Исследовательская работа учащегося по физике «Удивительное вещество - вода»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Пакалёвская основная школа

Исследовательская работа по физике

«Удивительное вещество - вода»

Работу выполнила:

Ученица 7 класса МБОУ «Пакалёвская ОШ»

Дерябина Надежда

Руководитель: учитель физики

Кумаева Вера Анатольевна.

2021 год

Содержание:

Введение

Я слышу и забываю,

Я вижу и запоминаю,

Я делаю и постигаю

Китайская мудрость

Цель исследовательской работы: провести опытные исследования физических свойств воды

Задачи исследовательской работы:

1. Используя различные информационные источники, расширить свои теоретические знания о физических свойствах воды и ее аномалиях.

2.Провести опытную проверку изученных свойств.

3. На основе знаний физики объяснить большинство явлений и процессов, связанных с водой.

4. Представить результат в доступной привлекательной форме.

Чтобы как можно лучше познакомиться с таким обычным для всех веществом как вода, раскрыть сущность этого вещества, значимость её физических свойств - я решила провести опыты, связанные с её свойствами.

1.Физические свойства воды и её аномалии

Вода – самое распространённое, знакомое и необходимое вещество для человека на Земле: сам человек на 3/4 состоит из воды; воду мы пьём; водой мы моемся; на воде готовим пищу; используем её в системе отопления; на основе воды изготавливаются множество необходимых для человека веществ (кремы, шампуни и многое другое).
Вода согревает нас, она поглощает солнечное тепло и, медленно остывая, отдает его понемногу атмосфере. Поэтому на Земле не бывает резких перепадов температур и жить вполне приятно. Если бы атмосфера не содержала водяных паров, космический холод заморозил бы все на земле.

Но, как ни странно, о воде, веществе таком привычном и знакомом, мы знаем далеко не всё. Вода таит в себе множество загадок. Ее до сих пор продолжают исследовать ученые, находя все больше интересных данных о свойствах воды, некоторые из которых настолько любопытны, что порой все еще не поддаются объяснению. То есть их не должно быть. Но они есть. Чудо! Или загадка…

Из книг я узнала, что название воды произошло еще с незапамятных времен и с того времени водой называют любую «живую» влагу, которая так необходима для жизни людей, животных и окружающей нас природы. Точного определения, почему воду назвали водой, не существует, так как каждый народ имеет свое название, которое определяет значение воды для окружающих.

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу (от греческих слов “гидр” – вода, “сфера” – шар).

Чтобы наглядно представить себе суммарное количество льда на нашей планете, заметим, что в случае их таяния вода в Мировом океане поднимется более чем на 50 м, что приведет к затоплению гигантских территорий суши на всем земном шаре. Во Вселенной, в том числе и в Солнечной системе, обнаружены огромные массы льда. Нет ни одного мало-мальски существенного производства, бытовой деятельности человека, в которой не использовалась бы вода.

Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно – популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде – “Вещество, которое создало нашу планету”.

Вывод: вода – вещество привычное и необычное!

«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь... Ты — величайшее в мире богатство...».

Антуан де Сент-Экзюпери

Мы знаем, что вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе в трёх состояниях:
- Твёрдое - лёд.
- Жидкое - вода.
- Газообразное - водяной пар.

(Приложение 1.)

Вода – такое уникальное вещество, которое может переходить из одного состояния в другое, и обратно при незначительных изменениях. При переходах из одного состояния в другое могут происходить различные процессы: испарение (вода из жидкого состояния постепенно переходит в воздух в виде пара), конденсация (водяной пар переходит в жидкое или твёрдое состояние), заиндевение (образование инея – переход газообразной воды в твёрдое состояние), замерзание (жидкая вода превращается в снег, лёд).

Обычно среди свойств воды называются такие, как:

• прозрачная,

• бесцветная,

• без запаха,

• текучая,

• принимает любую форму, в которую её налить,

• может замерзать,

• может испаряться,

• вода расширяется и сжимается,

• растворяет вещества.

(Приложение 2).

2.Опытные исследования физических свойств воды

Опытным путем я раскрою некоторые перечисленные свойства воды.

2.1. Превращения воды

Вода – удивительное вещество. В отличие от других аналогичных соединений она имеет много аномалий.

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Вода не подчиняется этим правилам.

2.1.1. Расширение и сжатие воды

Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.

Весьма редкое свойство воды проявляется при ее превращении из жидкого состояния в твёрдое. Этот переход связан с увеличением объёма и с уменьшением плотности.

