Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления
Цели и задачи
- Цель: к концу урока учащиеся смогут объяснять явления смачивания и капиллярности на основе знаний о молекулярном взаимодействии и применять эти знания для решения практических задач.
- Образовательная задача: изучить условия возникновения явлений смачивания и несмачивания, выявить зависимость высоты подъёма жидкости в капиллярах от диаметра трубки.
- Развивающая задача: развивать навыки экспериментального исследования, умение сравнивать результаты и формулировать выводы на основе наблюдений.
- Воспитательная задача: показать связь физических явлений с биологическими процессами и повседневной жизнью, формируя целостную научную картину мира.
Планируемые результаты
Личностные
- Формирование ответственного отношения к учению, готовности к саморазвитию.
- Развитие познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе самостоятельного приобретения знаний.
- Умение вести диалог с учителем и сверстниками на основе взаимного уважения.
Метапредметные
- Познавательные: умение выделять существенные признаки явлений, устанавливать причинно-следственные связи, работать с информацией в разных формах (текст, эксперимент, схема).
- Регулятивные: умение определять цели обучения, планировать пути их достижения, осуществлять самоконтроль и коррекцию своих действий.
- Коммуникативные: умение работать в паре, аргументировать свою точку зрения, слушать партнёра.
Предметные
- Знать определения понятий: смачивание, несмачивание, капиллярность, мениск.
- Уметь объяснять причины смачивания и несмачивания через соотношение сил притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела.
- Понимать зависимость высоты капиллярного подъёма от радиуса трубки.
- Уметь приводить примеры капиллярных явлений в природе и технике.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Формирование ценностного отношения к научному познанию.
- Развитие критического мышления при анализе повседневных явлений.
Регулятивные УУД
- Самостоятельное формулирование гипотезы перед проведением опыта.
- Оценка правильности выполнения учебной задачи и собственных возможностей её решения.
Познавательные УУД
- Поиск и выделение необходимой информации из результатов эксперимента.
- Моделирование процесса взаимодействия молекул на границе сред.
Коммуникативные УУД
- Организация учебного взаимодействия в парах при выполнении лабораторного исследования.
- Умение точно выражать свои мысли в соответствии с задачами коммуникации.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить лабораторное оборудование на каждую парту: два предметных стекла, пипетка с водой, кусок парафина (или свеча), подкрашенная вода в стакане, набор капиллярных трубок разного диаметра (3 шт.).
- Распечатать рабочие листы для фиксации наблюдений и выводов (по 1 на ученика).
- Подготовить демонстрационный материал: фотографии водомерки на воде, капли росы на листе лотоса, перьев водоплавающих птиц.
- Проверить работу проектора для демонстрации схемы взаимодействия молекул.
- Подготовить полоски бумажных полотенец и ткани для демонстрации впитывания воды.
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: создать эмоциональный настрой и вызвать интерес к теме через визуальный ряд.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | "Здравствуйте! Посмотрите на экран. Перед вами удивительное насекомое — водомерка. Она буквально скользит по поверхности воды, не проваливаясь. А вот капля росы на листе лотоса — она идеально круглая и скатывается, не оставляя следа. Почему вода ведет себя так по-разному?" | Рассматривают изображения, настраиваются на работу, включаются в обсуждение. |
2 мин | "Сегодня мы станем исследователями свойств поверхностей. Мы узнаем, почему одни вещи намокают, а другие — нет, и как вода может сама подниматься вверх против силы тяжести. Запишите тему урока: Смачивание и капиллярные явления." | Записывают тему в тетрадь, формулируют личные ожидания от урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Чтобы разгадать эти загадки, нам нужно вспомнить, что происходит внутри вещества на самом маленьком уровне — на уровне молекул."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить базовые знания о силах взаимодействия молекул, необходимые для понимания новой темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников | Колонка 4 |
|---|---|---|---|
3 мин | "Давайте вспомним: какие силы действуют между молекулами? Почему тела не рассыпаются на отдельные атомы? Как эти силы зависят от расстояния? Вспомните опыты со свинцовыми цилиндрами, которые мы проводили в 7 классе." | Отвечают: "Между молекулами действуют силы притяжения и отталкивания. Притяжение заметно на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул". | |
2 мин | "Верно. А теперь представьте ситуацию: молекула воды находится на границе со стеклом. Какие силы на неё действуют? Силы со стороны «своих» — таких же молекул воды, и силы со стороны «чужих» — молекул стекла. Как вы думаете, какая сила победит?" | Выдвигают предположения: "Может победить притяжение к стеклу, а может — к воде. Наверное, от этого зависит, разольется капля или нет". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши догадки верны. Давайте проверим это экспериментально."
