Элективный курс физики «В мире капель». 9-й класс

Разделы: Физика, Внеклассная работа, Конкурс «Презентация к уроку»

Класс: 9


Презентация к уроку

Загрузить презентацию (12,4 МБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.


Цель презентации: познакомить присутствующих со структурой, программой и формами занятий элективного курса.

Учитель. Приветствуем гостей на презентации элективного ориентационного курса для 9 класса “В мире капель”. Трудно заинтересовать девятиклассников физикой в гуманитарной гимназии. Однако, маленькой капле это, кажется, удалось.

Слайд 1. Название курса.

Слайд 2. Структура курса.

Слайд 3. О капле можно рассказать так ... Это нужно видеть, когда на рассвете капля дождя, величественная и прекрасная, опускается на звучную крышу. Она летит оттуда, где всё клубится. Сонная, только что появившаяся на свет, эта капля летит, как зачарованная птица, с замирающим сердцем, робея взглянуть на мир и ожидая чуда.

Слайд 4. Клепсидра. С практической точки зрения капля не менее интересна.

Водяные часы (иначе клепсидра или гидрологиум) - известный со времён Платона, прибор для измерения времени. Был в употреблении до ХVII века.

Промежуток времени в клепсидре измерялся количеством воды, вытекающей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Таковы были водяные часы египтян, вавилонян, древних греков. У китайцев, индусов и некоторых других народов Азии, наоборот, - пустой полушарный сосуд плавал в большом бассейне и мало – помалу наполнялся водой через малое отверстие (героиня одной из поэм бросает жемчужину в чашу, чтобы замедлить движение воды).

Александрийская клепсидра была устроена следующим образом: из постороннего источника по трубке 1 в клепсидру поступает вода. Из глаз фигуры 2 вода капля за каплей равномерно поступает по трубке 3 в резервуар 4. Пробка - поплавок 5 соединён с фигурой 6, показывающей палочкой время на цилиндрическом циферблате 7. В конце суток вода вытекает из наполненного резервуара 4, поворачивая цилиндр 7 вокруг вертикальной оси на 1/365 часть окружности.

Полный оборот колонны происходил за год. Кривые “часовые” линии, начерченные на колонне, были рассчитаны так, чтобы равномерное поднятие поплавка согласовалось с неравными дневными и ночными часами в различные времена года.

У греков и римлян в ходу были водяные часы самого простого устройства. Например, ими определялась длина речей ораторов в суде. Водяные часы Помпея славились украшениями из золота и каменьев.

Слайд 5. Классические опыты с каплей.

С помощью капель в физике были сделаны великие открытия: определены массы и размеры молекул, измерен заряд электрона.

Впервые измерил электрический заряд электрона    Роберт Милликен. Его экспериментальная установка представляла собой большой и емкий плоский конденсатор из двух металлических пластин с камерой между ними. На обкладки конденсатора Милликен подавал постоянное напряжение от мощной батареи, а между обкладками помещал мелко распыленные капли   сначала воды, а затем масла, которое, ведет себя в электростатическом поле значительно устойчивее, и испаряется гораздо медленнее. При подключенной батарее масляные капли оставались в подвешенном состоянии достаточно долго, поскольку силы гравитационного притяжения Земли уравновешивались силами электростатического отталкивания между каплями аэрозоля. Причина, по которой капли электризуются, проста: это результат трения капель о воздух в камере. При облучении масляной взвеси рентгеновскими лучами, капли масла постепенно опускались на дно камеры, теряя заряд вместе с электронами. Милликен определил, что уменьшение заряда кратно одному и тому же значению 1,6 10-19 Кл.

Опыт Милликена был крайне трудоемок. Наградой за титанический труд стала Нобелевская премия по физике за 1923 год.

Слайды 5, 6, 7. Наногазон. Современная наука развивает с помощью капель нанотехнологию. Ученые лаборатории Белла в США, штат Нью-Джерси открыли способ управления поведением капель жидкости. Они изобрели наногазон. Что же такое наногазон? Это пластинка из кристаллов кремния, которая при большом увеличении напоминает аккуратно подстриженный газон. Он состоит из столбиков толщиной 200?300 нанометров, в тысячу раз тоньше, чем человеческий волос. У этого газона есть замечательное свойство: если на него поместить каплю жидкости, то она не будет растекаться, а останется  шарообразной формы. Этот шарик может катиться по поверхности в любом направлении, которое нам нужно, но как только мы подадим на определенные “травинки” электрическое напряжение, то шарообразная капля начнет “протекать” в пространство между травинками.

Для чего он нужен? На одном таком микроустройстве можно создать целую химическую лабораторию. Внизу, у основания газона, ученые наносят различные реагенты. Далее они с помощью электрического импульса заставляют каплю просачиваться в тех местах, где нанесены реагенты, после чего начинают считывать с помощью оптических приборов результаты реакции. Это может быть изменение цвета или фосфоресцирование. Таким образом, скажем, покатав по наногазону каплю человеческой крови, можно сделать ее полный биохимический анализ.