Для подтверждения этого аномального явления я провела следующий опыт: (Приложение 3)

В два стеклянных сосуда налила воды. Один плотно закрыла крышкой, Затем убрала в морозильную камеру, где температура -4 градуса. Через 5 часов я увидела, что вода замерзла и приподняла крышку закрытого сосуда, а стеклянные баночки раскололись на кусочки. Я еще раз убедилась, что вода при температуре минус 4 градусов или меньше - расширяется.

Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый человек был свидетелем того, что замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин.

Следующая аномалия

2.1.2 Плаванье льда- (воды в твердом состоянии) в воде , находящейся в жидком состоянии.

Ученые доказали, что строение воды в твердом состоянии имеет полости и пустоты. При плавлении они заполняются молекулами воды, поэтому плотность жидкой воды оказывается выше плотности твердой. Поскольку лед легче воды, то он плавает на ней, а не опускается на дно.

( Приложение 4)

2.1.3 При нагревании вода расширяется

Следующее свойство воды- при нагревании вода расширяется, при охлаждении сжимается. Опыт проделанный мною, с окрашенной водой и нагревающей ею спиртовкой показал, что при закрывании колбы пробкой с трубочкой, часть воды вошла в трубку. При нагревании вода расширилась, и её уровень поднялся, а при охлаждении вода сжалась и её уровень уменьшился.(Приложение 5)

Опыт показал, что при нагревании вода расширяется, при охлаждении сжимается.

2.2 Плотность воды и ее изменения.

Одной из физических характеристик всех веществ является плотность.

Вода имеет плотность  ρ = 1000 кг/м3

Рассмотрим, как можно изменить плотность воды.

Рассмотрим следующий опыт:

2.2.1 Опыт с водой и яйцом

Нужно приготовить два стакана с водой, соль и сырое свежее яйцо. Я добавила в один из стаканов соль из расчета две столовые ложки на стакан. Если опустить яйцо в чистую жидкость, оно опустится на дно, а если в соленую — окажется на поверхности воды.

Таким образом, можно сделать простой вывод: тела тонут в жидкости, если их плотность выше, чем плотность жидкости .(Приложение 6.)

Значит плотности в этих стаканах разные.

Действительно плотность солёной воды больше , чем 1000 кг/м3.

Исследования показали, что плотность морской воды колеблется в пределах от 1020 до 1030 кг/м³ и зависит от температуры и солёности.

По закону Архимеда : На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Поэтому в моем опыте я показала различные плотности воды и доказала еще раз выполнение закона Архимеда.

Формула: FАрх = ρ_жgV_погр

ρ_ж — плотность жидкости[кг/м3]

V_погр — объем погруженной части тела [м3]

g — ускорение свободного падения [м/с2]

На планете Земля g = 9,8 м/с 2.

Этот опыт помог мне понять, почему
человеку  легче плавать  в морской воде, чем в пресной.

2.2.2 Опыт "Три этажа"

Проведем опыт на испытание плотности воды , в сравнении с другими жидкостями : Растительным маслом и медом: Наливаем в банку мед, затем растительное масло и потом наливаем воду. Видим, что жидкости не смешиваются , а располагаются слоями: сначала растительное масло расположилось над мёдом, а затем вода прошла сквозь масло и стала вторым слоем, над медом.

Вывод. Жидкости расположились в три этажа, в зависимости от плотности, чем больше плотность , тем жидкость ниже, Плотность воды равна. 1000 кг/м3. Плотность меда-1350 кг/м3, плотность растительного масла - 920—927 кг/м 3.( Приложение 7)

2.3.Поверхностное натяжение воды, капиллярность, смачивание.

У всех жидкостей , в том числе, и у воды есть поверхностное натяжения , капиллярность и некоторые жидкости обладают эффектом смачивания.

2.3.1. Плавающая иголка

Наличие поверхностного натяжения у воды можно доказать опытным путем: взять пинцет или обычную вилку , иголку и стакан воды. Наполнить стакан водой и аккуратно положить иголку на поверхность воды в стакане. Игла некоторое время будет лежать на поверхности воды, что доказывает наличие поверхностного натяжения жидкости.

(Приложение 8)

2.3.2 Эффект смачивания

можно посмотреть на следующем опыте, который называют часто - Кувшинка:

Взять вырезать из бумаги цветок и приготовить емкость с водой. Свернуть лепестки цветка и опустить его в воду. Результат: Постепенно лепестки начнут распускаться. Опыт показал, что вода смачивает бумагу, а также в силу капиллярности проникает в самые маленькие пустые пространства между волокнами бумаги и заполняет их. Бумага набухает, сгибы на ней распрямляются, и цветок распускается.(Приложение 9)

2.4 Интересные факты о воде
Факт первый: самая чистая вода в Финляндии По данным ЮНЕСКО, самая чистая вода находится в Финляндии. Всего в исследовании свежей природной воды принимало участие 122 страны. При этом 1 млрд людей по всему миру вообще не имеет доступа к безопасной воде.

