Сценарий урока «Поверхностное натяжение жидкостей»

Сценарий урока «Поверхностное натяжение жидкостей»

Область знаний: физика

Форма проведения занятия: урок «открытия» новых знаний

Продолжительность: 40-45 минут

Возраст обучающихся: 10 класс, углубленное изучение

Занятие направлено на формирование умения самостоятельно строить и применять новое знание

Формирование базовой способности: мышление, коммуникация, планирование наблюдения и эксперимента, рефлексия.

Исходные данные: на начало занятия обучающиеся знают особенности строения и свойства жидкостей и газов, процессы испарения и конденсации. Принцип минимума потенциальной энергии.

Формы работы: фронтальная, групповая

Технология, обеспечивающая усвоение единицы содержания: деятельностный подход: проблемная форма организации учебного процесса, стратегии смыслового чтения; схематизация;организация свободной коммуникации 

Использование этих технологий, способствует формированию УУД:

-выбирать необходимую информацию из текста и анализировать её;

- проводить наблюдение и эксперимент под руководством учителя;

- общаться и взаимодей­ствовать с парт­нерами по со­вместной дея­тельности;

- обмениваться информацией;

-аргументировать свою точку зрения.

Предметный результат: Правильно выполнять и планировать эксперимент, представлять результат эксперимента, уметь объяснять особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя жидкости и возникновение поверхностного натяжения, знать формулу силы поверхностного натяжения и избыточной потенциальной энергии.

Учебный материал и оборудование:

• Мыльный и спиртовой растворы, набор для демонстрации поверхностного натяжения.

• Листы с заданиями для каждой группы

• Листы и маркеры для схематизации

• Сигнальные стаканчики зеленого и красного цветов.

Подведение итогов занятия (обсуждение приращения): предположительно учащиеся научатся планировать наблюдение и фиксировать результаты наблюдения, объяснять причину возникновения поверхностного натяжения, (опора на предметный); при планировании достижения целей самостоятельно и адекватно учитывать условия и средства их достижения.

Приложение 1.

Чем обусловлено поверхностное натяжение?

Поверхностный слой жидкости обладает особыми свойствами. Молекулы жидкости в этом слое находятся в непосредственной близости от другой фазы – газа. На рис. 1 изображены три молекулы и сферы их действия. Молекулярные силы, действующие на молекулу 1 со стороны молекул, находящихся в сфере молекулярного действия, взаимно уравновешиваются. В иных условиях оказывается молекула 2 на поверхности жидкости. Над ней имеется пар жидкости, действием молекул которого можно пренебречь. При таком условии молекулярные силы, действующие на молекулу 2, оказываются неуравновешенными, их равнодействующая R направлена вглубь жидкости перпендикулярно к её поверхности. В таком состоянии находятся все молекулы поверхностного слоя толщиной в радиус сферы молекулярного действия (приблизительно слой в 1-2 молекулы). Чтобы молекула 3 оказалась в поверхностном слое жидкости, над ней надо совершить работу против сил, втягивающих её вглубь жидкости. Эта работа совершается за счёт кинетической энергии окружающих её молекул; в результате работы увеличивается потенциальная энергия поверхностного слоя жидкости.

Оказавшись в поверхностном слое, молекула станет обладать большей потенциальной энергией, чем молекулы, расположенные в глубине жидкости. Таким избыточным запасом потенциальной энергии обладают все молекулы поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический).

По материалам сайта https://ru.wikipedia.org/wiki/

Приложение 2.

Группа №1 «Силовой» смысл поверхностного натяжения.

Цель: Измерить силу поверхностного натяжения. Выполнив эксперимент, убедиться, что сила поверхностного натяжения сокращает поверхность жидкости и направлена перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность жидкости.

Оформите и представьте отчет (1 мин) по работе группы.

Оборудование: динамометр, проволочный каркас с нитью, мыльный раствор.

Ход работы:

Опыт1: Закрепите на крючок динамометра металлическую скобу, погрузите в мыльный раствор и аккуратно вытягивайте скобу из раствора. Наблюдайте за показаниями динамометра.

Обратите внимание, в какой момент показания динамометра максимальны.

Опыт2: Возьмите проволочный каркас в виде кольца, к которому свободно (без натяжения) привязана тонкая нить в средней части. Получите на поверхности кольца сплошную мыльную плёнку. Затем прорвите пленку с одной стороны от нити. Что вы при этом наблюдаете? Передвинув края нити, придайте ей форму петлии повторите опыт.

Группа №2.

«Энергетический» смысл поверхностного натяжения.

Цель: Выполнив эксперимент, убедиться, что: а) мыльные пленки образуют фигуру с наименьшей поверхностью; б) поверхностное натяжение, в отсутствие или при компенсации внешних воздействий, формирует шарообразную форму поверхности жидкости. Объясните наблюдаемое явление (почему поверхностное натяжение придает капле форму шара)

Оформите и представьте отчет (1 мин) по работе группы.

Оборудование: вода, спирт, масло растительное, шприц, зубочистка.

Ход работы:

Опыт1:Опустив в мыльный раствор два соосных цилиндра и рамку-кольцо с полукольцом, наблюдайте образовавшиеся мыльные фигуры.

Опыт 2: Налейте на дно мензурки немного спирта. Затем из пипетки добавьте (впрысните) капельку масла. Аккуратно, с помощью шприца маленькими порциями, доливайте воду. При проведении опыта надо быть аккуратным, вода не должна попадать на каплю масла. Добейтесь того, чтобы капля стала плавать внутри жидкости. Пропустив через центр жидкого масляного шара длинный деревянный стерженек (зубочистку) вращайте их. Что вы наблюдаете?*

*Данный опыт был впервые осуществлен в 1843 году бельгийским профессором Джозефом Плато.

Подсказки для объяснения:

1)вспомните принцип минимума потенциальной энергии;

2) молекулы поверхностного слоя находятся в состоянии неустойчивого равновесия, т.к. обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы, расположенные в глубине жидкости. Таким избыточным запасом потенциальной энергии обладают все молекулы поверхностного слоя жидкости. Эта энергия прямо пропорциональна величине поверхности жидкости. , где 𝛔 – коэффициент поверхностного натяжения, S-площадь свободной поверхности жидкости.

3) вспомните, геометрическое тело, какой формы при заданном объеме будет иметь наименьшую площадь поверхности.

4) Таблица плотностей некоторых жидкостей при 20 ◦С

Группа №3.

«Как можно изменить поверхностное натяжение?»

Цель: Выполните эксперимент и объясните наблюдаемое явление.

Оформите и представьте отчет (1 мин) по работе группы.

Оборудование:Три чашки с чистой водой, зубочистки (спички), пипетки, мыльный раствор, сахарный сироп или леденец, калориметр с горячей водой.

Ход работы;

В каждую чашку с чистой водой положите по две спички на поверхность воды на расстоянии примерно 2 см.

Опыт 1:В одну чашку капните с расстояния 2-3 мм одну каплю мыльного раствора. Наблюдайте за поведением спичек.

Опыт 2:Во вторую чашку капните с расстояния 2-3 мм одну каплю раствора сахара (или коснитесь леденцом поверхности воды между спичками). Наблюдайте за поведением спичек.

Опыт 3:В третью чашку капните с расстояния 2-3 мм теплой воды. Наблюдайте за тем, что произойдет.

Сделайте вывод, внимательно изучив таблицу. Объясните, почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и температуры.

Подсказки для объяснения:

Таблица плотностей и коэффициента поверхностного натяжения некоторых жидкостей при t=20◦С