Смачивание и капиллярные явления. Тепловое расширение и сжатие
Цели и задачи
- Цель: Сформировать представление о физической природе теплового расширения тел и механизмах смачивания и капиллярности на основе молекулярно-кинетической теории.
- Образовательная задача: Объяснить зависимость объема тел от температуры и причины возникновения капиллярных явлений.
- Развивающая задача: Развивать навыки анализа физических явлений в быту и технике, умение выдвигать гипотезы и работать в парах.
- Воспитательная задача: Формировать интерес к инженерным решениям и понимание важности физических законов для безопасности (строительство мостов, дорог).
Планируемые результаты
Личностные
- Развитие познавательных интересов на основе наблюдения за физическими процессами.
- Понимание значимости научных знаний для практической жизни человека.
- Формирование ответственного отношения к учению и готовности к саморазвитию.
Метапредметные
- Умение устанавливать причинно-следственные связи между движением молекул и макроскопическими свойствами тел.
- Навыки смыслового чтения при работе с описанием физических опытов.
- Умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность в парах.
Предметные
- Знать причины теплового расширения твердых, жидких и газообразных тел.
- Уметь объяснять явления смачивания и несмачивания с точки зрения сил межмолекулярного взаимодействия.
- Владеть понятием капиллярности и приводить примеры её проявления в природе и технике.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознание ценности научного познания как инструмента преобразования мира.
- Формирование экологической культуры через понимание процессов в почве и растениях.
Регулятивные УУД
- Самостоятельное определение целей урока и планирование путей их достижения.
- Осуществление самоконтроля и коррекции знаний при выполнении заданий в парах.
Познавательные УУД
- Анализ объектов с целью выделения существенных признаков (смачивание vs несмачивание).
- Построение логической цепи рассуждений при объяснении работы термометра.
Коммуникативные УУД
- Умение аргументировать свою точку зрения при обсуждении проблемных вопросов.
- Эффективное взаимодействие в паре для решения качественных задач.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить прибор для демонстрации расширения твердых тел (шар с кольцом Гравезанда).
- Подготовить спиртовку или газовую горелку для опыта.
- Наполнить три стеклянных стакана: с чистой водой, с подкрашенной водой и с растительным маслом.
- Подготовить набор капиллярных трубок разного диаметра и стеклянные пластины.
- Распечатать карточки для работы в парах с качественными задачами (15 шт.).
- Проверить работу проектора для демонстрации видеофрагмента о строительстве мостов (температурные швы).
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: вызвать интерес к теме через парадоксальные факты и настроить на учебную деятельность.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | "Здравствуйте, друзья! Вы когда-нибудь задумывались, почему железнодорожные рельсы никогда не кладут вплотную друг к другу, а оставляют небольшие зазоры? Или почему зимой провода ЛЭП натягиваются, а летом провисают?" | Слушают учителя, начинают обдумывать вопросы, настраиваются на работу. |
2 мин | "Сегодня мы раскроем тайны 'поведения' тел при нагревании и узнаем, как вода умудряется подниматься на верхушки стометровых деревьев без всяких насосов. Тема нашего урока: 'Смачивание и капиллярные явления. Тепловое расширение и сжатие'. Запишите её в тетради." | Записывают тему урока в тетради, выдвигают первые предположения о рельсах (расширение от жары). |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши догадки о расширении верны. Давайте разберемся, как это происходит на уровне молекул."
Этап 2. Актуализация знаний и фиксация затруднения (5 мин)
Цель этапа: повторить основы МКТ и создать проблемную ситуацию с расширением тел.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Вспомните, что происходит с молекулами вещества при повышении температуры? Как меняется их скорость и расстояние между ними? Проведем классический опыт с шаром и кольцом. Посмотрите: холодный шар свободно проходит сквозь кольцо. Теперь я нагрею его в пламени горелки. Пробуем... Шар застрял! Почему?" | Отвечают: "При нагревании скорость молекул увеличивается, они начинают сильнее отталкиваться, и среднее расстояние между ними растет". Наблюдают опыт, фиксируют, что объем шара увеличился. |
2 мин | "А теперь подумайте: если мы нагреем воду в бутылке до краев, она выльется. А если мы возьмем полоску бумаги и коснемся края воды? Она станет влажной выше уровня погружения. Почему в одном случае тело просто увеличивается в объеме, а в другом — жидкость 'карабкается' вверх?" | Сталкиваются с затруднением: не могут точно объяснить механизм подъема жидкости по бумаге или тонким трубкам. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Итак, мы видим два разных процесса: изменение объема всего тела и странное поведение жидкостей на границе с твердым телом. Давайте изучим их по порядку."
