Конспект урока
план-конспект урока по физике (10 класс)

Урок 64

Тема. Структура и свойства жидкости. Поверхностное натяжение жидкости.

Тип. Комбинированный урок.

Цели: объяснить особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя; дать понятие «поверхностное натяжение»;

продолжить формирование естественнонаучных представлений по изучаемой теме;

создавать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся;

формирование коммуникативного общения.

Ход урока.

1. Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания.

Проверим домашнее задание.

На доске записать решение задачи № 50.5. (Рабочая тетрадь по физике. 10 класс. С.А. Тихомирова)

Фронтальный опрос.

• Какие процессы мы изучили на прошлом уроке?
• Какой процесс называется плавлением?
• При каких условиях происходит плавление твёрдого тела?
• Что такое теплота плавления? Как обозначается?
• Что такое удельная теплота плавления? Формула. Единица в СИ.
• Чем отличаются процессы плавления кристаллического тела и размягчения аморфного тела?
• На что расходуется подводимая при плавлении энергия?
• Что такое кристаллизация?
• Как изменяется потенциальная энергия взаимодействия частиц при кристаллизации?
• Что такое сублимация?

Проверим № 50.4.

3. Постановка проблемы и актуализация знаний.

-А теперь давайте немного поиграем. Нальём в стакан воды до самых краёв. А теперь скажите мне, что будет, если я брошу в воду монетку? Две? Три? Как вы думаете, сколько монет можно опустить в стакан, чтобы вода не вылилась?

 Внимательно присмотритесь к краям стакана. Что вы видите? Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что поверхность воды находится выше краёв стакана, она возвышается бугорком. Как вы думаете, почему вода поднялась, а не вылилась из стакана?

-Все вы надували мыльные пузыри. А как вы думаете, почему они имеют форму шара?

Вы, вероятно, неоднократно видели на водоёмах водомерок – насекомых, бегающих по воде. Посмотрите, что происходит с поверхностью воды под их лапками? Если внимательно приглядеться, то можно увидеть, что поверхность воды под их лапками немного прогибается.

-Аналогичное явление можно наблюдать, если аккуратно положить на поверхность воды лезвие, иглу или скрепку. Мы увидим, что около скрепки поверхность воды изогнута.

Как вы думаете почему?

Создаётся впечатление, что на поверхности воды есть упругая плёнка.

Чтобы объяснить эти явление нужно знать структуру и свойства жидкости.

Итак, тема нашего урока «Структура и свойства жидкости. Поверхностное натяжение жидкости».

 -Запишите сегодняшнее число. Тему урока.

Откройте печатные тетради стр. 116.№ 51.1и будем работать с таблицей.

  Для начала давайте вспомним, какие свойства жидкости вам известны.

• Сохраняют объём
• Не сохраняют форму (принимают форму сосуда)
• Текучи

Запишите эти свойства в тетрадь в таблицу, задание 51.1.

Особенность жидкостей состоит в том, что они сочетают в себе свойства твёрдых тел и газов. Вспомним эти свойства.

Таблица

4. Объяснение нового материала.

Как расположены молекулы в жидкости?

Плотность жидкости близка к плотности твёрдого тела и намного превышает плотность газа. Это говорит о том, что молекулы жидкости почти вплотную расположены друг к другу. (Структура твёрдого, жидкого и газообразного состояний воды)

Согласно рентгенографическим исследованиям в жидкостях наблюдается некоторая закономерность в расположении соседних молекул. Но этот порядок соблюдается только на небольшом расстоянии (2-3 молекулярных слоя), за пределами которого упорядочение «размывается», переходит в беспорядок, затем вновь обнаруживается и опять исчезает. Такое расположение молекул называют ближним порядком. Запишите в тетрадь.

А какие тела имеют аналогичную структуру? (Аморфные)

Таким образом, по расположению молекул жидкости сходны с твёрдыми телами (в которых правильное чередование частиц повторяется во всём объёме – дальний порядок) и газами (где нет никакого порядка – хаос).

