Конспект урока

с использованием информационно-коммуникационных технологий.

Предмет: ФИЗИКА

Тип урока: изучение нового материала.

Тема: « МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ. ПОВЕРХНОСТНОЕ     НАТЯЖЕНИЕ»

Продолжительность: 1 урок, 45 минут.

Класс: 10 профильный

Учитель: Третьякова Лада Вячеславовна.

Школа: МОУСОШ №7, г. Североморск.

Аннотация:

Данный урок  рассматривается в теме «Молекулярная физика», профильный уровень, 10 класс (учебник «Физика 10», профильный уровень, под ред. А.А. Пинского, О.Ф. Кабардина). Применение проблемного и частично-поискового метода позволяет активизировать мыслительную деятельность обучающихся, даёт школьникам возможность  выявлять причинно-следственные связи, существующие в процессах,  способствует формированию умения делать научно обоснованные выводы.

Использование ИКТ решает проблему дефицита наглядных пособий, повышает эффективность изложения нового материала, позволяет активизировать учебно-познавательную деятельность и экономить время благодаря опорным схемам.

Практической реализацией этой темы является лабораторная работа по теме «Измерение поверхностного натяжения». Учащиеся после наблюдения проблемных опытов пытаются вместе с учителем объяснить явления, происходящие на поверхности жидкости. Для этого разбираем молекулярно-кинетическую теорию поверхностного натяжения. С помощью демонстраций выводим зависимость силы поверхностного натяжения от длины контура, вводим коэффициент поверхностного натяжения. Рассматриваем практическую значимость теории, наблюдаем образование капель, капиллярные явления, рассматриваем смачиваемость, выводим формулу высоты жидкости в капиллярах. Во второй части урока ребята получают исследовательские задания. Наиболее успешные решения защищают у доски, получая патент на изобретение.  По результатам проверки решения закрепляющих задач урока, последующих проверочной и лабораторной работ, делаю вывод, что урок достиг своих целей, полученные обучающимися знания прочные, психологическая атмосфера на уроке была комфортная и доброжелательная. Урок в целом прошел в хорошем темпе, был достаточно динамичным.

Цели  урока:

• используя мультимедийные средства, ознакомить учащихся с        закономерностями возникновения сил поверхностного натяжения;
• организовать деятельность обучающихся по формированию знаний о  силах поверхностного натяжения и их природе.
• сформулировать принципы смачивания и несмачивания, сформировать умения применять эти принципы в ходе решения задач.

• содействовать развитию у обучающихся умений анализировать и сравнивать результаты экспериментов, самостоятельно формулировать выводы, выяснять условия, при которых возникает смачивание или несмачивание;
• помочь формированию умения работать по алгоритму. Продолжить формирование навыков работы с компьютерными моделями.     
• способствовать формированию мировоззрения путем раскрытия методов науки: теория-эксперимент-практика.

Оборудование:

1. электронный плакат  «Молекулярная физика», ч.I.;
2. набор для демонстрации поверхностного натяжения, капилляры;
3. мультимедийный проектор;
4. презентация Microsoft PowerPoint “Модель строения жидкостей. Поверхностное натяжение”(автор Третьякова Л.В.)

План урока:

1 блок:  проблемные опыты - постановка учебной задачи.
2 блок:  объяснение явления на основе МКТ,  количественная характеристика явления.
3 блок:  исследовательская работа в группах.

4 блок: демонстрация следствий (образование капель,  смачивание,  капилляры) - с использованием презентации (электронный плакат « Молекулярная физика»,  ч.I).
5 блок: практическая рефлексия.

Понятия урока:

Формируются понятия об особенности жидкого состояния вещества,  поверхностного  натяжения,  коэффициента  поверхностного натяжения,  краевого  угла,  смачиваемости,  капилляров.

Применение проблемного и частично-поискового метода позволяет активизировать мыслительную деятельность обучающихся, даёт школьникам возможность  выявлять причинно-следственные связи, существующие в процессах,  способствует формированию умения делать научно обоснованные выводы.

Использование ИКТ решает проблему дефицита наглядных пособий, повышает эффективность изложения нового материала, позволяет активизировать учебно-познавательную деятельность и экономить время благодаря опорным схемам.

Ход урока.

1 блок. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение.