Этап 3. Построение проекта выхода из затруднения (3 мин)
Цель этапа: сформулировать задачи урока и план исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Что нам нужно узнать сегодня, чтобы объяснить эти явления? Давайте составим план. Во-первых, изучим тепловое расширение в разных состояниях. Во-вторых, разберемся, что такое смачивание. В-третьих, узнаем, что такое капилляры." | Формулируют задачи: 1. Понять механизм расширения. 2. Узнать, почему одни жидкости смачивают поверхности, а другие — нет. 3. Выяснить, от чего зависит высота подъема жидкости в трубках. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План готов. Приступаем к исследованию теплового расширения."
Этап 4. Открытие нового знания: Тепловое расширение (10 мин)
Цель этапа: объяснить механизм теплового расширения и его практическое применение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | "Посмотрите на экран. Здесь показана модель кристаллической решетки. При нагревании амплитуда колебаний атомов увеличивается. Представьте, что вы стоите в шеренге и начали активно махать руками — вам потребуется больше места, и шеренга растянется. Так и в телах. Важно: расширяются и твердые тела, и жидкости, и газы. Но газы расширяются сильнее всего. Где мы используем расширение жидкостей каждый день?" | Слушают объяснение, смотрят анимацию. Отвечают: "В термометрах! Ртуть или спирт расширяются при нагревании и поднимаются по трубке". |
5 мин | "Верно. А теперь о технике. Если строить мост из цельного куска стали, летом он изогнется и разрушится. Поэтому инженеры делают температурные швы — зазоры. Посмотрите на фото стыка моста — он похож на гребенку. Зачем она нужна?" | Обсуждают фото, делают вывод: зазоры позволяют частям моста удлиняться без разрушения конструкции. Записывают в тетрадь вывод о расширении. |
Запись в тетрадях
- Тепловое расширение — увеличение объема тела при повышении температуры.
- Причина: увеличение скорости движения молекул и расстояния между ними.
- Применение: термометры, биметаллические пластины.
- Учет в технике: зазоры в рельсах, стыки мостов, провис проводов.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "С расширением разобрались. Но почему капля воды на жирной сковороде собирается в шарик, а на чистой тарелке растекается? Переходим к смачиванию."
Этап 5. Открытие нового знания: Смачивание и капиллярность (10 мин)
Цель этапа: изучить явления смачивания и капиллярности через эксперимент.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Проведем эксперимент. Капнем водой на чистое стекло и на стекло, натертое парафином. Что видим? На чистом стекле вода растеклась — это смачивание. На парафине — осталась каплей — это несмачивание. Почему? Все дело в борьбе сил: притяжение молекул воды друг к другу против притяжения молекул воды к стеклу. Если вода сильнее тянется к стеклу — она смачивает его." | Наблюдают за опытом, зарисовывают в тетрадь форму капли в обоих случаях. Делают вывод о силах взаимодействия. |
6 мин | "Теперь возьмем очень тонкие трубки — капилляры (от лат. 'capillus' — волос). Опустим их в подкрашенную воду. Посмотрите: чем тоньше трубка, тем выше поднялась вода! Это и есть капиллярность. Силы смачивания 'тянут' края жидкости вверх по стенкам, а за ними поднимается весь столб воды. Где в природе мы это видим?" | Наблюдают подъем жидкости в трубках разного диаметра. Отвечают: "В растениях вода идет от корней к листьям", "Полотенце впитывает воду", "Почва остается влажной благодаря порам-капиллярам". |
Запись в тетрадях
- Смачивание: притяжение молекул жидкости к молекулам твердого тела сильнее, чем друг к другу.
