Урок "Поверхностное натяжение жидкостей"

План-конспект занятия

Раздел                                 Молекулярная физика

Тема урока                  Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение жидкости. Смачивание и капиллярность.

Количество часов       2 (90 минут)

Цели занятия:

Обучающая                  Восприятие и первичное осмысление учебного материала; формирование понятий: поверхностное натяжение, коэффициент поверхностного натяжения, явления смачивания капиллярности.

Развивающая

Развитие логического мышления, умения анализировать условия задачи и применять вычислительные навыки при решении

Воспитательная

Формирование умения организовывать собственную деятельность. Выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; воспитание настойчивости и целеустремленности, любознательности, умения применять полученные знания.

Вид занятия                 Изучение нового материала

Оснащение урока:

1.                 Наглядные пособия: приборы и материалы для демонстрации опытов

2.                 Экран

3.                 Компьютер

4.                 Проектор

5.                 Слайды в виде презентаций

I.                  Организационный момент (Готовность студентов к занятию)

II.               Изложение нового материала

В окружающем нас мире наряду с тяготением, упругостью и трением действует ещё одна сила, на которую мы обычно не обращаем внимания. Эта сила действует вдоль касательной к поверхности всех жидкостей. Она сравнительно мала, но играет немаловажную роль в природе.

Демонстрация опыта 1.

Можно ли налить в стакан воду с горкой?

Демонстрация опыта 2.

Осторожно положить швейную иглу на поверхность воды. Поверхностная плёнка прогнётся и не даст игле утонуть. По этой же причине легкие насекомые – водомерки – могут быстро скользить по поверхности воды, как конькобежцы по льду.

Демонстрация опыта 3.

Прогиб плёнки не позволяет выливаться воде, осторожно налитой в достаточно частое решето. Ткань – это то же решето, образованное переплетением нитей. Поэтому ткань не промокает мгновенно.

Любая жидкость в свободном состоянии стремится сократить площадь поверхности до минимума, т.е. приобретает форму шара. Чем меньше капелька, тем большую роль играют поверхностные силы по сравнению с силами тяготения. Поэтому маленькие капельки росы близки по форме к шару, дождевые капли почти тоже шарообразны. В космическом корабле, находящемся в невесомости, шарообразную форму принимают не только отдельные капли, но и жидкости большей массы.

      

Появление сил поверхностного натяжения можно объяснить следующим образом. Молекулы воды или другой жидкости, притягиваясь друг к другу, стремятся сблизится. Каждая молекула на поверхности притягивается остальными молекулами, находящимися внутри жидкости, и поэтому имеет тенденцию к погружению вглубь. Т.к. жидкость текуча из-за перескоков молекул из одного «оседлого» положения в другое, то она принимает такую форму, при которой число молекул на поверхности минимально. А минимальную форму поверхности имеет шар.

Силой поверхностного натяжения называют силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпедикулярно к линии, граничивающей эту поверхность, и стремится сократить её до минимума.

Коэффициентом поверхностного натяжения называют величину равную отношению модуля силы поверхностного натяжения, действующей на длину границы поверхностного слоя, к этой длине.

              

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы граничащих сред и от температуры.

Задача 1

С какой силой действует мыльная плёнка на проволоку АВ, если длина проволоки 3 см, а коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора 0,04 Н/м?

Дано	СИ 0,03 м	Решение
		F=0,04 Н/м·0,06 м = 0,0024 Н
F-?		Ответ: F=2,4 мН

III.            Первичное закрепление нового материала.

Вопросы:

1.                  Какие силы действуют на каплю воды?

2.                  Почему капля воды отрывается от пипетки?

3.                  Какие силы действуют на каплю воды во время падения?

4.                  Почему капельки росы и брызги имеют почти шарообразную форму?

5.                  Почему теннисный шарик в стакане с водой притягивается к краю стакана?

6.                  От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения?

IV.             Изложение нового материала

Форма поверхности жидкости, соприкасающейся с твёрдым телом, зависит от того, какие силы притяжения больше. На границе жидкостей с твёрдыми телами наблюдается два случая:

1.      Если сила взаимодействия между молекулами твёрдого тела и жидкости больше, чем между молекулами жидкости, то возникает смачивание.

2.      Если сила взаимодействия между молекулами твёрдого тела и жидкости меньше, чем между молекулами жидкости, то возникает несмачивание.

