Урок по физике на тему'«Наблюдение поверхностного натяжения на примере объяснения моющих свойств мыла и СМС (в сравнении)»'

Конспект урока физики и химии в 10 классе

(с использованием информационно-коммуникационных технологий)

Предмет: ХИМИЯ, ФИЗИКА

Класс: 10Д ( профильное обучение (по физике), углубленный уровень изучения (по химии)).

Учитель: Дербенцева Лариса Евгеньевна.

Школа: ГБОУ Волгоградский лицей-интернат «Лидер»,г.Волгоград.

Аннотация:

Данный урок рассматривается в теме «Молекулярная физика», профильный обучение, 10 класс (Мякишев Г. Я., Синяков А. З. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики). Применение проблемного и частично-поискового метода позволяет активизировать мыслительную деятельность обучающихся, даёт школьникам возможность выявлять причинно-следственные связи, существующие в процессах, способствует формированию умения делать научно обоснованные выводы.

Использование ИКТ решает проблему дефицита наглядных пособий, повышает эффективность изложения нового материала, позволяет активизировать учебно-познавательную деятельность и экономить время благодаря опорным схемам.

Практической реализацией этой темы является лабораторная работа по теме «Измерение поверхностного натяжения». Учащиеся после наблюдения проблемных опытов пытаются вместе с учителем объяснить явления, происходящие на поверхности жидкости. Для этого разбираем молекулярно-кинетическую теорию поверхностного натяжения. С помощью демонстраций выводим зависимость силы поверхностного натяжения от длины контура, вводим коэффициент поверхностного натяжения. Рассматриваем практическую значимость теории, наблюдаем образование капель, капиллярные явления, рассматриваем смачиваемость, выводим формулу высоты жидкости в капиллярах. Во второй части урока ребята получают исследовательские задания. По результатам проверки решения закрепляющих задач урока, последующих проверочной и лабораторной работ, делаем вывод, что урок достиг своих целей, полученные обучающимися знания прочные, психологическая атмосфера на уроке была комфортная и доброжелательная. Урок в целом должен пройти в хорошем темпе, быть достаточно динамичным.

Тема: «Наблюдение поверхностного натяжения на примере объяснения моющих свойств мыла и СМС (в сравнении)»

Цель: сформировать единое представление о поверхностном натяжении, полученное на уроке физики и химии вокруг основополагающих понятий поверхностного слоя жидкости, поверхностного натяжения, свойств жидкости на примере растительных жиров и жидкого мыла, моющих свойств жиров, СМС и мыла в сравнении.

Задачи:

• образовательная - совершенствовать и формировать основные свойства поверхностного слоя жидкости, поверхностного натяжения, свойства жиров и мыла;

рассмотреть решение простейших задач.

• развивающая - продолжить формирование умений, наблюдать, выделять главное, объяснять увиденное; развить логическое мышление, память, способность к анализу и синтезу; навыки самоконтроля, использовать на практике полученные знания.

• воспитательная - активизировать у обучающихся самостоятельность и мотивацию к изучению химии и физики через ознакомление с поверхностным натяжением в различных средах, а также через достижение успеха на различных этапах в ходе учебной деятельности.

Тип: обобщение и систематизация изученного.

Форма: фронтальная

Методы обучения: словесные, наглядные; проблемное изложение; систематизация;

Оборудование:учебники «Физика 10» Мякишев Г. Я., Синяков А. З. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. − М.: Дрофа; Мякишев Г. Я., для базового уровня, «Химия 10» О.С. Габриелян, И.Г.Остоумова Химия: Просвещение. А.П.Рымкевич «Сборник задач по физике», компьютер, проектор, презентация, раздаточный материал, оборудование и реактивы для демонстрации поверхностного натяжения.

Структура урока:

№

Структура

Время

Приемы и методы

1

Организационный момент Д/з §7.4 -7.7 повторить, §7.1 -7.3,профиль; база записи

1 мин

Беседа

2

Актуализация знаний

6 мин

Демонстрация сюжета выполнения некоторых экспериментов

3

Мотивация деятельности

3 мин

Работа с учениками, у доски, за партами

4

Решение задач

4 мин

5

Выполнение лабораторно, лабораторной работы

29 мин

6

Итог

2 мин

Ход урока:

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Примечание

1. Приветствие. Постановка цели урока. Д/з.

Приветствие. Сообщение цели и задач урока

2. Актуализация опорных знаний:

Вспомним материал по теме «Поверхностные эффекты, энергия, сила поверхностного натяжения»

Демонстрация слайда (Приложение 1 презентация).

Ф: Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение, и сил притяжения между молекулами жидкости и твердой поверхностью.

