Н.В.Бучнева заместитель директора по УВР, учитель физики МБОУ СОШ № 35

Н.В.Бучнева
заместитель директора по УВР,
учитель физики
МБОУ СОШ № 35
города Тамбова
Урок «Методы и способы решения задач на поверхностное натяжение
и капиллярные явления» является одним из уроков элективного курса
«Методы решения физических задач». Цель курса в целом, и урока в
частности, повысить мотивацию к изучению физики, развивать логическое
мышление при решении задач различными методами и способами.
Подавляющее большинство физических задач относится к такому типу,
для которых невозможно построить алгоритмы решения, но можно указать
способы подхода к решению.
Используя способы подхода к решению задач, предложенные в
учебном пособии Абросимова Б. Ф. «Способы и методы решения задач», на
уроке рассмотрены различные способы решения одной задачи на
капиллярные явления и поверхностное натяжение (два способа расчетных и
один экспериментальный).
Урок построен на основе деятельности учащихся. Ребята на этом уроке
являются исследователями, выдвигают гипотезы, сами предлагают способы
решения задачи, экспериментально подтверждают расчеты. Учащиеся еще
раз убеждаются, что результат не зависит от способа решения.
Считаю, что каждый урок должен строиться на основе деятельностного
подхода, на каждом уроке должен присутствовать анализ учебного
материала, сопоставление фактов, высказывания собственной точки зрения,
мыслительная активность, практические действия в их любых видах и
формах, то есть естественной необходимостью является активная позиция
учащихся на уроке. Только в этом случае урок побуждает к новым
познаниям. Именно таким, на мой взгляд, является урок, методическая
разработка которого представляется.
Тема урока: «Методы и способы решения задач на поверхностное натяжение и
капиллярные явления».
Цели урока:
- рассмотреть способы и методы решения задач на поверхностное
натяжение и капиллярные явления;
- развивать интерес к физике, умение логически мыслить;
- научить объяснять изучаемые явления и распознавать их в
окружающей жизни.
Основные методы обучения:
1. проблемный;
2. частично – поисковый.
Оборудование к уроку:
1. компьютерная презентация Приложение1;
2. приборы для проведения эксперимента:
стакан с водой, открытая с двух сторон капиллярная трубка, линейка.
Тип урока: комбинированный.
Ход урока
1. Постановка задачи урока.
Мы живем в сложном мире, где все взаимосвязано, в мире неустойчивости и
необратимости, эволюции и катастроф. Таким образом, нас окружает мир, далекий от
равновесия. И в этой вечной смене явлений ум человеческий стремится найти нечто
постоянное, незыблемое, на что он мог бы опереться, чтобы разобраться в хаосе
набегающих на него впечатлений.
«Человек – это тростинка, самое слабое в природе существо, но это тростинка
мыслящая. Все наше достоинство – в способности мыслить. Только мысль возносит нас.
Постараемся же мыслить достойно; в этом основа нравственности», - говорил Б.
Паскаль.[3].
Цель нашего урока: рассмотреть способы и методы решения задач на
поверхностное натяжение и капиллярные явления и доказать, что результат не зависит от
способа решения.
2. Повторение пройденного.
Главным условием успешного решения задач является знание физических
закономерностей, правильное понятие о физических величинах.
Проверим ваши знания, выполнив тест: [2]
1 вариант
1. Чем вызвано поверхностное натяжение?
А. Притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
Б. Отталкиванием молекул поверхностного слоя от молекул внутри жидкости.
В. Действием на молекулы жидкости силы тяжести.
2. От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения жидкости?
А. Только от рода жидкости и наличия примесей.
Б. Только от температуры жидкости.
В. От рода жидкости, её температуры и наличия в ней примесей.
3. При погружении в воду капиллярной стеклянной трубки радиусом r жидкость в трубке
поднялась на высоту h над уровнем жидкости в сосуде. Какой будет высота подъема
жидкости в стеклянной трубке радиусом 3r?
А. 3h.
Б. h/3.
В. Не изменится.
2. вариант
1. Какую форму принимает жидкость в условиях невесомости?
А. Жидкость принимает форму сосуда, в котором находится.
Б. Жидкость принимает форму шара.
В. Определенного ответа дать нельзя.
2. Изменится ли коэффициент поверхностного натяжения жидкости, если длина
поверхностного слоя жидкости увеличится в 2 раза?
А. Увеличится в 2 раза.
Б. Уменьшится в 2 раза.
В. Не изменится.
3. При погружении в воду капиллярной стеклянной трубки радиусом r жидкость в трубке
поднялась на высоту h над уровнем жидкости в сосуде. Какой будет высота подъема
жидкости в стеклянной трубке радиусом r/2?
А. 2h.
Б. h/2.
В. Не изменится.
3. Подходы к решению.[1].
Подавляющее большинство физических задач относится к такому типу, что их
решение – это познание непознанного, поэтому невозможно построить алгоритмы их
решения. Можно лишь указать некоторые способы подхода к решению:
I.
Проанализируйте условие задачи и постройте модель ситуации.
Это значит необходимо выяснить:
1. что известно, и что требуется найти;
2. какие ситуации, подзадачи предлагаются в задаче, и какие из них можно
использовать для определения искомого параметра? При отсутствии успеха,
нельзя ли исходную задачу заменить эквивалентной задачей;
3. искомый параметр – скаляр или вектор, знак, направление? Это – мгновенная или
средняя, инвариантная или относительная … величина;
4. как ведут себя физические параметры в каждой из подзадач: увеличиваются,
уменьшаются, остаются неизменными? Отметьте равные и взаимосвязанные
параметры.