           Активизация мыслительной деятельности. Физический  словарик.
Капилляр от лат. Capillaris – волос, волосной.
Мениск – от греч. Meniskos - лунный серп.
          Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости – шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без  сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такой же плотности, жидкость принимает естественную, шарообразную форму.
Для изучения физического явления не обязательно пользоваться дорогими и сложными  приборами.  Физика всюду вокруг нас. Например, сидя за чайным столом, можно побеседовать  на тему о физике поверхностей. Прибором в данном случае может служить чашка чаю или стакан воды. Первый взгляд на чай, налитый в чашку, подтверждает известное положение, что жидкость своей формы не имеет, а принимает форму сосуда, в который она налита. Поверхность жидкости не зависит от формы сосуда – она представляет собой гладкую, как зеркало, плоскость. Но и это не совсем так: форма  поверхности жидкости концентричная поверхности земного шара. Приглядитесь повнимательнее – у краев поверхность жидкости приподнята и образует вогнутую форму.  

Еще более заметное проявление того же свойства жидкости: если опустить в чашку ложку, то можно увидеть, что поверхность жидкости искривлена в местах соприкосновения ложки с жидкостью и, во-вторых, между ложкой и стенкой чашки жидкость приподнята по сравнению с уровнем в широкой части.       

Чем ближе будет ложка к стенке чашки, тем выше поднимется уровень жидкости в узкой части.В процессе обсуждения вопросов: “Почемуу краев поверхность жидкости приподнята и образует вогнутую форму? Почему между ложкой и стенкой чашки жидкость приподнята по сравнению с уровнем в широкой части? ” приходим к выводу, что эти явления объединяет два обстоятельства:

 1.Явление происходит на поверхности воды.

           2.На предметы, находящиеся на поверхности, действуют силы со стороны жидкости.

2 блок.

Продолжая обсуждение, подводим учащихся к мысли, что молекулы поверхностного слоя взаимодействуют друг с другом с большей силой и обладают дополнительной энергией по сравнению с молекулами нижних слоев. Затем проводим экспериментальную проверку на опытах с мыльными пленками  и формулируем определения:

• Способность жидкости сокращать свою поверхность называют поверхностным натяжением.
• Силы, действующие вдоль поверхности жидкости, перпендикулярно к линии, ограничивающей эту поверхность, называют силами поверхностного натяжения.

            Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной поверхности. Жидкость, в отличие от газов, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или паром) образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Молекулы в пограничном слое жидкости, в отличие от молекул в ее глубине, окружены другими молекулами той же жидкости не со всех сторон. Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем взаимно скомпенсированы. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости (силами, действующими на данную молекулу жидкости со стороны молекул газа можно пренебречь). В результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости. Если молекула переместиться с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу.

Далее совместно с учениками обсуждаем вопрос: “От чего зависит сила поверхностного натяжения?” Чтобы ответить на этот вопрос, проводим демонстрационный эксперимент с проволокой разной длины на основании которого учащиеся делают вывод: чем больше длина проволоки, тем больше сила поверхностного натяжения. Затем формулируем определение:

Физическую величину, равную отношению силы поверхностного натяжения к длине линии, ограничивающей поверхность жидкости, называют коэффициентом поверхностного натяжения.

Чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (т. е. увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратитьположительную работу внешних сил ΔA_внеш, пропорциональную изменению ΔS площади поверхности:

                                      ΔA_внеш = σΔS,

 где σ -коэффициент поверхностного     натяжения.

Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу.

В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м²) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м²).

Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Потенциальная энергия E_p поверхности жидкости пропорциональна ее площади:

                                        E_p = A_внеш = σS.

Акцентирую внимание учащихся на физическом смысле коэффициента поверхностного натяжения: “Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины линии, ограничивающей жидкость”       (открыть с помощью InternetExplorer).

3 блок:Практическая работа № 1. (Групповая работа)

Изучение формы жидкости в естественных условиях.
Приборы и материалы: медная, стеклянная, парафиновая пластинки,  вода, масло подсолнечное.
Содержание и метод выполнения работы.
Всякая жидкость, освобожденная от действия тяжести, принимает свою естественную форму – шарообразную. Падающие капли дождя принимают форму шариков, дробинки – застывшие капли расплавленного свинца. Искривленную поверхность жидкости называют мениском.
Вода, попавшая на покрытую жиром поверхность, образует шаровидные капли, а по чистому стеклу растекается. Ртуть на стекле, собирается в отдельные капли.
В данной работе предлагается рассмотреть поверхности жидкостей при взаимодействии с различными твердыми телами.

Порядок выполнения работы.

1. Поместите каплю масла и воды на медную, стеклянную, парафиновую пластинки.
2. Рассмотрите и зарисуйте формы капель.
3. Сделайте вывод о взаимодействии молекул жидкости и твердого тела.
4. Результаты занесите в таблицу:

5. Сделайте вывод о форме поверхности жидкости.

4 блок:

Анализируя форму капель, делаем вывод, что сумма сил, действующих на поверхностные молекулы, направлена внутрь жидкости. Под действием этих сил число молекул на поверхности стремится к минимуму, поэтому капля имеет сферическую форму. Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (т. е. от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости.

