Конспект уроку з фізики для 10 класу “Властивості рідин, газів та твердих тіл”

Завдання : Чи кипітиме вода в каструлі, яка плаває в іншій каструлі з киплячою водою?

2. Перевірка знань:

б) короткочасна письмова робота, робота біля дошки.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Ми з вами тему закінчили вивчати

І кожен з вас, надіюсь буде знати

Властивості газів, рідин, твердих тіл –

Чимало для цього доклали зусиль.

Ви знаєте, чом випадає роса

І легше чому зранку косить коса,

Вода – рідина, але й тверда буває,

Чому взимку іній дерева вкриває,

І навіть, коли треба одяг попрати,

Навіщо туди порошок насипати,

І що капілярною трубкою зветься,

І звідки в рослинах водичка береться.

А легко невже переплавити сталь?

Із чого отримують люди кришталь?

Усі ці знання вам в житті пригодяться,

Уміння і навички вам знадобляться.

Тож знайте, щоб краще життя це прожити,

Нам треба закони природи учити.

Сьогодні ми з вами проведемо урок змагання, протягом якого закріпимо набуті знання, уміння й навички з теми «Властивості газів, рідин і твердих тіл». Мені дуже хочеться, щоб ви доклали максимум зусиль, пригадали все, що ми вивчали протягом багатьох уроків, бо ці знання вам знадобляться не тільки у школі, а й у повсякденному житті. Адже фізика – це наука про природу, а знання її законів допомагає нам жити. Отже, починаємо працювати. Вас об’єднано у три команди:

Урок проходитиме у формі змагання, а ваші відповіді оцінюватиме журі.

І завдання. «ЗАКІНЧІТЬ ВИСЛОВЛЮВАННЯ»

Кожній команді надається можливість доповнити й розкрити 10тверджень і понять із даної теми. За кожну правильну відповідь – 1 бал.

1. Якщо кількість молекул, які щосекунди вилітають із рідини та повертаються до неї, однакова, то пара над рідиною є … (насиченою).
2. Пароутворення, яке відбувається в усьому об’ємі рідини, – це … (рідина).
3. Кількість водяної пари у 1 м 3 повітря – це … (абсолютна вологість).
4. Температуру вимірюють у градусах Цельсія і … (Кельвінах).
5. Три агрегатних стани речовини – це … (газ, рідина, тверді тіла).
6. Тонка плівка атомів на поверхні рідини називається … (поверхневим натягом).
7. Процес перетворення рідини на газ – це … (випаровування).
8. Якщо речовина зберігає об’єм та форму – це … (тверде тіло).
9. Тверді тіла бувають кристалічні та … (аморфні).
10. За яким законом можна визначити силу пружності речовини? (Законом Гука).
11. Які бувають деформації твердих тіл? (Зсуву, згину, кручення, розтягу або стиску).
12. Тверді тіла, які мають певну температуру плавлення й кристалізації, називаються … (кристалічними).
13. Тверді тіла, які не мають точної температури плавлення й молекули яких не утворюють кристалічної решітки, – це … (аморфні тіла).
14. Процес перетворення твердого тіла на рідину – це … (плавлення).
15. Розташування атомів у певному порядку та напрямку у твердому тілі називається … (кристалічною решіткою).
16. Рідина, яка утворює увігнутий меніск зі стінками посудини, є … (змочувальною).
17. Сила, що діє на поверхні рідини, – це … (сила поверхневого натягу).
18. Якщо рідина скручується в краплю на поверхні твердого тіла, то вона… (не змочує тверде тіло).
19. Рідина, яка розпливається по поверхні твердого тіла… (змочує його).
20. Змочувальна й не змочувальна рідина утворюють зі стінками посудини… (меніск).
21. Що лежить в основі надходження поживних речовин із грунту в рослини? (Капілярні явища).
22. Чи залежить висота підняття рідини в капілярній трубці від роду речовини? (Так).
23. Чи достатньо знати покази тільки сухого термометра, щоб визначити відносну вологість? (Ні, потрібні ще й покази вологого).
24. Сила, яка припадає та діє на одиницю площі, – це … (механічна напруга).
25. Найменша частинка речовини – це … (атом).
26. Між атомами та молекулами існують сили… (притягання або відштовхування).
27. Речовина, яка утворює дві кристалічні решітки, – це … (вуглець). Речовина, яка не зберігає ні форми, ні об’єму, – це … (газ).
28. Речовина, яка є учасником капілярних явищ, – це … (рідина).
29. Властивість деяких речовин утворювати різні кристалічні решітки називається … (алотропією).

