Конспект урока "Смачивание и капиллярные явления"

Урок №______

Группа: _________

Тема: Смачивание. Капиллярность. Капиллярные явления в быту, природе и технике.

Цели урока:  способствовать формированию представления  о свойствах жидкости, об особенностях поверхностного слоя, смачивании, капиллярных явлениях;  раскрыть понятия: «внутреннее давление», «смачивание».

 Задачи урока:    

Образовательная:  дать понятие об особенностях агрегатного состояния вещества, научить умению сопоставлять общие и отличительные признаки различных агрегатных состояний Развивающая:  развивать мышление, внимание, умение выделять главное;

Воспитательная:  воздействовать на познавательную активность учащихся через применение разнообразных форм организации занятия  .

 Тип урока: урок овладения новыми знаниями.

Межпредметная связь: химия, гидравлика.

Учебно-методическое оснащение урока: 1.  Физика: учебник для 10 классов естественно-математического направления общеобразовательных школ\ Б.Кронгарт, В. Кем, Н. Койшыбаев. – Алматы: Мектеп, 2010.

2 Персональный компьютер, мультимедийный проектор, экран.

Ход урока.

1.Орг. момент. Готовность учащихся к уроку. Приветствие учащихся .

-Учащиеся образуют группы, выбирая понравившийся цвет (фишка). По цвету фишки образуют группу. Преподаватель напоминает о правилах работы в группе. Учащиеся распределяют роли в группе. Выбирают спикера группы.

2.Повторение пройденного материала.       

С целью актуализации имеющихся знаний по теме занятия, студенты отвечают на вопросы преподавателя: 

Какие агрегатные состояния вещества Вы знаете?

  Назовите вещество, которое часто можно видеть в трех агрегатных состояниях.

  Тело сохраняет свой объем, но меняет форму.

В каком агрегатном состоянии находится вещество, из которого состоит тело? (Слайды)

 Имеет ли жидкость свою форму? Какую форму принимают капли жидкости в невесомости?  Каким свойством жидкости пользуются, когда изготавливают посуду из расплавленного стекла? 

Почему при подаче бензина в бензобак автомобиля (на бензоколонке) скорость перекачивания не должна превышать 3 - 5 м/с? 

Можно ли сжать жидкость?  Почему легкие насекомые - водомерки - могут быстро скользить по поверхности воды, как конькобежцы по льду, а если бы вода была абсолютно чистой, то и мы могли бы кататься на коньках по ее поверхности? 

Почему водоплавающие птицы держатся на воде и не мерзнут даже в холодной воде? В чем причина их гибели при загрязнении воды нефтью?  Почему фундамент кирпичных домов покрывают горячим битумом или рубероидом?

3. Изучение темы урока. Сообщение темы урока. Учащиеся записывают тему урока в тетрадь. Постановка цели урока совместно с учащимися.

Работа в группе.

1)Преподаватель подзывает к себе спикеров групп и даёт им задание. Спикер должен объяснить свой группе полученное задание.

2)Группы получают текст по теме урока и обсуждают его в группе. Каждый учащийся в группе должен рассказать, о чём идёт речь в тексте.

3) Составляют краткий конспект. .

Смачивание поверхности

Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление Δp. Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе разреза длиной 2πR и сил избыточного давления, действующих на площадь πR² сечения (рис. 3.5.4). Условие равновесия записывается в виде 

σ2πR = ΔpπR2.

Отсюда избыточное давление внутри капли равно 

(капля жидкости).

Рисунок 3.5.4. Сечение сферической капли жидкости

Избыточное давление внутри мыльного пузыря в два раза больше, так как пленка имеет две поверхности: 

(мыльный пузырь).

Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела (взаимодействием с молекулами газа (или пара) можно пренебречь). Если эти силы больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом θ, характерным для данной пары жидкость – твердое тело. Угол θ называется краевым углом. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то краевой угол θ оказывается тупым (рис. 3.5.5). В этом случае говорят, что жидкость не смачиваетповерхность твердого тела. При полном смачивании θ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.

Рисунок 3.5.5. Краевые углы смачивающей (1) и несмачивающей (2) жидкостей

Капиллярные явления.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются.

На рис. 3.5.6 изображена капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности ρ. Верхний конец капилляра открыт. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести  действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей F_н сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: F_т = F_н, где F_т = mg = ρhπr²g, F_н = σ2πr cos θ.

Отсюда следует: 

Рисунок 3.5.6. Подъем смачивающей жидкости в капилляре

При полном смачивании θ = 0, cos θ = 1. В этом случае 

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода практически полностью смачивает чистую поверхность стекла. Наоборот, ртуть полностью не смачивает стеклянную поверхность. Поэтому уровень ртути в стеклянном капилляре опускается ниже уровня в сосуде.

Музыкальная физминутка.

4.Закрепление пройденного материала.

1) Учитель подзывает спикеров групп и даёт задание перевести на казахский язык термины: смачивание, капилляры, капиллярные явления, внутреннее давление.

Учащиеся в группе работают, после друг друга проверяем.

1) Учащиеся составляют вопросы по шаблону.

1.Назовите …

2. Объясните …

3.Где применяется …

4.Ответьте почему …

5. Сравните …

2) Задают друг другу вопросы попутно оценивания ответ каждого учащегося.

3) Решение задачи. Выброс на доску. Работа в группе

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

2. На какую высоту поднялась жидкость капиллярной трубке радиусом 0,5 мм, если   плотность данной жидкости 800 кг/м³ и  ее коэффициент поверхностного натяжения 22 мН/м.

5. Рефлексия. Игра крестики и нулики. Учащиеся образуют 2 группы. Задают вопросы друг другу.

6. Домашнее задание. с.       . Повторить.

Задача №1
За счёт какого источника энергии поднимается жидкость в капилляре? Как высота подъёма жидкости в капилляре зависит от его диаметра?

Ответ: За счёт внутренней энергии жидкости. Высота подъёма жидкости в капилляре обратно пропорциональна диаметру капилляра.

Задача №2
Почему смачивающая жидкость образует в капиллярах вогнутый мениск, а несмачивающая – выпуклый?

Ответ: Смачивающая жидкость образует в капилляре вогнутый мениск, так как сила притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела больше силы притяжения между молекулами жидкости. А несмачивающая жидкость образует в капилляре выпуклый мениск, поскольку сила притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела меньше силы притяжения между молекулами жидкости.

Задача №3
Выясните опытном путём, смачивается ли водой резина, алюминий, чугун, стеарин (свеча), листья комнатных растений (герань, фиалки, фикусы…), органическое стекло, фарфор, пластилин и т.д. Самостоятельно сформируйте таблицу и занесите в неё полученные результаты. Поясните результаты. Будет очень замечательно, если данные таблицы вы сопроводите рисунками ;-)

Задача №4
Почему трудно снять с руки мокрую перчатку?

Задача №5
Почему жировые пятна на одежде не удаётся смыть водой? Что нужно сделать, чтобы избавиться от жирного пятна?

---

Задача №6
Проделайте следующий опыт: на поверхность воды набросайте мелких опилок (нарежьте мелко спички), коснитесь воды кусочком мыла. Что наблюдаете? Повторите опыт, коснувшись воды кусочком сахара. Результаты опытов поясните.

Задача №7
Если мыло уменьшает поверхностное натяжение воды, то почему мы выдуваем мыльные пузыри, а не водяные? Какими свойствами жидкости объясняется прочность мыльной плёнки? Что происходит с мыльной плёнкой, когда она лопается? Куда она девается?

7. Выставление оценок за урок. Поощрение учащихся за работу на уроке.