в разных условием.
  

• 3 слайд

  
  
  σ=Uп/S коэффициент поверхностного
  натяжения жидкости.
  σ=F/L
  [1 Дж/м2 = 1 Н/м]
  
  
  F- сила поверхностного натяжения, действующая вдоль поверхности жидкости, перпендикулярно к линии ограничивающей эту поверхность, стремящаяся сократись площадь поверхности .
  Опыт Плато
  

• 4 слайд

• 5 слайд

  Работа мыльной пленки
      Пусть имеется пленка жидкости (например, мыльная пленка), натянутая на рамку с одной подвижной перемычкой (см. рис.) Под действием силы поверхностного натяжения перемычка поднимается, а площадь поверхности сокращается.
  
  Опыт. Работа мыльной плёнки
  

• 6 слайд

  Взаимодействие жидкости на границе с твердыми телами
  а) несмачивание -молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку.
  
  б) смачивание -молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней.
  Опыт. Капля воды и ртути
  

• 7 слайд

• 8 слайд

• 9 слайд

  
  
  
  
  
  Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра
  
  Опыт 1. Опыт 2.
  

• 10 слайд

  Расчет высоты столбика.
  
  Fт =Fн
  Fт=mg=ρhΠr2g
  
  Fн=σ2πr Cosθ
  
  h=2σ Cosθ/ρgr
  

• 11 слайд

  Применение эффекта капиллярности
  Капиллярные явления играют большую роль в природе и технике. Так, подъем питательного раствора по стеблю или стволу растения в значительной мере обусловлен явлением капиллярности: раствор поднимается по тонким капиллярным трубкам, образованным стенками растительных клеток. По капиллярам почвы поднимается вода из глубинных слоев в поверхностные слои. Уменьшая диаметр почвенных капилляров путем уплотнения почвы, можно усилить приток воды к поверхности почвы, т. е. к зоне испарения, и этим ускорить высушивание почвы. Наоборот, разрыхляя поверхность почвы и разрушая тем самым систему почвенных капилляров, можно задержать приток воды к зоне испарения и замедлить высушивание почвы. По капиллярным каналам в стенках зданий поднимается грунтовая вода (в отсутствие гидроизоляции); по капиллярам фитиля поднимаются смазочные вещества (фитильная смазка)
  

• 12 слайд

  Задача
  Глицерин поднялся в капиллярной трубке на 20 мм. Определите поверхностное натяжение глицерина, если диаметр канала трубки 1 мм. Плотность глицерина 1,26.103кг/м3. На какую высоту в этой трубке поднялась бы вода? Плотность воды 103кг/м3 , а ее поверхностное натяжение 7,3.10-2 Дж/м2.
  

• 13 слайд