Коллеги - педагогический журнал Казахстана
Наша библиотека
| Главная » Файлы » В помощь учителю » Физика |
Cила поверхностного натяжения. Каппилярные явления.
| [ · Скриншот ] | 2016-11-01, 7:12 AM |
| КГУ « ОСШ №4 имени Н.К. Крупской г. Балхаша» Занятие факультатива « Математическая обработка результатов физического эксперимента». учитель Рязанова Н.Н. Класс:10 Дата:21.04.16 Тема: « Сила поверхностного натяжения. Капиллярные явления» . Цель: развитие естественнонаучной грамотности учащихся. Ожидаемые результаты: Учащиеся повторят свойства поверхностного слоя жидкости и понятие о коэффициенте поверхностного натяжения; Рассмотрят примеры капиллярных явлений с точки зрения биологии, химии и физики; Смогут применить знание формулы о поднятии жидкости в капилляре в решении задач; Усовершенствуют навыки в проведении экспериментов и объяснении полученных результатов; Смогут провести наблюдение явлений и сделать выводы. Ход занятия. 1.Мотивация. Здравствуйте, ребята и уважаемые гости! Размышляя над сегодняшним занятием, я подумала, как умно природа устроила мир. Это свойство можно описать так: « Единство в многообразии и многообразие в единстве». Сегодня и мы попытаемся разобраться в этом, но для начала я прошу вас посмотреть эксперименты. 1.Опыт ( 5 стаканов с подкрашенной водой и салфетки)., рядом стопка белых салфеток . Объясните, что произошло с салфетками. 2. Проволочное кольцо с ниткой и мыльный раствор. Объясните эксперимент. Как выдумаете, о чем пойдет сегодня речь на уроке? Тема: « Сила поверхностного натяжения. Капиллярные явления2. Основной этап. Как вы думаете, что важнее, сила поверхностного натяжения или капиллярные явления? На этот вопрос, я думаю, мы сможем ответить в конце нашего занятия. Так как наша тема очень большая и для ее изучения нам нужна коллаборативная среда, обстановка сотрудничества, мы разделимся на группы. (Раздаю карточки, разрезанные в виде геометрических фигур разного цвета, сложив которые получатся фамилии ученых и их открытия. ) Рассаживаются на предложенные места. Какие же группы у нас получились? Соберите карточки вместе , и вы увидите фамилии ученых , а также их заслуги. Капиллярные явления впервые были открыты и исследованы Леонардо да Винчи(1561г), Борелли - Жюреном, (18 век) в опытах с капиллярными трубками. Теория капиллярных явлений была развита в работах П. Лапласа (1806 г.) ( слайд ). Ребята, это ученые внесшие вклад в изучение поверхностных свойств жидкости. Мозговой штурм. У каждой группы на столе лежит лист бумаги и маркеры, а также листочки с темой с вашего задания. Используя учебник , вы должны создать схему ответа с помощью стратегии КМ « Фишбоун» по следующем принципу: голова рыбы- тема, ребра- причины и факты, хвост-вывод. Время работы 3 минуты. Защита 1 мин 1 группа « Поверхностный слой жидкости» 2 группа « Поверхностное натяжение» . 3группа « Сила поверхностного натяжения». Приводят примеры из жизни: насекомые на воде, плывущие листья, водные жуки Давайте подведем итог. Так какие же процессы происходят в поверхностном слое жидкости? Что такое свободная энергия? Приведите примеры проявления силы поверхностного натяжения из окружающего нас мира………………….. Эксперименты. Давайте проверим с помощью эксперимента , как ведут себя молекулы жидкости и твердых тел. По описаниям проведем экспериментальную проверку явлений смачивания и не смачивания, краевого угла. 1 группа. Опыт со стеклом на котором часть пространства покрыта стеарином, другая часть чистая , пипетка , вода (В некоторых случаях силы притяжения между молекулами жидкости и твердо¬го тела оказываются большими, чем силы притяжения между молекулами самой жидкости. В этом случае говорят, что жидкость смачивает твердое тело. Если же силы притяжения между молекулами жидкости больше сил притяжения молекул твердого тела и молекул жидкости, то говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела.) 2 группа. Объяснение появления лапласова давления на искривленных поверхностях жидкости. Сообщающиеся капиллярные сосуды заполняются покрашенной водой, стакан с водой. Почему уровни поднятия жидкости различны? Рассмотрите поверхность жидкости в этих капиллярах. Что они вам напоминают? Как, по-вашему, с каким уже известным явлением это связано? (В тонком сосуде уровень жидкости выше. Поверхность изогнута в виде серпа. В лупу мы рассмотрели поверхность столба ртути, он ведет себя иначе. Там поверхность выгнута ). Изогнутая поверхность жидкости называется мениском. Вводит понятие «мениск» mensos-лунный серп. Вывод. Высота поднятия зависит от диаметра