Методическая разработка урока: Решение задач по теме: Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.

Аннотация работы

Физика дает универсальные инструменты для изучения связей, зависимостей между различными величинами. Её изучение делает шире и богаче наши возможности физического описания окружающего мира.

Сила поверхностного натяжения – это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к ее поверхности.

Сила эта сравнительно невелика, ее действия никогда не вызывают мощных эффектов. Тем не менее, мы не можем налить воды в стакан, вообще ничего не можем проделать с какой-либо жидкостью без того, чтобы не привести в действие силы, о которых идёт речь в обозначенной разработке урока.

К вызываемым поверхностным натяжением эффектам мы настолько привыкли, что не замечаем их, если не развлекаемся пусканием мыльных пузырей. Однако в природе и нашей жизни они играют немалую роль.

В разработке занятия рассматривается решение нестандартных задач по обозначенной теме. Используются элементы технологии развития критического мышления.

Методическая разработка факультативного занятия:

Решение задач по теме: Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.

Цель занятия: закрепить понятие«Поверхностное натяжение» в ходе решения нестандартных задач и проведения экспериментов.

Задачи:

образовательная:

понять степень необходимости эффектов поверхностного натяжения в природе и жизни человека;

развивающая:

развивать логическое мышление, внимание, память, культуру устной и письменной речи;

воспитательная:

воспитывать трудолюбие, настойчивость, терпение, самостоятельность.

Структура занятия:

1. Организационный момент3 мин

2. Мотивация учащихся 2 мин

3. Актуализация опорных знаний5 мин

4. Применение знаний, умений и навыков

в ходе решения задач

и выполнения экспериментов 25 мин

5. Итоги занятия3 мин

6. Рефлексия 4 мин

7.Домашнее задание с комментариями 3 мин

1. Приветствие учащихся, озвучивание плана работы на занятие.

2. Мотивация (самоопределение) учащихся к учебной деятельности.

3. Актуализация изученного ранее материала:

- Определение силы поверхностного натяжения;

- Формула для вычисления силы поверхностного натяжения;

- Определение коэффициента поверхностного натяжения (единица измерения);

- От каких величин зависит коэффициент поверхностного натяжения;

- Определение смачивания;

- Условие, при котором жидкость смачивает (не смачивает) поверхность твердого тела. Что происходит при полном смачивании (при полном не смачивании);

- Что понимают под капиллярными явлениями?

- Формула, по которой вычисляется высота подъема жидкости в капилляре.

4. Решение задач, сопровождающихся экспериментом.

1.Задача-проблема: (№ 660 Тульчинский М. Е.)

Если на поверхность воды положить нитку и с одной стороны от неё капнуть каплю эфира. Что будет с ниткой? Будет ли она двигаться? Если да, то в какую сторону? Почему?

Выслушиваются позиции учащихся, их предположения. Затем учащимся предлагается проверить их предположения и рассуждения, решив практическую задачу. Необходимые приборы и материалы размещены на рабочих столах: колба с водой, фарфоровая чашка, спичка, фильтровальная бумага (салфетка), флакон с жидким мылом.

Школьникам предлагается положить на поверхность воды спичку, капнуть капельку жидкого мыла с одной стороны спички, провести наблюдение, объяснить наблюдаемое явление. На следующем этапе учащиеся вычисляют силу, приводящую спичку в движение, измерив для этого длину спички и по таблице определив коэффициенты поверхностного натяжения воды и мыльного раствора.

Д ано:Решение:

l = 0,04 м

σ₁ = 73∙10^-3 Н/м

σ₂ = 40∙10^-3 Н/м

F - ?

F = F₁ + F₂ + F_A + F_T

Ox: F_x = F₁ - F₂ ; F = F_x

F₁ = σ₁l; F₂ = σ₂l; F = σ₁l - σ₂l = l∙ (σ₁ - σ₂)

F = 0,04 м ∙ (73∙10^-3 Н/м – 40∙10^-3 Н/м) = 1,32∙10^-3 Н = 1,32 мН

Ответ:F = 1,32 мН

2. Задача № 658 (Тульчинский М. Е.) Далее учитель предлагает всем участникам эксперимента накапать в одну пробирку 50 капель воды, а в другую 50 капель керосина (спирта или молока), сравнить массу жидкостей в пробирках и ответить на вопрос: будет ли одинакова масса капель разных жидкостей? Почему? При каком условии капля жидкости будет отрываться от капельницы? Какие силы будут действовать на каплю жидкости в момент отрыва?

Процесс рассуждений должен быть следующим: со стороны капли на поверхность трубки капельницы действует сила поверхностного натяжения F_п,направленная вниз. По III закону Ньютона трубка действует на каплю с силой, равной по модулю и противоположной по направлению, т.е. сила направлена вверх. А значит, на каплю действуют две силы: сила тяжести (mg), направленная вниз и сила F, равная по модулю силе поверхностного натяжения, направленная вверх. Отрыв капли произойдёт, когда сила тяжести станет равной по модулю силе F. Т.е.

F = mg;F = F_п = σ·l;l = 2πR

Следовательно:mg = σ 2πR;m = (σ 2πR)/g

Из формулы видно, что для одинаковых капельниц масса будет больше у жидкости с большим коэффициентом натяжения. Наибольший коэффициент натяжения у воды (73∙10^-3 Н/м), следовательно, пробирка с водой будет иметь большую массу.

Далее учащимся предлагается решить две задачи самостоятельно.

3. Какова масса капли воды, вытекающей из пипетки, в момент отрыва, если диаметр отверстия пипетки 1,2 мм? Считать, что диаметр шейки капли равен диаметру отверстия пипетки.

4. Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия 2 мм. Масса 40 капель оказалась равной 1,9 г. Найдите коэффициент поверхностного натяжения воды.

На решение данных задач отводится 7 минут, затем обсуждается решение задач 3 и 4 и проверяется результат. В первой задаче ответ: 28мг, во второй – 74 мН/м.

Задача для сильных учащихся, решивших задачи 1 и 2 раньше установленного времени: из капельницы накапали равные массы сначала холодной воды, а затем горячей. Как и во сколько раз изменится коэффициент поверхностного натяжения воды, если в первом случае образовалось 40, а во втором 48 капель? Плотность воды считать оба раза одинаковой (решившие сдают тетради на проверку в конце урока).

5.Итог занятию учащиеся подводят самостоятельно. Учитель акцентирует внимание учащихся на важности обозначенной темы, которая, к сожалению, в настоящее время исключена из школьной программы по физике.

6. Рефлексия: учащиеся в течение 4 минут пишут синквейн на любую из трёх тем: Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.

7. Домашнее задание: Задача-проблема устного характера для домашней работы: Если мыло уменьшает коэффициент поверхностного натяжения воды, то почему мы выдуваем мыльные пузыри, а не водяные.

Письменно решить задачи № 756, 762 из задачника под редакцией Степановой Г. Н.