Цель урока:
Используя мультимедийные средства, ознакомить учащихся с закономерностями возникновения сил поверхностного натяжения, продолжить формирование представлений о единстве и взаимосвязи явлений природы, овладение методами научного исследования.
Оборудование:
Набор для демонстрации поверхностного натяжения, капилляры, мультимедийный проектор и Web-камера, презентация Microsoft PowerPoint “Поверхностное натяжение”, виртуальные лабораторные работы.
План урока:
1 блок: проблемные опыты, постановка учебной
задачи.
2 блок: объяснение явления на основе МКТ,
количественная характеристика явления.
3 блок: демонстрация следствий – образование
капель, смачивание, капилляры с использованием
презентации.
4 блок: исследовательская работа в группах.
5 блок: виртуальные лабораторные работы.
Ход урока
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. На втором уроке проводим виртуальные лабораторные работы, демонстрирующие закономерности поверхностного натяжения.
1 блок:
При помощи веб-камеры демонстрируем проблемные опыты по разбеганию крошек пробки на поверхности воды под действием мыльного раствора <Рисунок 1> и разрывание капель масла спиртом. В процессе обсуждения вопросов: “Почему крошки пробки “разбегаются” под действием мыльного раствора? Почему капля масла “взрывается” под действием спирта?” приходим к выводу, что эти явления объединяет два обстоятельства:
- Явление происходит на поверхности воды.
- На предметы, находящиеся на поверхности, действуют силы со стороны жидкости.
Рисунок 1
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 <Рисунок 2> 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.
Рисунок 2
Далее совместно с учениками обсуждаем вопрос: “От чего зависит сила поверхностного натяжения?” Чтобы ответить на этот вопрос, проводим демонстрационный эксперимент с проволокой разной длины <Рисунок 3> 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.
Рисунок 3
Акцентируем внимание учащихся на физическом смысле коэффициента поверхностного натяжения: “Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины линии, ограничивающей жидкость”.
3 блок:
Используя полученные знания, учитель предлагает проанализировать различные явления, показанные в презентации “Поверхностное натяжение”.
Анализируя фотографии 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.
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. Затем, показывая соответствующие фотографии, разбираем вопросы: “Смачивает ли роса листья? Смачивает ли вода перья уток?”
С помощью Веб-камеры 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). Затем выводим формулу высоты подъема жидкости в капиллярных трубках.
4 блок:
Исследовательская работа в группах проводится для формирования познавательных умений и навыков на основе изученных явлений.
Учащиеся разбиваются на группы, каждая из которых получает одно из теоретических или экспериментальных заданий. Наиболее успешные решения учащиеся защищают у доски, получая “Патент на изобретение”.
Экспериментальные задания:
| “МЕЛ” | Если положить в воду кусок мела, то из него начнут выходить пузырьки. Экспериментально проверить это явление и объяснить. |
| “ГУБКА – МЕЛ” | Если положить кусок сухого мела на мокрую губку, то мел намокнет. Если положить сухую губку на мокрый мел, то губка останется сухой. Экспериментально проверить данное явление и объяснить. |
| “КЛИН” | Два стекла соединены так, что образуют
клин. Если их частично погрузить в воду, то вода,
поднимаясь между стеклами, образует некоторую
поверхность. Объяснить явление. <Рисунок 4>.
Рисунок 4 |
| “ЛЕЗВИЕ” | Почему лезвие от безопасной бритвы плавает на поверхности воды? Экспериментально проверить и объяснить. Будет ли лезвие плавать в мыльном растворе? |
Теоретические задания
| “ВОДА В РЕШЕТЕ” | Действительно ли нельзя носить воду в решете? Пусть тонкие нити решета натянуты на расстоянии 1 мм друг от друга. Сколько воды можно унести в круглом решете радиусом 10 см? Считать, что нити не смачиваются водой. |
| “ПЯТНО” | Для удаления жирных пятен материю проглаживают горячим утюгом, подложив под нее лист бумаги. Почему жир при этом впитывается в бумагу, а не расходится по материи? |
| “КАПЛЯ” | Оценить максимальный размер капель воды, которые могут висеть на потолке. |
| “МАЗЬ” | При смазывании лыжных ботинок их нагревают, чтобы мазь лучше впитывалась. Как нужно нагревать ботинки снаружи или изнутри? |
| “КРЫША” | Чем объяснить, что соломенная кровля на крыше, состоящая из отдельных стебельков, между которыми имеется множество скважин, надежно защищает от дождя? |
| “ХОЖДЕНИЕ ПО ВОДЕ” | Оцените, каким должно быть ускорение свободного падения на планете, чтобы человек мог ходить на ней по воде в несмачиваемой водой обуви? |
| “НЕВЕСОМОСТЬ” | Закрытый стеклянный сосуд наполовину заполнен водой. Как будет выглядеть поверхность воды, если этот сосуд будет находиться в невесомости? |
5 блок:
Для закрепления материала проводим в кабинете информатики виртуальные лабораторные работы, разработанные наиболее сильными учениками:
- “Высота подъема жидкости в капиллярной трубке” (Приложение 1) и “Капилляры” для несмачивающей жидкости, которые позволяют получить зависимости высоты жидкости от коэффициента поверхностного натяжения, радиуса и плотности.
- Работа “Исследование зависимости силы поверхностного натяжения от длины контура” позволяет, изменяя вещество и длину контура, сопоставлять аналитическое и графическое представление зависимостей.
Работая с данными программами, ученики заполняют рабочие листы итогов лабораторной работы, содержащие таблицы, графики, контрольные вопросы и сдают их учителю.
Пример рабочего листа:
Лабораторная работа “Высота подъема жидкости в капиллярной трубке” Задания:
№ опыта
|