Факт второй: у воды более 3 состояний Еще со школы все знают, что у воды есть 3 агрегатных состояния: жидкое, твердое и газообразное. Однако ученые выделяют 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.

Факт третий: вода как стекло Что будет, если взять замерзшую чистую воду и продолжить охлаждение? С водой произойдут чудесные превращения. При минус 120 градусах по Цельсию вода становится сверхвязкой или тягучей, а при температуре ниже минус 135 градусов она превращается в "стеклянную" воду. "Стеклянная" вода – это твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура, как в стекле.

Факт четвертый: вода как диета С помощью воды можно бороться с лишним весом. Употребляя из напитков только воду, можно резко снизить общую калорийность рациона. Во-первых, потому, что человек прекращает пить калорийные сладкие газировки и соки, во-вторых, потому, что после воды меньше тянет взять сладостей, как в случае с чаем или кофе

Факт пятый: вода для здорового сердца Вода помогает снизить вероятность сердечного приступа. Во время исследований ученые выяснили, что те люди, которые пьют около шести стаканов воды в день, меньше подвержены риску сердечного удара в отличие от тех, кто выпивает всего два стакана.

Факт шестой: 35 тонн воды за жизнь Без воды человек может прожить очень не долго. Потребность в воде стоит на втором месте после кислорода. Без еды человек может прожить около шести недель, а без воды – пять-семь суток. За всю свою жизнь человек выпивает примерно 35 т воды.

Факт седьмой: самая дорогая вода Вода может быть бесплатной, а может быть и очень дорогой. Самая дорогая в мире вода продается в Лос-Анджелесе. Производители упаковывают драгоценную жидкость со сбалансированным вкусом и значением ph в бутылки со стразами "Swarovski". Стоит такая вода 90 $ за 1 л.

Факт восьмой: есть вода, которая горит .Существует и опасная вода. Так, например, в Азербайджане есть вода, в которой много метана, поэтому она может загореться, если поднести к ней спичку. А в Сицилии в одном из озер есть подводные источники кислоты, которые отравляют всю воду в этом водоеме.

Факт девятый: белок в воде Морская вода – весьма питательная субстанция. В 1 куб. см такой воды содержится 1.5 г белка и других веществ. Ученые считают, что один только Атлантический океан по своей питательности оценивается в 20 тыс. урожаев, которые собирают за год по всей суше.

2.5 Вывод

Работая над этим проектом, я углубила свои знания о физических свойствах воды, повторила изученный ранее материал, получила навыки экспериментальной работы.

Опыт за опытом я совершала фантастическое путешествие в мир науки, на каждом новом шагу знакомилась с новыми свойствами и аномалиями этого вещества.

Убедилась в том, что вода - одно из самых удивительных веществ в природе. Без воды не может жить человек, животные, растения. На основании проведённых опытов, мною было выяснено, какими основными свойствами она обладает. Цели и задачи, поставленные мной в начале, были достигнуты.

Думаю, что те новые знания, которые я приобрела, работая над проектом, пригодятся мне не только на уроках физики, но и в повседневной жизни. В будущем я планирую продолжить изучать свойства воды не только физические , но и химические.

2.6. Используемая литература:

1. .Я.И. Перельман. Занимательная физика. Издательство АСТ. Москва. 2005

2. Том Тит. Научные забавы. Интересные опыты, самоделки, развлечения. Издательский Дом Мещерякова. Москва. 2007

3. Л.А. Горев. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах средней школы. Москва «Просвещение» 1985

4. А.В. Перышкин. Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Москва. Дрофа. 2010

5. Использовался материал с сайта: Фестиваль «Открытый урок 2006/2007», урок-конференция «Вода, вода – кругом вода».

6. https://fb.ru/article/420198/voda-pri-zamerzanii-rasshiryaetsya-ili-sjimaetsya-prostaya-fizika

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница

8. https://razvitie-vospitanie.ru/igri/eksperimenti_s_vodoj_dlya_detej.html

9. https://studfiles.net/preview/4085331/page:2/

10. https://сезоны-года.рф/вода.html

11. https://fishki.net/1256802-15-interesnyh-faktov-o-vode.html

3.Приложения.

Приложение 1.Газооразное, жидкое , твердое -агрегатные состояния воды:

Приложение 2.Свойства воды: прозрачная, бесцветная, без запаха, текучая,

принимает любую форму, в которой она находится

Приложение 3.

1. 2 ) 3)

Приложение 4.

Приложение 5.

1) 2) 3)

Приложение 6

Приложение 7

1. 2) 3)

Приложение 8

1) 2) 3)

Приложение 9