А каков характер теплового движения молекул жидкости?

Тепловое движение молекул жидкости – это колебания молекул около положений равновесия и сравнительно редкие перескоки из одного равновесного положения в другое. Запишите в тетрадь.

По словам российского физика Якова Ильича Френкеля, изучавшего жидкое состояние веществ, молекулы странствуют по всему объёму жидкости, ведя кочевой образ жизни, при котором кратковременные «переезды» сменяются относительно длинными периодами осёдлой жизни.

Таким образом, по характеру теплового движения молекул жидкости также занимают промежуточное положение между твёрдыми телами, в которых частицы совершают колебания вокруг положений равновесия, и газами, в которых частицы движутся беспорядочно.

Каковы силы взаимодействия между молекулами жидкости?

Силы взаимодействия значительные, способствуют упорядоченному расположению соседних молекул.

А теперь, на основе полученных знаний, давайте объясним свойства жидкости.

• Сохраняют объём – значительные силы взаимодействия между молекулами.
• Не сохраняют форму (принимают форму сосуда) – молекулы могут сравнительно легко перемещаться относительно друг друга, если на жидкость не действуют внешние силы, то перескоки молекул из одного оседлого положения в другое происходят во всех направлениях одинаково.
• Текучи – под действием внешней силы перескоки молекул осуществляются преимущественно в направлении действия силы.

Жидкости были предметом научного изучения уже во времена Архимеда (более 2000 лет тому назад). Однако до сих пор ещё нет вполне законченной и строгой теории, объясняющей их свойства и структуру.

А теперь вернёмся к нашим опытам. Для того чтобы объяснить, почему поверхностный слой подобен растянутой упругой пленке, рассмотрим две молекулы — одна молекула А находится на поверхности жидкости, другая В — внутри нее. См. рис. в учебнике. Молекула А, находящаяся внутри жидкости, со всех сторон окружена соседними молекулами, которые «тянут» ее во все стороны одинаково, и равнодействующая сил взаимодействия равна нулю. Молекула В, находящаяся на поверхности, соседей сверху почти не имеет. (Т.к., что плотность пара намного меньше плотности жидкости.) Поэтому молекула испытывает преимущественное притяжение со стороны молекул, находящихся внутри жидкости. Равнодействующая F сил, действующих на молекулу, расположенную вблизи поверхности жидкости, направлена внутрь жидкости. Это приводит к тому, что под действием силы F молекулы стремятся уйти внутрь жидкости с ее поверхности, а внешнее проявление этой силы заключается в возникновении сил, стремящихся сократить свободную поверхность жидкости (запишите в тетради). Толщина поверхностного слоя порядка 10-9 м.

Эксперимент.

В этом можно убедиться на опыте. Если проволочное кольцо с привязанной к нему в двух точках нитью погрузить в мыльный раствор и вынуть из него, то на кольце появится мыльная пленка. Нить лежит на пленке свободно. Если же проколоть пленку с одной стороны нити, то пленка, оставшаяся с другой стороны нити, сокращаясь, натянет нить так, что она примет форму дуги окружности.

В проведенном опыте нить удерживают в натянутом состоянии силы поверхностного натяжения, направленные внутрь пленки по касательным к ее поверхности.

Наименьшую поверхность при заданном объеме имеет сфера. Этим объясняется шарообразная форма маленьких капель. Приплюснутость больших капель, лежащих на поверхности твердых тел, возникает из-за того, что сила тяжести преобладает над межмолекулярными силами. В условиях невесомости жидкость принимает форму шара.

Физическую величину, равную отношению силы, с которой поверхностный слой жидкости действует на ограничивающий его контур, к длине этого контура, называют поверхностным натяжением.

σ =F∕l

(Запишите в тетради)

Единица поверхностного натяжения - ньютон на метр (Н/м).

А как вы думаете, зависит ли поверхностное натяжение от рода жидкости?

Эксперимент.

Давайте проверим это с помощью опытов.