 

Мени́ск — искривление свободной поверхности жидкости вследствие её соприкосновения с поверхностью твёрдого тела или (реже) другой жидкости. Образуется в каналах и порах, около стенок сосудов, у края тел, помещённых в жидкость.

Смачивание имеет важное значение в промышленности и быту. Хорошее смачивание необходимо при крашении, стирке, обработке фотографических материалов, нанесении лакокрасочных покрытий и др. Склеивание деревянных, кожаных, резиновых и других материалов. Со свойствами смачивания связана пайка.

Под капиллярными явлениями понимают подъём или опускание жидкости в узких трубках – капиллярах.

Смачивающая жидкость (например вода в стеклянной трубке) поднимается по капилляру. При этом, чем меньше радиус трубки, тем на большую высоту она поднимается.

Жидкость, не смачивающая стенки капилляра ( например ртуть в стеклянной трубке), опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде.

                          

          

      

F=mg             

m=ρV           F=ρgV            V=h·

                                                                               

Тела, пронизанные большим числом тонких каналов, активно впитывают в себя жидкости. Необходимо только, чтобы жидкости смачивали поверхность тела. Именно по этой причине полотенце впитывает в себя воду при вытирании рук. В фитиле керосиновой лампы керосин непрерывно поднимается по капиллярам вверх, где и сгорает.

В технике как один из способов подвода смазки к деталям машин применяют иногда фитильный способ подачи масла.

Обычные кирпичи – пористые тела, они хорошо впитывают влагу. Поэтому кирпичные дома в своей нижней части должны быть изолированы от влаги. Для этого фундамент здания покрывают горячим битумом или обкладывают толем.

Благодаря многочисленным капиллярам в почве вода поднимается к поверхности и интенсивно испаряется. Это ведёт к потере влаги, необходимой растениям.

Задача 2

Найдите коэффициент поверхностного натяжения воды, если в капилляре диаметром 1 мм она поднимается на высоту 32,6 мм.

Дано hв=28,8 мм ρв=1000 кг/м3 d= 1 мм	СИ 28,8 10-3 м 146·10-3 м 1·10-3 м	Решение

                                                             Ответ:

Задача 3

Спирт поднялся по капиллярной трубке на высоту 53 мм, а вода – на высоту 146 мм. Определить плотность спирта.

Дано hс=55 мм hв=146 мм ρв=1000 кг/м3 σв=0,072 Н/м σс=0,021 Н/м	СИ 53·10-3 м 146·10-3 м	Решение

ρ_с-?                                                                 Ответ: ρ_с≈774кг/м³

V.                Вторичное закрепление нового материала

Раздать тестовые задания

V.      Задание на дом

В.Ф. Дмитриева «Физика»

§§ 4.1-4.4

VI.            Итог занятия

Анализ проделанной работы.

Тест по теме        «Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение жидкости»

Вариант 1

1.         Чем вызвано поверхностное натяжение жидкости?

А. Притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.

Б. Отталкиванием молекул поверхностного слоя от молекул внутри жидкости.

В. Действием на молекулы жидкости силы тяжести.

2.         От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения жидкости?

А. Только от рода жидкости и наличия примесей.

Б. Только от температуры жидкости.

В. От рода жидкости, её температуры и наличия примесей.

3.         В каком из сосудов вода смачивает капилляр (см. рис.)

А. 1 и 2

Б. 3

В. 1 и 3

4.         При погружении в воду капиллярной стеклянной трубки радиусом R жидкость в трубке поднялась на высоту h над уровнем жидкости в сосуде. Какой будет высота подъёма жидкости в стеклянной трубке радиусом 3R?

А. 3h

Б. h / 3

В. Не изменится

Тест по теме        «Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение жидкости»

Вариант 2

1.        Какую форму принимает жидкость в условиях невесомости?

А. Жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится.

Б. Жидкость принимает форму шара.

В. Определённого ответа дать нельзя.

2.        Изменится ли коэффициент поверхностного натяжения жидкости, если длина поверхностного слоя жидкости увеличится в 2 раза?

А. Увеличится в 2 раза.

Б. Уменьшится в 2 раза.

В. Не изменится.

3.        В каком из сосудов вода не смачивает капилляр (см. рис.)

А. 1

Б. 3 и 2

В. 1 и 3

4.        При погружении в воду капиллярной стеклянной трубки радиусом R жидкость в трубке поднялась на высоту h над уровнем жидкости в сосуде. Какой будет высота подъёма жидкости в стеклянной трубке радиусом R / 2?

А. 2h

Б. h / 2

В. Не изменится