Тема урока: «Поверхностное натяжение жидкости»
Цели урока:
• Образовательная
Ознакомить учащихся с практическим применением поверхностного натяжения жидкости
• Воспитательная
Создать предпосылки для самообразования
• Развивающая
Сформировать потребность в получении знаний не только в традиционной форме, но и в повседневной практической деятельности
Оборудование:
Демонстрационное:
ареометр с надетым кружком из медной сетки, 2) стеклянный цилиндр ёмкостью 1 л (длина 465 мм, диаметр 65 мм), 3) два проволочных каркаса - кольцо с ниткой и « качели», 4) штатив, 5) осветитель для теневого проецирования, 6) глазная пипетка, 7) химический стакан, 8) эфир, 9) мыльный раствор.
Лабораторное:
Стеклянные стаканы и канцелярские скрепки, вода.
Компьютерное обеспечение: компьютер и видеопроектор
Ход урока
Проверка домашнего задания
• Рассказать о процессе кипения -- 1
• Рассказать о температуре кипения --1
• Индивидуальные карточки (по теме влажность и кипение)-- 7
• Фронтальный тест через компьютер.
Тема теста Кипение, влажность воздуха..
А1.Давление насыщенного пара определяется:
1. родом вещества и его температурой;
2. только его объёмом;
3. только веществом;
4. его температурой и объёмом;
А2.Если парциальное давление водяного пара,
находящегося в воздухе в 8 раз меньше давления насыщенного пара
при той же температуре, то относительная влажность воздуха равна:
1. 100 %
2. 50 %
3. 25 %
4. 12,5 %
А3.Перегретой жидкостью называется жидкость, нагретая до температуры:
1. более высокой, чем температура кипения при нормальном атмосферном давлении;
2. более высокой, чем температура кипения при данном атмосферном давлении;
3. очень горячая жидкость
4. перегретой жидкости не существует;
4.При охлаждении воздуха в закрытом сосуде его относительная влажность:
1. не изменяется;
2. увеличивается
3. уменьшается
4. сначала увеличится, а за тем будет постоянной
А5.Давление водяного пара в воздухе при температуре 300С равно 2,52кПа.
Определить относительную влажность воздуха, если давление
насыщенного пара при этой температуре равно 4,2 кПа
1. 30 %
2. 40 %
3. 50 %
4. 60 %
Правильные ответы
А1 1
А2 4
А3 2
А4 4
А5 4
Основной материал
1. Особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя жидкости.
2. Поверхностное натяжение
3. Сила поверхностного натяжения.
4. Решение задач типа: N 2,3 к § 64 (Учебник Касьянова В.А. 10 кл)
Молекулы вещества в жидком состоянии расположены почти вплотную друг к другу. В отличие от твердых кристаллических тел, в которых молекулы образуют упорядоченные структуры во всем объеме кристалла и могут совершать тепловые колебания около фиксированных центров, молекулы жидкости обладают большей свободой. Каждая молекула жидкости также как и в твердом теле "зажата" со всех сторон соседними молекулами и совершает тепловые колебания около некоторых положения равновесия. Однако время от времени любая молекула может переместиться в соседнее вакантное место. Такие перескоки в жидкостях происходят довольно часто; поэтому молекулы не привязаны к определенным центрам, как в кристаллах и могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей. Из-за сильного взаимодействия между близко расположенными молекулами они могут образовывать локальные (неустойчивые) упорядоченные группы, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком
(показ слайда из презентации N 5 )
Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной поверхности. Жидкость, в отличие от газов, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или паром) образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Молекулы в пограничном слое жидкости, в отличие от молекул в ее глубине, окружены другими молекулами той же жидкости не со всех сторон. Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем взаимно скомпенсированы. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости (силами, действующими на данную молекулу жидкости со стороны молекул газа (или пара) можно пренебречь). В результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости. Если молекула переместиться с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (т.е. увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил , пропорциональную изменению площади поверхности:
.