Учитель. Молодці, добре впоралися із завданням. Але ви всі знаєте, що фізика – наука не тільки теоретична, а й практична, і всі її закони були доведені вченими-фізиками в ході проведення експериментів.

ІІ завдання. «ПОЯСНІТЬ СУТЬ ЕКСПЕРИМЕНТУ»

Кожна команда вибирає собі завдання й після демонстрації досліду, яку виконує лаборант,пояснює його.

Кулясту колбу заповнили водою, довели до кипіння. Припинили підігрівання й закрили колбу гумовим корком. Перевернули колбу догори дном і, підставивши під неї посудину, полили холодною водою зі склянки. Вода в колбі закипіла знову.

Пояснення: охолоджувалася не тільки вода, а й стінки колби. Унаслідок цього водяна пара, що була в колбі, частково сконденсувалася. Це спричинило падіння тиску в колбі, тому вода й закипіла.

Обидва кінці скляної трубки завдовжки 15 см закрили пробками із картоплі. За допомогою спиртівки нагріли середину трубки, і пробки через деякий час вилетить.

Пояснення : повітря в трубці нагрівається за сталого об’єму, тому його тиск збільшується. Щойно сила різниці тисків повітря в трубці й атмосферного повітря стає більшою за силу тертя спокою між пробкою й трубкою, повітря розширяється й виштовхує пробки.

Напередодні уроку заморозили півлітрову пластикову пляшку води. Зрізали частину пляшки, щоб лід був відкритим, та закріпили її на штативі. Підвісили на дроті діаметром 0,3 мм гирю масою 3 кг. Через деякий час дріт вплавиться в лід, але зняти його неможливо, бо вода замерзла над дротом. Поступово дріт повністю проплавлює лід.

Пояснення: під тиском дроту відбувається плавлення льоду. Процес танення льоду пов’язаний із поглинанням тепла, яке забирається від навколишнього середовища, зокрема й від води над дротом. Це призводить до того, що вода над дротом замерзає.

ІІІ завдання. «ЗНАЙДІТЬ ПРАВИЛЬНУ ВІДПОВІДЬ»

Кожній команді потрібно розв’язати задачу, а її відповідь буде «путівкою» в наступний тур.

На скільки подовжиться сталевий дріт завдовжки 2 м і діаметром 0,4 мм під дією вантажу вагою 20 Н? (Відповідь: 1,45 мм.)

Корковий кубик, ребро якого – 2 см, плаває на поверхні води. Визначте силу поверхневого натягу, яка діє на корок, вважаючи змочування повним. (Відповідь: 5,8 мН.)

Визначте діаметр алюмінієвого стрижня, до якого підвішена люстрамасою 250 кг, якщо запас міцності стрижня – 4. (Відповідь: 1,6 см.)

На дошці прикріплені аркуші з неправильними та правильними відповідями до задач, на зворотному боці «правильних» містяться надписи: «Взаємодії тіл», «Капілярні явища», «Види деформації твердих тіл».

Учитель. Кожна команда розв’язала задачу з даної теми, а аркуші з правильними відповідями містять ваші наступні завдання.

IV завдання. «ПРИКЛАДИ ІЗ ЖИТТЯ»

Учням за допомогою запропонованих матеріалів потрібно показати та довести суть явища:

Обладнання: 2 тарілки, шматок мила, папір, склянка з водою, губка, надувна гумова кулька.

