Смачивание и капиллярные явления

Урок-исследование по физике в 10 классе

Смачивание и капиллярные явления

Алсуфьева Наталья Львовна,
учитель физики ГБОУ лицей №384
Кировского района Санкт-Петербурга

Тип урока: конструирование новых знаний путем исследования.

Технология урока:

Цель урока: изучить важные и любопытные свойства и явления природы – явления смачивания, несмачивания, капиллярные явления.

Задачи урока:

Осмысление учащимися характера взаимодействия жидкостей разного рода с твердыми телами;
Совершенствование экспериментальных навыков учащихся;
Развитие навыков учащихся формулировать выводы, вытекающие из результатов проведенных экспериментов;
Применение полученных предметных знаний для решения качественных и количественных задач.

Планируемые результаты достижений учащихся:

1. Предметные:

· Сформировать понимание причин проявления капиллярных явлений на основе межмолекулярных взаимодействий жидкости с твердым телом, а также - на основе возникновения избыточного давления.

· Осознавание важности капиллярных явлений для живой природы.

2. Личностные УУД

формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки;
формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию;
формирование устойчивых познавательных интересов.

3. Метапредметные УУД:

Познавательные:

Развитие умений определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать;
Развитие навыков самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное, по аналогии) и делать выводы.

Коммуникативные УУД

Умение осознанно использовать речь в соответствии с задачей взаимодействия для выражения своих мыслей,
Умение планировать и регулировать как свою, так и совместную деятельность;
Умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с сверстниками;

Регулятивные УУД

Умение самостоятельно определять необходимые действие(я) в соответствии с учебной и познавательной задачей и составлять алгоритм их выполнения;
Умение определять самостоятельно и совместно с сверстниками критерии планируемых результатов и критерии оценки своей учебной деятельности;
Умение систематизировать (в том числе выбирать приоритетные) критерии планируемых результатов и оценки своей деятельности;
Умение отбирать инструменты для оценивания своей деятельности, осуществлять самоконтроль своей деятельности в рамках предложенныхусловий и требований;
Умение находить достаточные средства для выполнения учебных действий в изменяющейся ситуации или при отсутствии планируемого результата;

Оборудование:

Мультимедийное оборудование, карточки – задания на парту, оборудование к каждому заданию: стекляные пластинки, емкость с подкрашенной водой, пипетка, узкие стекляные трубки (капилляры).

Лабораторное оборудование: штатив, емкость с подкрашенной водой, набор материалов для измерения диаметра капилляров (тканевая ветошь, газетная полоска), линейка.

Ход урока:

Цитата урока

...жидкое состояние характеризуется сцеплением частиц, отсутствующим в газах и парах. Сцепление жидкостей выражается в капиллярных явлениях...

Дмитрий Менделеев

...она <формула — примечание> действительна независимо от того, какими причинами обусловлено возникновение кривизны поверхности.

Альберт Эйнштейн

Учитель:Мы продолжаем знакомиться со свойствами жидкости и сегодня рассмотрим «поведение» жидкостей при взаимодействии с твердыми телами.

А еще узнаем, как по-разному могут выглядеть жидкости в очень тонких трубках – капиллярах (лат. capillus – волос)

Явления смачивания и несмачивания.

Учащимся предлагается выполнить карточку-задание 1:

Выполните задание:

Возьмите на парте стеклянную пластинку, часть которой покрыта слоем парафина
С помощью пипетки поместите на каждую часть пластинки капли чистой воды
Пронаблюдайте за ними
Чем они отличаются?
Сделайте рисунок в тетради.

Опыт 1(Слайд 5)

Краевой угол(Слайд № 6)

Смачивание можно охарактеризовать краевым углом углом θ – углом между плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к поверхности жидкости, проходящей через точку, лежащую на границе свободной поверхности.

Слайд № 7. Жидкость смачивает твердое вещество, если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества.

В этом случае краевой угол острый.

Жидкость не смачивает твердое вещество, если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества.

В этом случае краевой угол тупой.

Полное смачивание

При полном смачивании краевой угол θ = 0⁰. В этом случае жидкость растекается по всей поверхности твердого тела.
При полном несмачивании краевой угол θ = 180⁰. Капля жидкости на горизонтальной поверхности в этом случае должна иметь форму шара.

Капиллярные явления

С явлением смачивания – несмачивания, а также с поверхностным натяжением тесно связано явление капиллярности.

Учащимся предлагается выполнить карточку-задание 2:

Выполните задание:

Возьмите тонкую стеклянную трубку и опустите ее в сосуд с водой
Опишите наблюдаемое явление
Сделайте рисунок в тетради.

Опыт 2 (Слайд 10)

Мениск.(Слайд 11)

Поверхность жидкости в капиллярах принимает форму, близкую к полусфере. Такую поверхность называют мениск

У смачивающих капилляр жидкостей мениск вогнутый и они будут в капилляре подниматься.
У жидкостей, не смачивающих капилляр, мениск выпуклый. Такие жидкости будут в капилляре опускаться.

Опыт 3

Опыт 4

Кроме того, высота подъема (опускания) жидкости зависит от диаметра трубки: чем тоньше капилляр, тем больше высота поднятия (опускания) жидкости.

Опыт 5

По высоте подъема смачивающей жидкости в капилляре можно определить диаметр капилляра.

Учащимся предлагается выполнить карточку-задание 3:

Выполните задание:

Возьмите полоски газетной бумаги и хлопчатобумажной ткани, закрепите их на штативе
Нанесите на полоски метки уровня погружения и опустите их в емкость с подкрашенной водой
Дождитесь прекращения поднятия воды в полосках, выньте их из воды
Измерьте линейкой высоты поднятия в них воды

Высота подъема (опускания) жидкости в капилляре.

Вдоль границы поверхностного слоя на стенки капилляра со стороны смачивающей жидкости действует сила поверхностного натяжения Fн , направленная вниз.

По III закону Ньютона такая же по модулю сила Fв , направленная вверх, действует на жидкость со стороны стенок капилляра.

Поднятие жидкости прекращается, когда сила Fн уравновешивается с силой тяжести, действующей на поднятый столбик жидкости. Для случая полного смачивания ( θ = 0⁰ ) получаем:

Выполните задание:

По полученной формуле рассчитайте радиус, а затем диаметр, капилляров бумаги и хлопчатобумажной ткани.

Домашнее задание:

Учебник В.А. Касьянова «Физика. 10 класс», § 65
Задача №2 после § 65
Оформить в тетради для лабораторных работ работу № 7 «Изучение капиллярных явлений», используя записи заданий, выполненных на уроке.