II. Составьте план поиска решения.
Для этого нужно:
1. на основании анализа условия задачи и её модели предложить идею решения, т.е.
предложить гипотезу относительно нахождения искомого параметра. На этом этапе
в логических суждениях используются только факты взаимосвязи параметров;
2. предложить формулу (базисную формулу) для нахождения искомого параметра;
3. проверить соответствие её границ применимости и ситуации задачи;
4. на основании анализа базисной формулы и условия задачи составить план
дальнейших практических действий, план определения недостающих параметров.
На этом этапе важно обратить внимание на то, что не использовано из условия
задачи: параметры, свойства объектов, процессов.
III. Переведите задачу физики в математическую задачу по определению искомого
параметра.
Для этого требуется:
1. составить разрешимую систему уравнений или цепочку взаимосвязанных
уравнений, позволяющих по данным условиям задачи определить искомый
параметр;
2. решить задачу в общем виде и сделать проверку по размерности или
наименованию;
3. вычислить результат и оценить его правдоподобность.
4. Решение задачи разными способами
Длинная, открытая с обоих концов тонкостенная капиллярная трубка радиуса r = 3 мм
расположена вертикально. Какова максимально возможная высота столба воды,
находящейся в трубке?
I.
Анализ задачи.
Известны:
радиус трубки;
поверхностное натяжение;
плотность воды.
Найти:
высоту столба воды.
Искомый параметр – скаляр.
II.
Идея решения.
Применить условие равновесия тел
III.
План определения недостающих параметров.
Применить формулы для нахождения сил поверхностного натяжения и тяжести, найти
периметр поверхностного слоя, площадь поверхности жидкости, используя
математические формулы.
IV.
Перевод задачи физики в задачу математики.
Решить полученное уравнение, вычислить результат.
V.
Оценить правильность решения и правдоподобность результата.
Дано:
r = 3мм
σ = 73*10-3Н/м
ρ = 103 кг/м3
h- ?
СИ
3*10-3м
Решение
1) Анализ задачи. Эту задачу можно
свести к задаче о равновесии тел. Жидкость в
равновесии =>
2) Идея – применить условие равновесия
3)
2Fпов – mg =0
2 Fпов = mg
2σl = ρVg
2σ2rπ = ρπr2hg
h = 4σ/ρrg =
=4*73*10-3/103*3*10-3*10 =
= 3*10-2 м = 0,0097 м = 9,7 мм
Изогнутый поверхностный слой оказывает на жидкость избыточное давление по
сравнению с тем, которое испытывала бы жидкость с плоским поверхностным слоем.
Выпуклый поверхностный слой стремится сжать жидкость, вогнутый растягивает ее.
I.
Анализ задачи.
(смотреть первый способ решения)
II.
Идея решения.
Использовать формулы для избыточного давления искривленных поверхностей.
III.
План определения недостающих параметров.
Применить формулу для нахождения давления столба жидкости.
VI.
Перевод задачи физики в задачу математики.
Решить полученное уравнение, вычислить результат.
V. Оценить правильность решения и правдоподобность результата.
Решите эту же задачу, используя формулы для избыточного давления.
2Рд = Рст. ж.
2*2σ/r = ρgh
h = 4σ/ρgh = 0,0097 м = 9,7 мм
5. Экспериментальная проверка
Наш великий соотечественник М. В. Ломоносов говорил: «Один опыт я ставлю
выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». Поэтому подвергнем
экспериментальной проверке наши расчеты.[3].
Вам даны:
1)стеклянная капиллярная трубка
2) сосуд с водой
3) линейка
Измерьте высоту столба воды в открытой капиллярной трубке, вычислите
погрешность измерений.
С учетом погрешности получили:
h = 8 мм + 1,5 мм
6. Итоги урока.
На примере рассмотренной задачи мы убедились, что результат не зависит от
способа решения.
Понимание явлений, связанных с поверхностным натяжением и капиллярными
явлениями необходимо, так как эти явления важны в жизни человека и в живой природе.
Вокруг нас много красивых растений, которые символизирует жизнь. А жизнь для
них – это влага, которая поступает к стеблю по капиллярам почвы.
Хочется надеяться, что сегодняшний урок разбудит у вас жажду новых познаний,
ведь «великий океан истины» по-прежнему расстилается перед вами не исследованным до
конца.
Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.[4].
Фирдоуси
(персидский и таджикский поэт, 940-1030гг)
Список использованной литературы
1.
Абросимов Б. Ф. Физика. Способы и методы поиска решения задач: учебнометодическое пособие/ Б. Ф. Абросимов. – М.: Издательство «Экзамен», 2006. – 287, [1] с.
(«Серия Абитуриент»)
2.
Марон А. Е. Физика. 10 класс: дидактические материалы/ А. Е. Марон, Е. А.
Марон. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005. – 156, [4] с.: ил.
3.
Мудрость тысячелетий. Энциклопедия. – М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2003. – Автор –
составитель В. Балязин. – 848 с.
4.
Фирдоуси. Каталог статей КАРАБАХ http://vatan.org.ru/publ/36-1-0-526