У тарілку налити трішки води, покласти аркушик паперу та притиснути його – через деякий час аркушик не можна відірвати від тарілки.

Намочити мило й притиснути до тарілки – через деякий час їх важко буде роз’єднати.

У тарілку налити води та покласти аркушик паперу. Завдяки капілярам папір намокає, а води в тарілці меншає.

У тарілку налити води та покласти губку. Завдяки капілярам губка вбирає всю воду з тарілки.

Надути гумову кульку й показати види деформації – розтягу, кручення, згину.

Учитель. Ось іще з одним завданням ви впоралися. Усі команди правильно показали суть явищ і довели, що всі закони фізики нерозривно пов’язані з нашим щоденним життям. Ви вже дорослі й неодноразово замислювалися над тим, ким стати в майбутньому, куди піти навчатися. Хтось із вас мріє бути медиком, хтось – педагогом, а є й такі, хто хоче пов’язати своє життя з криміналістикою, яка теж тісно межує з фізикою. Саме для останніх я пропоную наступне завдання.

V завдання. «СЛІДСТВО ВЕДУТЬ ШЕРЛОК ХОЛМС ТА ДОКТОР ВАТСОН»

Для проведення конкурсу запрошуються по два учасники з кожної команди. Їхнє завдання полягає в тому, щоб доповнити та пояснити висновки детективів. Один із пари виконує роль Шерлока Холмса, а другий – доктора Ватсона. Учитель пропонує учням по черзі вибрати картки із завданнями.

Одного разу Шерлок Холмс та доктор Ватсон ішли в гості до друзів. Ще на вулиці Шерлок Холмс сказав Ватсону:

• А господиня напекла пирогів із корицею …
• Звідки ти знаєш?
• … (Запах пирогів розповсюдився завдяки дифузії.)

Коли вони зайшли до будинку, детективів зу ­ стріла привітна господиня, запрошуючи до кімна ­ ти. Доктор Ватсон подякував та промовив:

• У вас на кухні закипів чайник.
• Ти що, крізь стіни бачиш? — здивувався Шерлок Холмс.
• Та ні, просто. (під час кипіння кришечка чайника піднімається й стукотить.)

• Картка №2

Шерлок Холмс та доктор Ватсон вкотре прово ­ дили розслідування. У ході слідства були оглянуті предмети кімнати, де стався злочин. Підійшовши до столу, Шерлок Холмс зробив висновок:

• Злодії не вмикали світла, а користувалися свічкою.
• Чому ти так вважаєш? — запитав його Ват ­ сон.
• Поглянь на скатертину. ( від воску залиши­лися сліди, які затверділи, оскільки віск має здат­ність під дією температури переходити з твер­дого стану в рідкий і навпаки),— відповів Шерлок Холмс.
• Вони ще й поводилися необережно, дуже поспішали та позалишали багато слідів: перекину ­ ли склянку із солодким чаєм на столі,— зауважив Ватсон.
• Але ж вона стоїть і майже повна,— здиву ­ вався Шерлок Холмс.
• Поглянь уважно на поверхню стола. ( Там залишилася липка й солодка на смак пляма).

• Картка № З

Одного осіннього ранку відомі детективи Шер ­ лок Холмс та доктор Ватсон прогулювалися околи ­ цею міста. Коли вони проходили повз недобудова ­ ний будинок, Шерлок Холмс зауважив Ватсону:

• Цей будинок довго не простоїть, у фунда ­ менті скоро підуть тріщини.
• Чому ти так вирішив? — запитав Ватсон.
• Недбайливий господар цього будинку не. (ізолював фундамент, щоб запобігти капілярним явищам).

Повернувшись до свого подвір’я, Шерлок Холмс зауважив:

• У нас хтось побував.
• З чого ти взяв? — здивувався Ватсон.
• Он, поглянь, лежить розбита пляшка з во ­ дою.
• Та ні, просто вночі був мороз, а. (у пляш­ці була вода, яка замерзла й під час замерзання перейшла з рідкого стану у твердий, тобто лід, об’єм її збільшився, і пляшка лопнула), — відповів Ватсон.