Этап 3. Постановка проблемы и выявление причины затруднения (4 мин)
Цель этапа: создать ситуацию затруднения, демонстрируя противоречивое поведение жидкости на разных поверхностях.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | "Возьмите пипетку и капните по одной капле воды на чистое стекло и на стекло, натертое парафином. Что вы видите? Опишите форму капли в обоих случаях." | Выполняют действие. Отвечают: "На чистом стекле капля растеклась тонким слоем, а на парафине осталась в виде шарика, почти не прилипая к поверхности". |
2 мин | "Почему вода одна и та же, а ведет себя по-разному? Сформулируйте проблему нашего исследования. Что именно мы должны выяснить, глядя на эти капли?" | Формулируют проблему: "Нам нужно понять, от чего зависит взаимодействие жидкости с твердым телом и как описать эти состояния с точки зрения физики". |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Итак, мы столкнулись с явлениями смачивания и несмачивания. Приступим к их детальному изучению."
Этап 4. Открытие нового знания. Исследовательская работа в парах (12 мин)
Цель этапа: через эксперимент изучить условия смачивания и познакомиться с капиллярными явлениями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Работаем в парах. Посмотрите на схему на доске. Если притяжение между молекулами жидкости и твердого тела сильнее, чем между молекулами самой жидкости — это смачивание. Если наоборот — несмачивание. Зарисуйте в тетрадь два типа мениска — вогнутый и выпуклый. Как вы думаете, какой мениск мы увидим у воды в стеклянной трубке?" | Обсуждают в парах, делают рисунки менисков. Предполагают: "Так как вода смачивает стекло, края должны подняться, значит мениск будет вогнутым". |
5 мин | "Теперь переходим к капиллярам. У вас на столах стакан с подкрашенной водой и три трубки разного диаметра. Опустите их в воду одновременно. Что произошло с уровнем воды в трубках по сравнению с уровнем в стакане? Есть ли разница между трубками?" | Проводят опыт. Наблюдают: "Вода в трубках поднялась выше уровня в стакане. Причем в самой узкой трубке она поднялась выше всего, а в самой широкой — меньше всего". |
3 мин | "Этот эффект называется капиллярностью. От латинского 'capillus' — волос. Чем тоньше трубка, тем выше подъем. Как вы думаете, почему это происходит? Вспомните про силы смачивания." | Высказывают гипотезы: "Силы смачивания тянут края воды вверх вдоль стенок. В узкой трубке вес столбика воды меньше, поэтому силы притяжения к стенкам могут поднять его выше". |
Запись в тетрадях
- Смачивание: F(взаимод. с телом) > F(взаимод. молекул жидкости). Мениск вогнутый.
- Несмачивание: F(взаимод. с телом) < F(взаимод. молекул жидкости). Мениск выпуклый.
- Капилляры — узкие трубки, в которых уровень жидкости меняется из-за смачивания или несмачивания.
- Высота подъема жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, как физика молекул заставляет воду 'ползти' вверх. Но где это встречается, кроме наших пробирок?"
