 |
Лекция 28-29. Поверхностное натяжение. Капиллярные явления
|
|
|
|
Цель: сформировать понятие о силе поверхностного натяжения жидкости, коэффициенте поверхностного натяжения, выучить формулу для определения коэффициенте поверхностного натяжения; познакомить студентов с поверхностными и капиллярными явлениями, вывести формулу зависимости высоты подъема жидкости от других параметров, проанализировать её, научить применять изученные формулы при решении задач; ознакомления студентов с применением изученных явлений в повседневной жизни, повышения интереса студентов к предмету;
Тип занятия: занятие изучения и первичного закрепления новых знаний.
План занятия:
1. Свойства жидкостей.
2. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости.
3. Смачивание и несмачивание
4. Расчет высоты столбика жидкости в капилляре
5. Решение задач
Ход занятия
Мотивация
Опыт демонстрируемый преподавателем(плавающая иголка на поверхности воды, рамка с ниткой смоченная в мыльном растворе) За счёт каких физических явлений, понятий мы можем это наблюдать?
Свойства жидкостей
Внутри жидкости каждая молекула окружена другими такими же молекулами и испытывает притяжение со стороны всех соседних молекул. В этом случае равнодействующая всех сил в среднем равна нулю. Молекулу же на поверхности окружают молекулы жидкости только с одной стороны. Равнодействующая всех сил притяжения со стороны соседних молекул в этом случае отлична от нуля и направлена внутрь жидкости. Таким образом, вблизи поверхности жидкости на каждую молекулу жидкости со стороны других её молекул действуют силы притяжения, равнодействующая которых направлена внутрь жидкости. Для того, чтобы молекулу жидкости переместить из глубины жидкости в поверхностный слой, она должна совершить работу против сил, действующих в поверхностном слое. Следовательно, каждая молекула вблизи поверхности жидкости обладает дополнительной потенциальной энергией. Этот избыток энергии молекул жидкости, находящихся в поверхностном слое, по сравнению с их энергией внутри остального объёма жидкости, называется поверхностной энергией. Таким образом, поверхностный слой жидкости находится в состоянии натяжения и обладает запасом потенциальной энергии. Чем больше поверхность жидкости, тем большее число молекул обладает этой избыточной потенциальной энергией. Поверхностная энергия пропорциональна площади поверхности S:
|
|
|
Uпов ~ S;
Uпов = σ S
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости.
σ=Uп/S;
σ=F/L
[1 Дж/м2 = 1 Н/м]
F- сила поверхностного натяжения, действующая вдоль поверхности жидкости, перпендикулярно к линии ограничивающей эту поверхность, стремящаяся сократись площадь поверхности.
Опыт Плато№1 на видео (плавающая капля анелина в водном растворе соли)
Опыт №2 на видео (Работа мыльной плёнки)
Пусть имеется пленка жидкости (например, мыльная пленка), натянутая на рамку с одной подвижной перемычкой. Под действием силы поверхностного натяжения перемычка поднимается, а площадь поверхности сокращается.
Смачивание и несмачивание.
Смачивание - молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Несмачивание -молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку.
Опыт №2 на видео (Капля воды и ртути на стекле)
Краевой угол- это угол между смачиваемой поверхностью и касательной к поверхности жидкости. При полном смачивании краевой угол равняется 0 градусов, а при полном несмачивании 180 градусов.
|
|
|
Расчет высоты столбика жидкости в капилляре
Опыт №3 на видео (Вода и ртуть в сообщающемся стеклянном сосуде разного диаметра)
Fт =Fн
Fт=mg=ρhΠr2g
Fн=σ2πr Cosθ
h=2σ Cosθ/ρgr
Решение задач
1. С какой силой действует мыльная плёнка на проволоку АВ, если у неё длина 3 см? На сколько изменится поверхностная энергия плёнки, при перемещении проволоки на 2 см? σ=0,04 Н/м
2. Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия 2мм. Масса 40 капель оказалась равной 1,9 г. Каким по этим данным получится значение коэффициента поверхностного натяжения воды?
3. В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на 11 мм, Найти плотность данной жидкости, если коэффициент поверхностного натяжения 22 мН/м.
Контрольные вопросы:
1.По какой формуле можно рассчитать коэффициент поверхностного натяжения жидкости?
2. От чего зависит высота подъема жидкости в капиллярах?
3.По какой формуле можно рассчитать высоту поднятия жидкости в капилляре?
4.Что такое капиллярные явления?
5.Приведите примеры явления смачивания несмачивания жидкостью твердой поверхности.
Домашнее задание:
1. Почему легко писать чернилами на плотной бумаге, трудно – на промокашке и невозможно на промасленной бумаге? (Волокна целлюлозы на поверхности плотной бумаги хорошо смачиваются водным раствором чернил, но поры бумаги закрыты специальной обработкой при её изготовлении. Поры у промокашки открыты и втягивают в себя чернила – линия расплывается. Поверхность промасленной бумаги не смачивается).
2. Почему при сушке дров на солнце на конце полена, находящегося в тени, выступают капельки воды. (При нагревании поверхностное натяжение воды уменьшается и становится меньше поверхностного натяжения холодной воды).
3. Какой тряпкой быстрее соберешь лужу с пола – сухой или влажной? (Влажной. В порах между нитями сухой тряпки находится воздух. Он выходит не сразу, тряпка плохо намокает. Раз, намокнув, после того, как ее отожмут, тряпка быстро впитывает воду).
4. № 642,650,652. П.49 составить конспект.
Список использованной литературы:
|
|
|
1. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник качественных задач по физике 10 кл, М.: Просвещение, 2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 10 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