Учитель здійснює аналіз виконання завдань учасниками «детективно ­ го» експерименту та пропонує останнє завдання.

Учням пропонуються три «чорні ящики», зверху яких прикріплені характеристики тих речовин, які знаходяться вящиках і які потрібно вгадати.

• Характеристика 1

1. Речовина, яка легко переходить з одного агре­гатного стану в інший.
2. Вона може перебувати у твердому, рідкому та газоподібному стані.
3. Температура кипіння в більшості випадків ста­новить 100 °С.
4. Не має смаку й кольору.
5. Є активним учасником капілярних явищ. (Вода)

• Характеристика 2

1. Речовина, яка може бути твердим тілом або рідиною (під дією температури).
2. Має кристалічну будову.
3. Приємна на смак, прозора або біла.
4. Важливий компонент нашого життя.
5. Вживається в їжу.(Цукор)

• Характеристика З

1. Речовина, яка при нагріванні перетворюється на рідину, а охолоджуючись,— на тверде тіло.
2. Рідкий кристал.
3. У більшості буває жовтого кольору.
4. Дуже часто використовується при освітленні.
5. Належить до аморфних речовин. (Віск)

ІІІ. Підсумок уроку.

Учитель. Ось і закінчується наш урок. Ви добре попрацювали, гарно виконували завдання. Попро ­ симо журі оголосити результати. (Журі оголошує ре ­ зультати змагання, учитель дякує учням за гарні знання, за виконання всіх завдань.) Отже, ви добре засвоїли тему. А ще переконалися в тому, що:

В житті стрічаємось усюди

Температура кипіння води: як відрізняється і від чого залежить

Відомо, що вода кипить за 100 °С. Однак практика показує, що вода може закипіти і за кімнатної температури, і за 130 °С. За яких умов це буває, розповіли експериментатори.

Що таке кипіння води і що на нього впливає

У науці кипіння визначається як зміна агрегатного стану речовини під час нагрівання, перехід із рідкого стану в пароподібний, тобто з виділенням пари. За якої температури закипає вода?

Фізика стверджує, що чиста прісна вода за нормального тиску в 1 атмосферу (760 мм ртутного стовпа) кипить за 100 °С. Але технічні довідники, а також експериментатори Яків Перельман, Ілля Мельников доводять, що ці параметри можуть бути іншими за певних умов.

Процес кипіння води в побуті бачимо щодня. При уважному спостереженні можемо виділити такі стадії кипіння:

• За кілька миттєвостей після того, як поставили чайник на вогонь, бачимо утворення в ньому невеличких бульбашок на дні та стінках. Це від нагрівання з мікротріщин посуду виділяється нагріте повітря.
• Далі бульбашки розширюються і прагнуть вгору. Збільшуються вони вже за рахунок пари, на яку перетворюється вода під час нагрівання. Піднімаються, бо густина пари менша, ніж води. При цьому холодні верхні шари води опускаються вниз, стикаються з бульбашками. Так виникають звукові хвилі – характерні звуки чайника при закипанні.
• Бульбашок стає все більше, з’являється ефект каламутної води, відомий як біле кипіння.
• Нарешті починається інтенсивне бурління води: бульбашки лопаються, з’являється рясна пара і бризки. Вода кипить.

Яка температура кипіння води в чайнику? У чайник заливаємо чисту воду, без солей та інших добавок. Кип’ятимо її за нормальних умов, тобто за атмосферного тиску на поверхні Землі в одну атмосферу. За законом фізики випливає, що вода закипіла за температури 100 °С.

Після того як вода закипіла, її температура залишається постійною. При досягненні температури кипіння вся додаткова кількість теплоти йде на утворення пари, вода просто випаровується. Автори книги “Фізика для всіх” пояснюють процес випаровування так: пара над водою перемішується з більш холодними високими шарами повітря без пари. Це триватиме безперервно, поки вся вода не випарується.