Этап 5. Включение в систему знаний и межпредметные связи (8 мин)
Цель этапа: показать практическое значение капиллярности в биологии, географии и быту.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Давайте обратимся к биологии. Как вода от корней огромной секвойи поднимается на высоту 100 метров? Насоса у дерева нет. Используя приём 'ПОПС-формула', объясните это явление. П — позиция, О — обоснование, П — пример, С — следствие." | Работают по формуле: "Я считаю, что вода поднимается по стволу благодаря капиллярам (П). Потому что сосуды дерева — это очень узкие трубки (О). Например, если мы поставим ветку в подкрашенную воду, мы увидим окрашивание листьев (П). Следовательно, без капиллярности жизнь растений была бы невозможна (С)". |
4 мин | "А теперь бытовой вопрос. Почему мы используем полотенца из хлопка, а не из синтетики? Почему для просушки пролитого чая мы берем салфетку, а не кусок пластика? И как капиллярность помогает дачникам сохранять влагу в почве через рыхление?" | Обсуждают: "Ткань состоит из волокон, между которыми образуются капилляры. Они впитывают воду. В почве тоже есть капилляры, по которым вода испаряется; рыхление разрушает их и удерживает влагу внутри". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Как видите, физика поверхностных явлений буквально пронизывает мир вокруг нас — от гигантских деревьев до кухонного полотенца."
Этап 6. Первичное закрепление и самостоятельная работа (7 мин)
Цель этапа: проверить усвоение материала через решение качественных задач.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | "Предлагаю вам две задачи на выбор. 1. Почему перья водоплавающих птиц всегда остаются сухими, даже когда они ныряют? 2. В двух капиллярах разного диаметра вода поднялась на разную высоту. В каком капилляре вода поднимется выше: в том, который тоньше человеческого волоса, или в том, который как игла шприца? Обоснуйте." | Выбирают задачу и записывают краткий ответ. 1. Перья смазаны жиром, который не смачивается водой. 2. Выше поднимется в том, который тоньше волоса, так как высота подъема обратно пропорциональна радиусу. |
2 мин | "Посмотрите на эталон ответа на экране. Оцените свою работу соседа по парте приёмом 'Две звезды и пожелание'." | Проводят взаимопроверку, пишут на полях два плюса и один совет. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Большинство из вас отлично справились с задачами. Это значит, что механизмы смачивания вам понятны."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: подвести итоги урока, оценить уровень достижения целей и дать инструкции по выполнению домашней работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | "Наш урок подходит к концу. Вспомните наши картинки в начале урока. Можете ли вы теперь объяснить, почему водомерка не тонет, а роса на лотосе не впитывается? Поднимите зеленую карточку, если вам все понятно, и красную, если остались вопросы." | Оценивают свои знания. Поднимают карточки. Отвечают: "Водомерка не смачивается водой, а поверхностное натяжение удерживает её лапки". |
1 мин | "Запишите домашнее задание. Оно будет дифференцированным — выберите тот уровень, который вам интересен." | Записывают задание в дневники. |
Критерии оценивания практической работы
- "5" — ученик верно провел все эксперименты, сделал правильные выводы о зависимости высоты подъема от диаметра, привел верные примеры смачивания/несмачивания.
- "4" — эксперименты проведены верно, но допущены неточности в объяснении причин явления на молекулярном уровне.
- "3" — ученик выполнил практическую часть, но не смог сформулировать выводы или допустил ошибки в определении типов менисков.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое явление сегодня на уроке показалось вам самым неожиданным? | Выявление эмоционального отклика и наиболее ярких зон интереса. |
В чем главная причина того, что вода поднимается в капилляре? | Проверка понимания фундаментальной причины (силы взаимодействия молекул). |
Где в вашей будущей профессии могут пригодиться знания о смачивании? | Профориентация и осознание практической значимости физики. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы убедились, что даже самые простые вещи, такие как капля воды, скрывают в себе сложные физические законы. Мы научились видеть работу молекул там, где раньше видели просто мокрую поверхность. На следующем уроке мы объединим эти знания и перейдем к изучению тепловых процессов. Спасибо за активную работу, особенно за ваши гипотезы в исследовании капилляров!"
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый | Прочитать материал о смачивании и капиллярности, ответить на 3 вопроса в конце темы о причинах подъема жидкости в трубках. | Закрепление основных понятий и теории. |
Средний | Решить 2 качественные задачи: объяснить, почему фундамент дома защищают слоем рубероида и почему жирную посуду трудно отмыть холодной водой без средств. | Развитие навыка применения знаний в бытовых ситуациях. |
Продвинутый | Провести домашний эксперимент: взять полоски разных материалов (газета, салфетка, ткань, пластик), опустить концы в воду и измерить скорость и высоту подъема воды. Составить таблицу. | Развитие исследовательских навыков и умения сравнивать свойства материалов. |