Явление смачивания - несмачивания.

Мы привыкли, что чернила хорошо впитываются в бумагу, нас не удивляет, что вода хорошо пропитывает ткань. Так происходит потому, что эти жидкости хорошо смачивают большинство предметов. Но вода, к примеру, не смачивает жирные поверхности. Ртуть же, в противоположность воде, совсем не смачивает стекло. Она собирается на его поверхности в виде капелек, в то время когда вода растекается тонким слоем. В чем причина явления смачивания?

Тот факт, что вода стремится занять как можно большую площадь поверхности стекла, свидетельствует о более сильном притяжении молекул воды к молекулам стекла, чем молекул воды друг к другу. В случае с ртутью все наоборот: ее молекулы друг к другу притягиваются сильнее, чем к молекулам стекла. Ртуть потому и собирается в каплю, что в этом случае все ее молекулы находятся как можно ближе друг к другу. 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 смачиваетповерхность 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. В этом случае говорят, что жидкость не смачиваетповерхность твердого тела.  При полном смачивании θ = 0°,  при полном  несмачивании  θ =180°    (открыть с помощью InternetExplorer).

Демонстрируя слайды, посвященные смачиванию, выясняем, что это явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами  твердого тела, приводящее к искривлению поверхности и вводим понятие краевого угла.

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

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

                                                                                                       2σ

                                                                                                   h= —      

                                                                                                        ρgr

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.

С помощью электронного плаката   (открыть с помощью InternetExplorer)

демонстрируем опыт с капиллярными трубками разного радиуса. Делаем вывод,  что под капиллярными явлениями понимается изменение высоты уровня жидкости в узких трубках – капиллярах и предлагаем учащимся привести примеры капиллярных явлений (кровеносные сосуды, влага в почве, гигроскопичность веществ).  

 Опыт 1.

 Изучение зависимости между высотой поднятия жидкости hи диаметром капилляра d. (открыть с помощью InternetExplorer),    (электронный плакат  «Молекулярная физика», ч. I.)

Выводы:

- в каждом капилляре вода поднималась выше уровня воды в сосуде;

 -в каждом из них вода поднималась на разную высоту, т.к. диаметр капилляров разный.

-чем тоньше капилляр, тем выше высота подъема жидкости.

Опыт 2.(подготовлен по предварительному заданию)

Определение зависимости между высотой поднятия жидкости  hи температурой  жидкости t.

Для опыта был выбран капилляр диаметром 4 мм. Измеряя высоту столба жидкости в капилляре через каждые 10 градусов при остывании жидкости, получили следующие результаты:

Если представить в виде графика:

Вывод:Между высотой поднятия жидкости в капилляре и её температурой существует линейная зависимость.

5 блок:

Практическая рефлексия.

1.Обращаемся к записи основных понятий темы.

2.Задачи № 17, 18, 20,21, 22, 38 . Обучающиеся работают в группах по 4 человека, 1 задача на группу   (открыть с помощью InternetExplorer).

3.Предлагаю  сконструировать  "действующую модель" капилляра при помощи сосуда с водой и двух стеклянных пластинок.

  В сосуд с водой опустим две стеклянные пластинки. Поскольку стекло смачивается водой, то вблизи поверхности пластинки водная поверхность в сосуде искривится. Вода как бы "прильнет" к стеклам, пытаясь "всползти" по ним вверх (рис. 1). Вы видите, что искривление водной поверхности происходит как на внешней, так и на внутренней стороне пластинок. Приближая стекла друг к другу (см. рисунки 2, 3), мы сблизим искривившиеся водные поверхности, и нижние их части сомкнутся уже выше уровня воды в сосуде (см. рисунки 3, 4). Получается, что мы сконструировали "действующую модель" капилляра.

Экспериментальные задания (проводятся на следующем уроке).

Для закрепления материала проводим в кабинете информатики виртуальную лабораторную работу:

«Измерение поверхностного натяжения»  (открыть с помощью Internet Explorer).

Домашнее задание: 1.  §22, 23.

2. Сочинить познавательные задачи о свойствах поверхности жидкости, оформить их на картонных карточках с решением или в электронном виде, указав Интернет-ссылки, если материал к задаче был найден в Интернет  (по желанию).

Литература к уроку:

1.М.И. Блудов.  Беседы по физике. Ч.1 – М., Просвещение, 1984.

2.http://www.college.ru/physics/courses/op25part1/design/index.htm

3. электронный плакат  «Молекулярная физика»,  ч.I.;

4. учебник «Физика 10», профильный уровень, под ред. А.А. Пинского,  О.Ф. Кабардина