Коэффициент называется коэффициентом поверхностного натяжения ( ). Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу.
В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м2) или в ньютонах на метр (1 Н/м=1 Дж/м2).
Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Потенциальная энергия Ep поверхности жидкости пропорциональна ее площади:
.
Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.
Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (т.е. от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости.
Демонстрации мыльных плёнок на кольцах и «качелях»
Слайды N 9-14
Анализ демонстраций ( поведение рамки в мыльном растворе)
Подвижная сторона проволочной рамки в равновесии под действием внешней силы и результирующей сил поверхностного натяжения.
Некоторые жидкости, как например, мыльная вода, обладают способностью образовывать тонкие пленки. Всем хорошо известные мыльные пузыри имеют правильную сферическую форму - в этом тоже проявляется действие сил поверхностного натяжения. Если в мыльный раствор опустить проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна, то вся она затянется пленкой жидкости
Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность пленки. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу . Если под действием силы перекладина переместиться на , то будет произведена работа , где - приращение площади поверхности обеих сторон мыльной пленки. Так как модули сил и одинаковы, можно записать:
или
Коэффициент поверхностного натяжения может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность.
Благодаря поверхностному натяжению воды на её поверхности могут плавать лёгкие предметы и удерживаться водомерки.
Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань. Высокая проникающая способность мыльного раствора, позволяющая лучше очищать ткани, объясняется его малым поверхностным натяжением (таблица 18 учебника стр. 304)
Поверхностное натяжение жидкостей, находящихся в контакте с воздухом, мН/м
Мыльный раствор 25
Бензин 28,9
Оливковое масло 32,0
Глицерин 63,1
Вода 72,8
Ртуть 465
В классе провести фронтальный опыт с портновскими булавками.
Задача
Какое усилие надо приложить для отрыва проволочного кольца радиусом 5 см и массой 4 г с поверхности воды?
Дано: Решение:
R=5см=0,05м Условие равновесия
m=4 г = 0.004 кг F= Fт+ Fпов.нат
σ=72,8*10-3 Н/м mg+2σl=mg +2σ2πR
Найти: F-?
F= mg+4σ π R=0,004кг*9,8м/с2+4*72,8*10-3 Н/м*0,05м*3,14=84,91 Н.
При решении учесть, что длина окружности кольца l=2πR водяная плёнка охватывает кольцо с двух сторон. Ответ: F=84,91 Н
Итоги урока:
1. С каким физическим явлением мы познакомились сегодня на уроке?
2. Почему волоски акварельной кисточки слипаются после того, как кисточка поднята из воды.
Домашнее задание: § 64 N 2,3
Карточки к уроку «Поверхностное натяжение» физика 10
1. Давление насыщенного пара воды при температуре 200С составляет 2.33 кПа. Определите, какая масса воды содержится в воздухе комнаты объёмом 50 м3 ,при относительной влажности 60%. Молярная масса воды 0.018 кг/моль. 2. В сауне при относительной влажности 5% парциальное давление пара 6 кПа. Определить давление насыщенного пара при данной температуре.
3.Давление насыщенного пара при температуре 200С равно 2,33 кПа. Какое количество вещества(воды) содержится в воздухе комнаты объёмом 100 м3
При такой температуре, если относительная влажность воздуха
составляет 65 %? 1. Давление насыщенного пара воды при температуре 200С составляет 2.33 кПа. Определите, какая масса воды содержится в воздухе комнаты объёмом 50 м3 ,при относительной влажности 60%. Молярная масса воды 0.018 кг/моль.
3.Давление насыщенного пара при температуре 200С равно 2,33 кПа. Какое количество вещества(воды) содержится в воздухе комнаты объёмом 100 м3
При такой температуре, если относительная влажность воздуха
составляет 65 %? 2. В сауне при относительной влажности 5% парциальное давление пара 6 кПа. Определить давление насыщенного пара при данной температуре.