сосуда. Чем тоньше сосуд, тем выше высота поднятия жидкости в трубке.) Хорошо. Экспериментально мы установили, от каких параметров и как зависит высота поднятия жидкости в капилляре. Теперь попробуем установить теоретическую зависимость. Примем, что поверхность жидкости внутри капиллярной трубки имеет строго сферическую форму, радиус которой = r капилляра. Если поверхность жидкости сферическая, то возникает разность давлений. Эту разность давлений называют лапласовым давлением. Опыт :Сложим две стеклянные пластинки так, чтобы был маленький зазор. Объясните полученную картину. Проведите эксперимент. Смочите несколько стеклянных пластинок и, поочередно, сдавливайте их. А теперь попробуйте их разъединить. Получилось? Объясните это. (Причина – отрицательное лапласово давление под вогнутой поверхностью жидкостной пленки между пластинами, в результате чего давление в жидкости оказывается меньше внешнего атмосферного; создается разность давлений, на пластинки действует сдавливающая сила). Таким способом можно склеивать стекло. Историческая справка. Говорят, что после второй мировой войны в Италии, в Турине, было решено провести Всемирный автосалон (ставший теперь уже традиционным). Для его проведения был сооружен огромный павильон, для хорошего освещения которого крышу планировалось сделать стеклянной. Решили соорудить крышу из отдельных склеенных между собой внахлест стеклянных листов. За несколько часов до открытия праздника крыши еще не было. Все в панике. Успех мероприятия был спасен талантливым архитектором Нерви, предложившим склеить стекла… водой. Что сейчас проделали и вы. Вывод. Давление на поверхности жидкостей в капиллярах может быть меньше атмосферного (смачивание) или же ниже атмосферного (несмачивание). 3 группа. Явление смачивания (или несмачивания) твердого тела жидкостью приводит к появлению капиллярного эффекта. Капилляром называется тонкая трубка, вставленная в сосуд с жидкостью. Капиллярный эффект связан с тем, что в зависимости от того, смачивает жидкость стенки капилляра или нет, внутри капилляра поверхность жидкости приобретает соответственно вогнутую или выпуклую форму. В первом случае давление внутри жидкости уменьшается по сравнению с внешним, и она поднимается внутри капилляра (см. рис.1). А во втором - это давление возрастает, что приводит к опусканию уровня жидкости в капилляре по отношению к её уровню в сосуде (см. рис.2). Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются. Жидкость поднимается, до тех пор, пока сила поверхностного натяжения не уравновесит силу тяжести. Для смачивающей жидкости Но радиус кривизны жидкости R связан с радиусом капилляра r: R=r / cos θ , где θ - угол краевой, т.е. высота подъёма в капилляре равна Самый распространенный пример капиллярного явления – это впитывание влаги обыкновенным полотенцем или бумажной салфетки. Вода с рук уходит на полотенце или бумажную салфетку за счет подъема жидкости по тонким волокнам, из которых они состоят. 3 группа. Домашнее Мини-исследование « Оценка качества впитывания влаги» :фломастеры, салфетки или полотенца для вытирания рук производитель из Казахстана, штатив, лапка, вода Производитель Высота поднятия жидкости (см) Рассчитанный по формуле радиус капилляра Оценка качества впитывания влаги Уважаемые производители! Я, Сергеева Настя ученица КГУ ОСШ №4 им. Н.К, Крупской г. Балхаша в ходе исследования по определению качества впитывания влаги бумажными салфетками, бумажными полотенец, разных производителей Республики Казахстан, хочу отметить, что салфетки , которые вы производите, обладают высоким качеством впитыванию влаги. Спасибо вам за ваш труд! С уважением Сергеева Настя Физкультминутка.(слайд) А знаете ли вы, что в организме человека тоже есть капилляры?. Диаметр каждого капилляра в 50 раз меньше диаметра человеческого волоса, а его длина менее 0,5 мм. В теле взрослого человека имеется до 160 миллиардов капилляров. Общая длина капилляров достигает 60000 – 80000 км. Через каждый квадратный миллиметр поперечного сечения сердечной мышцы с среднем проходит до 2000 капилляров. Так давайте сделаем маленькую разминку, чтобы бегущая по капиллярам кровь, обогатила наш мозг кислородом, и мы смогли бы и дальше также успешно работать. (Звучит музыка).