На практиці воду доводиться кип’ятити не тільки у звичайних умовах. Наприклад, туристи в горах знають, що вода закипає за температури нижче 100 °С, що заважає заварити міцний чай і приготувати гарячу їжу.

Дослідним шляхом виявлено, що за більш високого тиску, що перевищує 1 атмосферу, температура кипіння води значно підвищується. За низького тиску, наприклад, при створенні вакууму, спостерігається зворотний процес: вода може закипіти за температури значно нижчої за 100 °С.

Помічено також, що на температуру кипіння води впливає її склад. Так, солона вода потребує більшого нагрівання для кипіння.

Від чого залежить температура кипіння? Практика і наукові експерименти доводять, що температура кипіння води залежить від умов – нормального, підвищеного або зниженого атмосферного тиску, а також від наявності в рідині сторонніх домішок, солей і добавок.

Як впливають умови та склад води на температуру кипіння

Яка температура кипіння води в горах? Під час підйому в гори повітря стає більш розрідженим: при збільшенні висоти над рівнем моря атмосферний тиск знижується. Спостерігається така закономірність: під час підйому на кожні 300 м температура кипіння води знижується приблизно на 1 °С, на висоті 1 000 м вона становитиме близько 96,3 °С (похибки зумовлені складом води).

У горах Казахстану температура закипання води буде такою:

• На піку Хан-Тенгрі (7010 м) – близько 77,2 °С.
• На піку Талгар (4979 м) – 83,5 °С.
• На Актау (4690 м) – 84,4 °С.
• На Білусі (4506 м) – 84,9 °С.

Автор книги “Цікава фізика” Яків Перельман стверджує, що правильним буде зворотний розрахунок, якщо пам’ятати, що температура кипіння води падає на 3 °С з кожним кілометром висоти. Тоді за температурою кипіння води можна визначити, на якій висоті в горах перебувають туристи.

Дослідним шляхом можна визначити, як змінюється температура кипіння в разі подальшого зниження атмосферного тиску, наприклад, при створенні вакууму (відкачуючи повітря з якоїсь ємності, куди поміщено посудину з водою).

За тиску в 0,5 атмосфер вода закипить за температури 80,8 °С, а за тиску в 0,03 атмосфер можна спостерігати прохолодний окріп – кипіння води кімнатної температури 17,2 °С. Цей ефект знайшов практичне застосування в технології вакуумного сушіння, коли домагаються випаровування вологи за невисокої температури.

При підвищенні атмосферного тиску вода закипає за більш високих температур, ніж 100 °С. Яків Перельман наводить приклад, що в шахті, де тиск вищий, ніж на поверхні, отримують окріп гарячіший – 101 °С на глибині 300 м, на глибині 600 м – 102 °С.

За тиску 1,5 атмосфери температура кипіння буде 110,8 °С, за 2 – 120 °С, за 3 – 132,8 °С. Такий ефект застосовується в житті для більш швидкого приготування страв у скороварках, де створюється тиск у 2-3 атмосфери.

Залежить температура кипіння води від її складу. У воді з додаванням солі її молекули Na+ і Cl- заповнюють частину простору між молекулами води. При цьому порушується зв’язок між ними, що перешкоджає нагріванню води. Тому для кипіння солоної води потрібна вища температура. Так, якщо в 1 л води додати 60 г солі, то температура кипіння збільшиться на 10 °С.

Автор книги “Неймовірні фізичні досліди” Ілля Мельников наводить дослідний доказ такого факту. Якщо в каструлі з чистою киплячою водою тримати на пару пляшечку з водою, то вода в пляшечці не закипить, скло за такої температури перешкоджає кипінню. Але якщо у воду в каструлі додати сіль, то температура кипіння підвищиться, що призведе до кипіння води в пляшечці.

Такі ось метаморфози відбуваються з водою. У звичайних умовах температура її кипіння може бути еталоном, але змініть умови, і вона буде або прохолодним, або дуже гарячим окропом.