Х: В жидкой воде, например, силы поверхностного натяжения обусловлены водородными связями между молекулами. Поверхность стекла водой смачивается, поскольку в стекле содержится достаточно много атомов кислорода, и вода легко образует гидрогенные связи не только с другими молекулами воды, но и с атомами кислорода. Если же смазать поверхность стекла жиром, водородные связи с поверхностью образовываться не будут, и вода соберется в капельки под воздействием внутренних водородных связей, обусловливающих поверхностное натяжение.

Рисунки с углами. Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела. Если эти силы больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом θ, характерным для данной пары жидкость - твердое тело. Угол θ называется краевым углом. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то краевой угол θ оказывается тупым. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела. При полном смачивании - θ = 0, при полном несмачивании - θ = 180°.

Почему спички удерживаются на воде? Демонстрация сюжета Эксперимент: «Опыты со спичкой». На поверхность воды в центральной части кристаллизатора осторожно поместить спичку. С одной стороны плавающей спички коснуться мыльной палочкой (кусочек мыла на лучинке) поверхности воды. Что наблюдаем?

Ф: Объяснение: коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора меньше, чем чистой воды. Поэтому сила поверхностного натяжения, действующая на спичку со стороны чистой воды, будет больше, чем со стороны мыльного раствора.

Используется активная деятельность всех обучающихся класса, в ходе проверки знаний отдельных обучающихся по профилю. А также привлечение их к повторению изученного материала. Демонстрация сюжета выполнения некоторых экспериментов: на предметные чистые стекла - капаем воду затем масло; рядом капаем каплю воды на неё масло.

Результат эксперимента: спичка будет удаляться от мыльной палочки

Вывод: кусочек мыла уменьшает поверхностное натяжение воды.

3. Мотивация: Итак, мы знаем, что все вещества состоят из молекул. Молекулы хаотически и непрерывно двигаются. Как молекулы взаимодействуют между собой?

По расстоянию между молекулами и взаимодействию их между собой различают три состояния вещества:

Главное отличие жидкостей от газов - наличие поверхности отделяющей ее от другой среды…

-Под действием некомпенсированных сил поверхностного слоя жидкость стремится принять форму с наименьшей площадью поверхности. Однако обычно сила тяжести искажает форму жидкости. При этом выполняется работа против сил затягивающую молекулу вглубь жидкости.

Работа по увеличению поверхности жидкости на единицу площади при неизменной температуре называется поверхностным натяжением.

Какие силы действуют на пластилиновые шарики? Почему шарик удерживается на воде? Какова форма падающих капель воды? Почему капля отрывается от пипетки?

Давайте вспомним основные формулы, которые мы записали на прошлом уроке:

По какой?

Хорошо, молодцы, а кто скажет по какой формуле находится работа, совершаемая при этом?

Х: 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.

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.

Решение задачи:

С какой силой действует мыльная пленка на проволоку, если длина проволоки 3 см? Какую работу необходимо выполнить, чтобы переместить проволоку на 2 см?

Работа с рабочим листом.

Слушают, думают, отвечают.

- Притягиваются и отталкиваются.

- Твердое, жидкое и газообразное.

поверхностного слоя.

F=, формула нахождения силы, приложенной к подвижной перемычке A= (Е=δЅ поверхностная энергия)

Где (Н/м)

коэффициент поверхностного натяжения.



длина проволочки

демонстрируют решения (у доски): записывают в рабочих листах.

Силу, с которой мыльная пленка действует на проволоку, найдем по формуле F=

F=2410^-2 Н/м 310^-2 м = 24  10^-4 (Дж). Работа, необходимая для перемещения проволоки найдется по формуле:

A=Fd; A=24 м  10^-4 Дж 0,02 м=0,48  10^-4 (Дж)

4. Ф: Роль поверхностного натяжения в жизни очень разнообразна.

• 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;

• Нарушился бы водный режим почвы, что оказалось бы гибельным для растений;

• Пострадали бы важные функции нашего организма.

• Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы;

Х: Моющее действие мыла основано на повышении смачиваемости загрязнения водой.

Грязь по своей природе гидрофобна. Мыло также содержит гидрофобную часть (радикал), но, кроме того, и гидрофильную часть (СОО ̅ ). Гидрофобное притягивается к гидрофобному, а гидрофильное к гидрофильному. Таким образом, загрязнение, будучи окруженным гидрофобными частицами (радикалом), как бы подтягивает к загрязнению воду, тем самым повышая его смачиваемость и переводя загрязнение в мыльный раствор.

Растворение мыла.

С₁₇Н₃₅СООNa = С₁₇Н₃₅СОО^- + Na⁺

С₁₇Н₃₅СООNa + Н₂О ↔ С₁₇Н₃₅СООH + NaOH

С₁₇Н₃₅СОО^- + Na⁺ + Н₂О ↔ С₁₇Н₃₅СООH + Na⁺ + ОН^-

С₁₇Н₃₅СОО^- + Н₂О ↔ С₁₇Н₃₅СООH + ОН^-

В жесткой воде (содержит ионы кальция и магния)

2 C₁₇H₃₅COO + Ca²⁺ → (C₁₇H₃₅COO)₂Ca↓

Вместо пены в воде образуются хлопья осадка, мыло расходуется бесполезно

Недостатками мыла являются: а) необходимость использования пищевого сырья; б) образование щелочи, портящей объект стирки или мытья; в) невозможность использования в жесткой воде.