Налейте в чашку воды. Положите сверху аккуратно две спички. Смочите лезвие в мыльном растворе и опустите его аккуратно в воду между спичками. Что вы наблюдаете?

Вылейте из чашки воду, налейте чистой, положите две спички. Теперь смочите лезвие в сладкой воде и опустите между спичками. Что вы наблюдаете?

Какой можно сделать вывод?

Поверхностное натяжение разных жидкостей неодинаково.

Эксперимент.

Проделаем ещё один опыт. Подвесим к динамометру стеклянную пластину. Опустим её в сосуд с чистой водой, а затем в сосуд с мыльной водой. Будем поднимать динамометр вверх до отрыва пластины от поверхности воды. Мы заметим, что большая сила требуется для поднятия пластины из воды, чем из мыльного раствора. Следовательно, поверхностное натяжение воды больше, чем мыльного раствора.

Мыло, стиральные порошки уменьшают поверхностное натяжение воды, увеличивая её проникающую способность. Поэтому мыльная вода пропитывает и очищает ткани и другие материалы лучше, чем чистая вода.

Однако мыльные пузыри получаются большого размера, они прочнее и дольше живут. Не противоречат ли эти свойства одно другому?

Оказывается, кроме сил поверхностного натяжения, важную роль играет структура мыльной пленки. Молекулы мыла и моющих средств относятся к поверхностно-активным веществам (ПАВ). Их особенностью является то, что один конец молекулы активен по отношению к воде, а противоположный — инертен. Молекулы мыла расположены упорядоченно и перпендикулярно водной поверхности, так что напоминают «частокол». Мыльная пленка имеет два таких «частокола». При раздувании она растягивается, плотность ПАВ на поверхности уменьшается, но тут же стремится восстановиться благодаря «притоку» все новых молекул из объема пленки. Когда все молекулы ПАВ окажутся на поверхности, наступает критическая ситуация — пленка разрушается, и пузырь лопается.

Измерения поверхностного натяжения подтверждают теорию: мыльная пленка уменьшает поверхностное натяжение в 2-3 раза. Однако мыльная пленка более прочная и устойчивая. Учёные выяснили, что раствор для мыльных пузырей следует готовить из дистиллированной (или кипяченой) воды. Оптимальная концентрация 10—12%. Современные моющие средства и шампуни позволяют быстро и без хлопот готовить мыльные растворы. Добавление глицерина и хозяйственного мыла делает пленку более прочной.

Поверхностное натяжение жидкости зависит и от температуры: с повышением температуры оно уменьшается, поэтому горячий мыльный раствор моет лучше, чем холодный.

(запишите в тетради: поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и от температуры жидкости)

В природе мы очень часто встречаемся с проявлением сил поверхностного натяжения.

• По воде бегают водомерки.
• На листьях утром роса в виде шариков воды.
• Капли дождя при свободном падении.
• Мыльный пузырь всегда имеет форму шара.
• На кране висит капля в виде шарика.
• Замки из песка строят из мокрого песка.
• Под водой у пловца волосы торчат во все стороны, над водой волосы слипаются.
• Без этих сил мы не могли бы писать чернилами; обычная ручка не зачерпнула бы чернил из чернильницы, а автоматическая сразу же поставила бы большую кляксу, опорожнив весь свой резервуар.
• Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы.
• Нарушился бы водный режим почвы, что оказалось бы гибельным для растений.
• Пострадали бы важные функции нашего организма.
• При сооружении легких строительных конструкций сложных форм найти лучшие решения помогают мыльные пленки.
• Построить первую теорию деления атомных ядер удалось, уподобив ядро капле заряженной жидкости.

А теперь давайте посмотрим интересное видео, которое демонстрирует поверхностное натяжение жидкости.

5. Закрепление изученного материала.

р/т № 25.4, упр. 35 (5).

6. Подведение итогов урока и постановка домашнего задания.

Д/з § 52, 53, упр. 35 (1-3), р/т № 52.8.