Смачивание и капиллярность. Поверхностное натяжение
Цели и задачи
- Цель: к концу урока учащиеся смогут объяснить физическую природу сил поверхностного натяжения, различать явления смачивания и несмачивания, а также рассчитывать высоту подъема жидкости в капиллярах.
- Образовательная задача: изучить формулу силы поверхностного натяжения F = σ · l и формулу высоты подъема жидкости в капилляре.
- Развивающая задача: развивать навыки анализа физических процессов и умение строить логические цепочки на основе экспериментальных данных.
- Воспитательная задача: формировать культуру командной работы и бережное отношение к лабораторному оборудованию в процессе группового исследования.
Планируемые результаты
Личностные
- Формирование познавательного интереса к изучению физических явлений в живой природе.
- Развитие ответственного отношения к выполнению экспериментальных заданий.
- Осознание ценности научного познания мира через наблюдение повседневных явлений.
Метапредметные
- Умение выдвигать гипотезы о причинах физических явлений и проверять их опытным путем.
- Навык смыслового чтения при работе с текстом учебника и инструкциями к опытам.
- Способность соотносить теоретические расчеты с практическими результатами.
Предметные
- Знание определения поверхностного натяжения, смачивания и капиллярности.
- Умение применять формулу F = σ · l для решения качественных и количественных задач.
- Владение навыком расчета высоты подъема жидкости в капилляре в зависимости от его радиуса.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Самоопределение в выборе уровня сложности творческого домашнего задания.
- Смыслообразование через установление связи между физикой и биологией (капилляры в растениях).
Регулятивные УУД
- Целеполагание как постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно.
- Оценка — выделение и осознание учащимся того, что уже усвоено и что еще подлежит усвоению.
Познавательные УУД
- Моделирование взаимодействия молекул на поверхности жидкости.
- Установление причинно-следственных связей между радиусом трубки и высотой столба жидкости.
Коммуникативные УУД
- Инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации при работе в группах.
- Умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами коммуникации.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить демонстрационный набор: стакан с чистой водой, сухая стальная игла, пинцет, жидкое мыло.
- Распечатать карточки для качественных задач (по 1 на группу из 4 человек, всего 8 шт).
- Подготовить оборудование для мини-практикума: капиллярные трубки разного диаметра (1.0 мм и 2.0 мм), стаканы с подкрашенной водой, линейки — 15 комплектов.
- Настроить проектор для демонстрации видеофрагмента о капиллярности.
- Выписать на доску ключевые формулы: F = σ · l и h = 2σ / (ρgr).
- Подготовить стеклянные и парафиновые пластинки для демонстрации смачивания.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: создание рабочей атмосферы, настрой на исследовательскую деятельность и вовлечение учащихся в тему через визуальный эффект.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | «Здравствуйте, ребята! Рад видеть вас на уроке физики. Сегодня мы продолжим исследовать свойства жидкостей. Убедитесь, что у вас на столах есть тетради и учебники. Давайте начнем наш урок с хорошего настроения и готовности к открытиям». Учитель проверяет наличие письменных принадлежностей. | Приветствуют учителя, проверяют готовность рабочих мест, настраиваются на работу. |
2 мин | Учитель аккуратно кладет сухую стальную швейную иголку на поверхность воды в прозрачном стакане (используя пинцет): «Ребята, посмотрите на иголку. Почему она не тонет, хотя плотность стали значительно больше плотности воды? Что удерживает её на поверхности? Какое невидимое свойство жидкости мы сейчас наблюдаем?» Учитель добавляет каплю мыла, и иголка тонет. | Наблюдают за опытом, выражают удивление. Выдвигают гипотезы: «Вода её держит», «Там какая-то пленка». Отмечают, что после добавления мыла иголка сразу пошла ко дну. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы разберемся, какая сила действует на иголку, почему поверхность воды ведет себя как упругая пленка и что такое капиллярность. Тема нашего урока: Смачивание и капиллярность. Поверхностное натяжение».
Этап 2. Актуализация знаний и постановка проблемы (6 мин)
Цель этапа: восстановить в памяти учащихся знания о строении вещества и характере межмолекулярных взаимодействий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | «Давайте вспомним: чем с точки зрения расположения и движения молекул твердые тела отличаются от жидкостей? Почему жидкости практически несжимаемы? Какое свойство позволяет им принимать форму сосуда?» | Отвечают: «В твердых телах молекулы колеблются около положений равновесия, в жидкостях — перемещаются». «Несжимаемы, так как молекулы расположены плотно». «Текучесть позволяет принимать форму». |
4 мин | Учитель рисует на доске схему взаимодействия двух молекул: «Если молекулы притягиваются, почему они не слипаются в одну точку? Представьте молекулу внутри объема воды и молекулу на поверхности. Одинаково ли количество соседей, притягивающих их? Куда направлена равнодействующая сила для молекулы на поверхности?» | Рассуждают: «При сближении начинают преобладать силы отталкивания». «У молекулы на поверхности соседи только снизу и с боков, поэтому сила направлена внутрь жидкости». Ученики приходят к выводу о существовании стягивающей силы. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Запись в тетрадях
- Среднее расстояние между молекулами в жидкости: r ≈ 10⁻¹⁰ м.
- Поверхностное натяжение — результат некомпенсированного притяжения молекул поверхностного слоя внутрь жидкости.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Верно. Молекулы на поверхности стремятся уйти внутрь, сокращая площадь поверхности. Это и создает эффект пленки. Теперь давайте облечем это в формулы».