Разминка, делаем массаж мочек ушей, надавливание точек на лбу от носа вверх, трясем руками и ногами, массаж тыльной стороны головы и волосяной поверхности. Ну а теперь давайте продолжим работу и решим задачу по нашей теме. Второй пример – это горение свечки. Топливо поступает по фитилю за счет движения по волокнам фитиля, как по капиллярным трубкам. В живых организмах, как вы знаете, именно капилляры являются важной частью кровоснабжения. Для растений крайне важно движение воды в почве. Почва имеет рыхлое строение, и между ее частицами находятся промежутки. Эти промежутки представляют собой капилляры, по которым вода снабжает растения необходимой влагой и питательными солями. Пример из техники. Строителям приходится учитывать подъем влаги из почвы по порам строительных материалов. Если этого не учесть, то стены зданий отсыреют. Для защиты фундамента и стен от таких вод используют гидроизоляцию. Решение вычислительных задач по группам 1 группа. Два мыльных пузыря с радиусами 10 и 5 см выдуты на разных концах одной трубки. Найти разность давлений внутри пузырей. Что будет происходить с размерами пузырей, если их предоставить самим себе? Решение задачи №5. Дано: R1 = 10 см = 0,1 м; R2 = 5 см = 0,05 м. Δр - ? Решение. Давление р внутри мыльного пузыря р = р0 + рИ, где р0 – атмосферное давление, рИ – избыточное давление, создаваемое искривленным поверхностным слоем мыльной воды. Очевидно, что рИ = 2 , (σ – поверхностное натяжение мыльной воды). Множитель 2 поставлен потому, что мыльная пленка имеет две поверхности – внешнюю и внутреннюю. Тогда уравнение примет вид р = р0 . Для первого и второго пузырей уравнение можно записать в виде р1 = р0 , р2 = р0 . Тогда разность давлений внутри пузырей Δр = р2 – р1 = ; Δр = (Па). Из расчетов видно, что давление внутри малого пузыря больше, чем внутри большого. Следовательно, воздух будет переходить из малого пузыря в большой. Объем малого пузыря будет уменьшаться, а большого увеличиваться. Ответ: 1,6 Па σ= 7,28•10-2Н/м Ответ: h1= 4,8см, m1=4,6мг 2группа. В стебле пшеницы вода по капиллярам поднимается на высоту 1 м. определите средний диаметр капилляра. Решение задачи : Дано: Решение: h =1 м По определению σ= 72,8•10-2 Н/м , следовательно: g = 10 Н/кг p=1000 кг/м3 d -? Ответ: d = 0,03мм 3 группа: Какое усилие надо приложить для отрыва проволочного кольца радиуса R=5см и масса m=4г с поверхности воды? Решение задачи: Дано: Решение: R=5•10-2м σ = 7,28•10-2Н/м m=4•10-3кг p=1000кг/м3 F-? Ответ: F=2,7•10 -2 Н Качественные задачи. Обсудим значение смачивания в промышленности и в быту. Для начала, рассмотрим знакомый всем бытовой при¬мер – мытьё рук. Вы, конечно же, знаете, что мыть руки лучше тёплой водой и с мылом. Давайте разберемся почему. Если вы моете руки холодной водой, то следует понимать, что у воды достаточно большой коэффициент поверхностного натяжения, а это значит, что вода будет плохо смачивать ладони. Для того чтобы уменьшить коэффициент поверхностного натяжения воды, мы увеличиваем температуру воды (с увеличением температуры воды коэффициент поверхностного натяжения уменьшается), и пользуемся мылом, которое содержит поверхностно активные вещества, сильно уменьшающие коэффициент поверхностного натяжения воды. Как результат, смачивание ладоней намного лучше. Эффекты смачивания так же работают при использовании клея. Склеивание деревянных, резиновых, бумажных и других поверхностей тоже основано на взаимодействии между молекулами жидкости и молекулами твердого тела. Любой клей в первую очередь должен смачивать склеивающие поверхности. Еще один пример – это пайка. Она тоже связана со свойствами смачивания. Чтобы расплавленный припой (сплав олова и свинца) хорошо растекался по поверхности спаиваемых металлических предметов, нужно эти поверхности тщательно очищать от жира, пыли и оксидов. Те из вас, кто занимался пайкой деталей на уроках труда, хорошо знают, что прежде чем что-либо паять, нужно очистить от нагара жало паяльника, иначе припой не будет к нему приставать. Примером применения смачивания в живой природе могут служить перья водоплавающих птиц. Эти перья всегда смазаны жировыми выделениями из особых желез, что приводит к тому, что перья этих птиц не смачиваются водой. Толстый слой воздуха, запасаемый таким образом в перьях утки, служит хорошим тепло изолятором. 3. Этап рефлексии. Вернемся к нашему вопросу: что важнее, сила поверхностного натяжения или капиллярные явления? 4. Заключение. В заключении нашего занятия я всем присутствующим хочу пожелать здоровья, счастья, благополучия. Аман сау, бақыт зор байлық, тілейміз! | |
| Просмотров: 1000 | Загрузок: 0 | | |
Пятница, 2024-04-19, 5:26 PM
Приветствую Вас Гость
Приветствую Вас Гость
Форма входа |
|---|
Категории раздела | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Социальные закладк |
|---|
Поиск |
|---|
Друзья сайта |
|---|
Теги |
|---|
Статистика |
|---|