«Я иду на урок»
Г.М.ЗАХАРОВА,
ПЛ № 11, г. Тула
Смачивание. Капиллярные явления
Урок объяснения нового материала. 1-й
курс. Спец. «Автомеханика»
(Учебник: Н.М.Шахмаев, С.Н.Шахмаев. Физика-10. – М.:
Просвещение, 1991.)
Цель урока: изучение важных и любопытных свойств и явлений природы – смачивания, несмачивания, капиллярных явлений.
Ход урока
Преподаватель. Мы живём в мире удивительных природных явлений. Их множество, мы встречаемся с ними каждый день, не задумываясь о сущности. Но человек как разумный феномен должен понимать суть этих явлений. (Формулировка цели урока, фронтальная беседа с целью повторения пройденного материала.) Какие силы действуют на молекулы, находящиеся внутри жидкости?
Учащиеся. Молекулы глубоко внутри жидкости находятся в равновесии: каждая молекула окружена соседними, равнодействующая всех сил, действующих на каждую молекулу сил в среднем равна нулю. Однако для молекул, которые находятся на поверхности жидкости, равнодействующая не равна нулю. Сверху на молекулу жидкости действует сила притяжения со стороны молекул пара, эта сила очень мала. Снизу на неё действует значительно большая сила притяжения со стороны молекул жидкости. В результате на каждую молекулу поверхностного слоя действует сила, направленная внутрь жидкости перпендикулярно её поверхности. Равнодействующая всех сил поверхностного слоя создаёт давление, которое называется внутренним, или молекулярным. Большая величина молекулярного давления обуславливает малую сжимаемость жидкости. Под влиянием молекулярных сил поверхность жидкости стремится сократиться, возникает сила поверхностного натяжения. Давайте вспомним определение силы поверхностного натяжения и коэффициента поверхностного натяжения. (Учащиеся отвечают по учебнику.)
Какие силы действуют на каплю воды, отрывающуюся от пипетки? (Демонстрация на экране падающей из пипетки капли.)
Учащиеся. На каплю действуют сила тяжести и сила поверхностного натяжения. Отрыв капли происходит в момент, когда Fт>Fн.
Преподаватель. Чему равна длина периметра в этом случае? Почему капля росы имеет шарообразную форму? (Учащиеся отвечают, преподаватель комментирует ответы, вносит коррективы и дополнения.)
Переходим к изложению нового материала. Рассмотрим вопрос смачивания и несмачивания жидкостями твёрдых тел. Жидкость, которая растекается тонкой плёнкой по данному телу, смачивает поверхность. Жидкость, которая не растекается по поверхности твёрдого тела, а собирается в каплю, не смачивает данное тело. Вода смачивает чистое стекло, но не смачивает парафин. Ртуть не смачивает стекло, но смачивает алюминий.
Объяснить явление несложно: если силы притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела больше, чем между молекулами жидкости, то возникает смачивание. Если силы притяжения между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, то возникает несмачивание.
Визуально легко определить, когда
жидкость смачивает твёрдое тело, а когда – нет
(демонстрирует кодограмму с выпуклым и вогнутым
менисками). При смачивании мениск вогнутый,
краевой угол 
острый. При несмачивании мениск
выпуклый, а краевой угол тупой. Если жидкость смачивает
капилляр, то благодаря действию сил
поверхностного натяжения жидкость поднимается
на высоту h относительно уровня жидкости в
широком сосуде. В случае несмачивания она
опускается на высоту h. Явления поднятия или
опускания жидкости в капиллярах под действием
сил поверхностного натяжения называются
капиллярными явлениями. Эти явления обусловлены
действием равнодействующей сил поверхностного
натяжения, которая в случае смачивания
направлена вверх, а в случае несмачивания – вниз.
Попробуем получить формулу для расчёта h. Результирующая сила поверхностного натяжения Fн должна уравновешиваться силой тяжести Fт столба жидкости в капилляре:
Fт=Fн; Fн = 
• 2
r; Fт = mg = 
V
= r2h;
где – коэффициент поверхностного
натяжения, r, d – радиус и диаметр
капилляра соответственно, – плотность жидкости.
Итак, от каких параметров зависит высота h? (Учащиеся отвечают, анализируя полученную формулу. Для закрепления нового материала двое учащихся у доски решают несложные задачи на карточках. Все необходимые данные для расчёта с помощью кодоскопа выводятся на экран.)
Определите высоту подъёма воды в капилляре диаметром 10–6 м.
Определите коэффициент поверхностного натяжения бензина, если в вертикальной трубке диаметром 4 мм он поднимается на 3 см.
Преподаватель. В начале урока я поместила в мензурки с водой узкие полоски фильтровальной бумаги. Прошло 35 мин, и вода по капиллярам поднялась на высоту h. Давайте попытаемся определить диаметр пор капилляров фильтровальной бумаги. (Учащиеся измеряют h и по выведенным через кодоскоп на экран данным рассчитывают диаметр. Преподаватель отмечает роль капиллярных явлений в нашей жизни – ток крови в организме, соков в растениях и т.п.)
А теперь постарайтесь ответить как будущие профессионалы: из какого материала изготавливают масляные фильтры для двигателей автомашин и тракторов? Должны они смачиваться маслом или нет?
Учащиеся. Масляный фильтр выполняется из бумаги или картона, которые смачиваются маслом. В фильтр масло поступает из масляного насоса под давлением. Адсорбированное очищенное масло поступает в зазоры между трущимися деталями двигателя автомобиля. Степень очистки около 25 мкм.
Преподаватель. Правильно
(показывает различные масляные фильтры, обсуждая
вопрос). Запишите домашнее задание. Оно
творческое: формула 
справедлива, если = 0 или = (полное
смачивание или несмачивание). Как будет
выглядеть формула для h при произвольном
значении ?
(Учащиеся должны получить формулу
(Преподаватель выставляет оценки в журнал.)
Литература
Комиссаров В.Н. Уроки физики. – М.: Высшая школа, 1990.
Демкович В.М. Задачи по физике. – М.: Высшая школа, 1979.
Галина Михайловна Захарова – учитель физики высшей квалификационной категории, педагогический стаж 15 лет, выпускница Тбилисского государственного университета. После переезда в Тулу преподаёт физику в лицее. Автор концепции преподавания гуманитарной физики в профессиональных лицеях. Сын Галины Михайловны преподаёт информатику в Тульском сельскохозяйственном лицее.