Этап 3. Открытие нового знания (15 мин)
Цель этапа: сформировать понимание молекулярного строения поверхностного слоя и механизмов смачивания и капиллярности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «Введем понятие силы поверхностного натяжения: F = σ · l. Здесь σ — коэффициент поверхностного натяжения (Н/м), а l — длина контура. Как вы думаете, почему капли росы на листьях имеют форму шара?» | Записывают формулу. Отвечают: «Шар имеет минимальную площадь поверхности при данном объеме, а силы натяжения стремятся её сократить». |
5 мин | Учитель демонстрирует опыт: окунает стеклянную и парафиновую пластинки в воду. «Почему на стекле вода растекается, а на парафине собирается в капли? Сравним силы взаимодействия молекул жидкости с твердым телом (F1) и молекул жидкости между собой (F2)». Заполняет таблицу на доске. | Наблюдают. Делают выводы: «Если F1 > F2 — это смачивание (вогнутый мениск), если F1 < F2 — несмачивание (выпуклый мениск)». Приводят примеры из быта: стирка одежды (смачивание), водоотталкивающая пропитка (несмачивание). |
5 мин | Демонстрирует видео с капиллярами: «Капиллярность — это подъем или опускание жидкости в узких трубках. Запишите формулу высоты подъема: h = 2σ / (ρgr). Как изменится высота, если мы возьмем трубку вдвое меньшим радиусом?» | Смотрят видео. Анализируют формулу: «Если радиус r уменьшится в 2 раза, то высота h увеличится в 2 раза». Записывают зависимость в тетрадь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы узнали теорию. Теперь проверим её на практике. У каждой группы на столе стоят капилляры разного диаметра».
Этап 4. Первичное закрепление и практикум (12 мин)
Цель этапа: закрепить понимание явлений через анализ природных явлений и экспериментальную проверку формулы высоты подъема.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздает карточки с качественными задачами: «1. Почему водомерка бегает по воде? 2. Почему край салфетки в чае быстро намокает весь? 3. Зачем для стирки используют мыло и горячую воду?» Контролирует обсуждение в группах. | Работают в группах по 4 человека. Обсуждают ответы: «Водомерку держит пленка», «В салфетке есть капилляры», «Мыло уменьшает коэффициент σ, а нагрев улучшает смачивание». |
8 мин | «Проведем мини-эксперимент. Опустите капилляры диаметром 1 мм и 2 мм в подкрашенную воду. Измерьте высоту h. Сравните с расчетным значением. Примите σ = 0.073 Н/м, ρ = 1000 кг/м³, g = 9.8 м/с²». Помогает с переводом единиц в СИ. | Выполняют измерения. Заносят данные в таблицу. Рассчитывают теоретическую высоту для трубки 1 мм (r = 0.0005 м). Получают значение около 30 мм. Сравнивают с опытом. |
Эталон решения (для трубки d=1 мм)
h = (2 * 0.073) / (1000 * 9.8 * 0.0005) ≈ 0.0298 м ≈ 30 мм.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы увидели, что физика — это не только формулы, но и реальные измерения. Почему реальная высота может быть чуть меньше расчетной? Верно, из-за загрязнений поверхности стекла».
Этап 5. Рефлексия (4 мин)
Цель этапа: систематизировать полученные знания, развить навыки самоанализа.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Три М»: «Запишите в тетрадях три момента, которые удались вам лучше всего на уроке. Что вы поняли сегодня особенно ясно?» | Записывают: «Мне удалось провести опыт с капиллярами», «Я понял, почему капля ртути — шар», «Я смог объяснить подъем воды в стебле». |
2 мин | «Где в реальной жизни мы сталкиваемся с капиллярными явлениями? В природе? В быту? В технике?» Учитель фиксирует ответы на доске. | Отвечают: «Подъем влаги из почвы», «Полотенца впитывают воду», «Действие чернил в ручках», «Фитиль в лампе». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы убедились, что капиллярность — это основа жизни растений и важный инструмент в наших технологиях. Помните: чем уже канал, тем выше поднимется жидкость».
Этап 6. Домашнее задание (2 мин)
Цель этапа: закрепление изученного материала через самостоятельную работу и развитие интереса к физике.
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Параграф учебника, вопросы 1-5. | Изучение теории, ответы на вопросы для самопроверки. |
Средний (повышающий) | Мини-эссе (3-4 предложения). | Тема: «Что произошло бы с растениями, если бы капиллярные явления исчезли?» |
Продвинутый (дополнительный) | Эксперимент «Рисование на молоке». | Провести опыт с красителем и ПАВ (мылом), предоставить фотоотчет и объяснение изменения σ. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно проведены измерения в обоих капиллярах, расчет теоретической высоты выполнен без ошибок, сделан вывод о зависимости h от r.
- «4» — измерения проведены верно, допущена одна ошибка в расчетах или переводе единиц в систему СИ.
- «3» — измерения проведены, но расчеты не выполнены или содержат грубые ошибки, не позволяющие сопоставить данные.
Рефлексия (для учителя)
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какая жидкость проявила себя как смачивающая на ваших поверхностях? | Выявление умения применять теорию к наблюдаемому опыту. |
В какой из трубок высота подъема была выше и почему? | Проверка осознания обратной пропорциональности h и r. |
Что было самым сложным в расчетах? | Диагностика трудностей при работе с формулами и единицами измерения. |
Завершающее слово учителя
«Ребята, сегодня мы увидели, как физика работает в каждой капле воды. Мы прошли путь от простой иголки на поверхности до сложных расчетов капиллярных явлений. Выбирайте домашнее задание, которое кажется вам наиболее интересным — будь то научное эссе или красочный эксперимент с молоком. До встречи на следующем уроке!»