Синтетические моющие средства (СМС) - это натриевые соли синтетических кислот (сульфокислот, сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты)

Понятие о СМС и моющем процессе

Первое СМС появилось только в 1916 году. Изобретение немецкого химика Фрица Понтера предназначалось только для промышленного использования. Бытовые СМС выпускаются с 1935 года, когда они стали менее вредными для кожи рук.

С тех пор разработан целый ряд СМС узкого назначения, а их производство - это важнейшая отрасль химической промышленности.

СМС-это органические соединения, содержащие в молекулах одновременно две противоположные по свойствам группы: полярную (гидрофильную) и неполярную (гидрофобную).

Моющий процесс сводится к обеспечению 3 этапов:

- отрыв грязевых частиц от очищаемой поверхности,

- перевод нерастворимых в воде грязевых частиц в раствор,

- удержание этих плавающих частиц в моющем растворе, т.е. предотвращение Ресорбции

Механизм действия ПАВ.

Гидрофобный «хвостик» связывается с частицами грязи. Гидрофильная «головка» цепляется за воду, уменьшая ее поверхностное натяжение, тем самым, помогая воде лучше смачивать отмываемую поверхность и отрывать частицы загрязнений.

5. Ф: Выполнение исследований:

Капилляр от лат. Capillaris - волос, волосной.
Мениск - от греч. Meniskos - лунный серп.
Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости - шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такой же плотности, жидкость принимает естественную, шарообразную форму. Поверхность жидкости не зависит от формы сосуда - она представляет собой гладкую, как зеркало, плоскость. Но и это не совсем так: форма поверхности жидкости концентричная поверхности земного шара. Приглядитесь повнимательнее - у краев поверхность жидкости приподнята и образует вогнутую форму.

Лабораторный опыт: сравнение свойств мыла и синтетических моющих средств.

(Приложение 3)

Измерение поверхностного натяжения воды методом поднятия жидкости в капилляре. зависимости коэффициента поверхностного натяжения жидкости от температуры и природы граничащих сред .

(Приложение 2)

5. Творческие задания
Живая рыбка

Вырежьте из плотной бумаги рыбку. В середине у рыбки круглое отверстие А, которое соединено с хвостом узким каналом АБ. Наклейте на картон и вырежьте ножницами.

Налейте в таз воды и положите рыбку на воду так, чтобы нижняя сторона ее вся была смочена, а верхняя осталась совершенно сухой. Это удобно сделать с помощью вилки: положив рыбку на вилку, осторожно опустите ее на воду, а вилку утопите поглубже и вытащите.

Теперь нужно капнуть в отверстие А большую каплю масла. Лучше всего воспользоваться для этого масленкой от велосипеда или швейной машины. Если масленки нет, можно набрать машинного или растительного масла в пипетку или трубочку от коктейля: опустите трубочку одним концом в масло на 2-3 мм. Потом верхний конец прикройте пальцем и перенесите соломинку к рыбке. Держа нижний конец точно над отверстием, отпустите палец. Масло вытечет прямо в отверстие.Стремясь разлиться по поверхности воды, масло потечет по каналу АБ. Растекаться в другие стороны ему не даст рыбка. Как вы думаете, что сделает рыбка под действием масла, вытекающего назад? Ясно: она поплывет вперед!

Мыльный пузырь вокруг цветка.

В тарелку или на поднос наливают мыльного раствора настолько, чтобы дно тарелки было покрыто слоем в 2-3 мм вышины; в середину кладут цветок или вазочку и накрывают стеклянной воронкой.
Затем, медленно поднимая воронку, дуют в ее узкую трубочку - образуется мыльный пузырь; когда же этот пузырь достигнет достаточных размеров, наклоняют воронку, как показано на рис., высвобождая из-под нее пузырь. Тогда цветок окажется лежащим под прозрачным полукруглым колпаком из мыльной пленки, переливающейся всеми цветами радуги. Вместо цветка можно взять статуэтку, увенчав ее голову мыльным пузырьком. Для этого необходимо предварительно капнуть на голову статуэтки немного раствора; а затем, когда большой пузырь уже выдут, проткнуть его и выдуть внутри его маленький.

Оформляют работу в тетрадях:

1.выполняют задания, прописанные в инструкциях.

2. Описывают

3. Обрабатывают результаты

4. Формулируют записывают вывод лабораторного опыта, лабораторной работы.

6. Итог:

Оценки: «5» -

«4» -

«3» -