- Капиллярность — подъем или опускание жидкости в узких трубках (капиллярах).
- В узких трубках жидкость поднимается выше.
- Значение: питание растений, подъем грунтовых вод, впитывание влаги тканями.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы изучили теорию. Теперь проверим, сможете ли вы применить эти знания для решения жизненных задач."
Этап 6. Первичное закрепление. Работа в парах (7 мин)
Цель этапа: закрепить материал через решение качественных задач в процессе коммуникации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | "Работаем в парах. У вас на столах карточки с тремя вопросами: 1. Почему водоплавающие птицы не тонут и их перья остаются сухими? 2. Зачем при посадке растений почву сначала плотно притаптывают, а потом рыхлят сверху? 3. Что произойдет со стальным мостом, если его опоры будут закреплены намертво без возможности движения? Обсудите и запишите краткие ответы." | Обсуждают вопросы в парах. Формулируют ответы: 1. Перья смазаны жиром (несмачивание). 2. Притаптывание создает капилляры для подъема воды к корням, рыхление разрушает их сверху, чтобы вода не испарялась. 3. Мост деформируется или разрушится от расширения. |
2 мин | "Давайте проверим ваши версии. Кто готов объяснить ситуацию с почвой?" | Одна пара отвечает, остальные дополняют или корректируют. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Отличная работа! Вы увидели, что физика — это не просто формулы, а инструкция к окружающему миру."
Этап 7. Рефлексия (4 мин)
Цель этапа: осознание учениками своей учебной деятельности, самооценка результатов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Наш урок подходит к концу. Поднимите зеленую карточку, если вам все понятно и вы сможете объяснить тему другу. Желтую — если остались вопросы. Красную — если тема показалась очень сложной. Ответьте на вопросы в листе самооценки." | Поднимают карточки, заполняют краткий опросник рефлексии. Оценивают свой вклад в работу пары. |
Критерии оценивания практической работы
- "5" — ученик верно объяснил все 3 ситуации в карточке, активно участвовал в обсуждении, правильно использовал термины 'смачивание', 'капиллярность', 'тепловое расширение'.
- "4" — верно объяснены 2 ситуации, допущены небольшие неточности в формулировках сил взаимодействия молекул.
- "3" — верно объяснена 1 ситуация, ученик понимает общую суть явлений, но затрудняется в объяснении причин на молекулярном уровне.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое явление сегодня на уроке показалось вам самым удивительным? | Выявление эмоционального отклика и наиболее запомнившегося материала. |
Где в вашей будущей профессии (или в хобби) могут пригодиться знания о расширении тел? | Формирование личностной значимости обучения (профориентация). |
В какой момент обсуждения в паре вы почувствовали, что нашли верное решение? | Анализ метапредметных навыков коммуникации. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы убедились, что даже такие незаметные вещи, как притяжение молекул или расширение металла на миллиметры, определяют облик нашего мира — от высоты лесов до надежности огромных мостов. Вы отлично поработали в парах и проявили себя как настоящие исследователи. На следующем уроке мы перейдем к изучению тепловых двигателей, где расширение газов совершает колоссальную работу. До встречи!"
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Прочитать текст о смачивании и тепловом расширении. Письменно ответить на вопрос: почему медицинские термометры нельзя мыть горячей водой? | Закрепление основных понятий и понимание границ применимости измерительных приборов. |
Средний (повышающий) | Решить 3 качественные задачи на тему капиллярности (например, про фитиль в лампе и подъем влаги в кирпичных стенах старых домов). | Развитие навыка применения знаний в нестандартных бытовых ситуациях. |
Продвинутый (дополнительный) | Провести домашний опыт: опустить край салфетки в стакан с водой и замерить скорость подъема влаги за 1, 5 и 10 минут. Сделать фотоотчет. | Развитие исследовательских навыков и интереса к экспериментальной физике. |
Контрольный вопрос: Почему стальную проволоку нельзя вплавлять в обычное стекло (она трескается при остывании), а платиновую — можно?