С помощью наногазона можно продлить срок службы элементов питания. В обычной батарейке есть два химических вещества, которые вступают в реакцию. Ученые лаборатории Белла изобрели вечно молодую батарейку, в которой одно вещество находится в жидкой форме, а другое — в твердой, и они разделены наногазоном. Когда надо использовать батарейку, достаточно подать слабый электрический импульс, и сразу жидкость просачивается — два химических вещества вступают в реакцию.

Ещё одно применение каплям нашли физики из Чикагского университета. Они разработали методику получения сверхтонких волокон из различных материалов, в том числе и проводящих электричество.

Суть разработанной технологии сводится к следующему. Когда через специальное сопло одно вещество медленно выталкивается в среду с другой вязкостью (подобно тому, как вытекают капли воды из водопроводного крана), происходит образование капли. При этом появляется тонкий канал между соплом и формирующийся каплей. Когда вода капает из крана, этот канал относительно короткий и толстый, потому что вязкость воздуха намного ниже, чем у воды. Ученые обнаружили, что длина этого канала тем больше, чем больше отношение вязкости внешней жидкости к вязкости жидкости, из которой образуется капля. Были проведены эксперименты по образованию капель в сверхвязких силиконовых гелях, чья вязкость в несколько раз больше, чем у воды. В результате удалось получить сверхтонкий канал, толщиной всего в 100 нанометров!!!!Этим способом, как надеются профессора, в будущем можно будет получать тончайшие гибкие волокна из прочнейших материалов и сверхминиатюрные проводники электричества.

Слайд 8. Поэтому физика по-прежнему смотрит на каплю с интересом, и в процессе изучения элективного курса мы искали ответы на вопросы: почему капля имеет такую форму? Как ведёт себя капля в различных условиях? Есть ли у капли свои тайны? Чтобы ответить на вопрос о форме капли, надо познакомиться с явлением поверхностного натяжения. Это можно сделать с помощью компьютерной программы “Кирилл и Мефодий”.

Слайды 7-11 урока 8. компьютерной программы “Кирилл и Мефодий” МКТ жидкостей. Взаимодействие в поверхностном слое жидкости.

Что такое поверхностное натяжение жидкости и почему капли имеют такую форму?

Слайды 9.10. Рождение капли.

Явление поверхностного натяжения заключается в следующем: на молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости действуют силы притяжения других молекул, направленные внутрь жидкости. Для выхода молекул из внутренних слоев в поверхностный слой необходимо совершение работы против действия молекулярных сил притяжения. В результате молекулы в поверхностном слое жидкости обладают избытком энергии. Эта энергия называется свободной поверхностной энергией жидкости. Поверхностная энергия жидкости в состоянии равновесия стремится к минимуму, а свободная поверхность жидкости стремится к сокращению. Поэтому жидкость в отсутствии силы тяжести стремится принять форму с наименьшей площадью поверхности, то есть форму сферы. Форма капли, таким образом, определяется поверхностным натяжением и действием силы тяжести, которая её деформирует.

Слайды 11, 12, 13, 14. Простые опыты с каплей.

1. Взрыв капли йода. В сосуд с водой на глубину 2-3 см с помощью пипетки мы поместили каплю йода. Эта капля,  деформируясь, поднялась вверх. Как только она достигла водной поверхности, произошло взрывоподобное растекание спиртовой настойки по поверхности воды.

Физический смысл опыта заключается в том, что когда капля находится внутри жидкости, происходит медленное растворение и диффузия йодной настойки, капля при этом деформируется. Когда же она достигает поверхности воды, в месте её выхода сильно понижается поверхностное натяжение, и йодная настойка начинает очень быстро перемещаться к тем участкам, где поверхностное натяжение больше.

2. Опыт Плато. В кювету со спиртом мы впрыснули капельку масла. Так как масло обладает большей плотностью, чем спирт, то капля ляжет на дно. Постепенно подливая воду, мы заметили, что капля масла стала всплывать. Так как плотность спиртового раствора и масла одинакова, то капелька не тонет и не всплывает, она находится в состоянии невесомости.

3. “Борода Хоттабыча”. Мы капнули в воду каплю туши. Капля, попадая в воду, мгновенно принимает вид колечка. Через некоторое время кольцо разделяется на ожерелье капель. Хоровод капелек медленно и согласованно погружается в воду. Начинается второй цикл распада. Каждая капелька превращается в новое колечко, которое, в свою очередь, рождает новые капли и кольца. Процесс "размножения" идёт лавинообразно. Только дно банки останавливает деление. За каплями тянется шлейф, связывающий все капли воедино. Картина ассоциируется с "бородой Хоттабыча".

4. Капля воды в электрическом поле. Поместим каплю воды на пластинку, покрытую сажей, поднесём наэлектризованную палочку. Капелька воды тотчас поляризуется и деформируется. Если поднести палочку очень близко к капле, то слышится щелчок – это происходит электрический разряд.

Слайд 15.

Средний размер капель одной и той же жидкости примерно одинаков и рассчитывается по формуле . На одном из занятий элективного курса нам было предложено подтвердить это экспериментально. В пяти группах использовались разные жидкости, и каждая группа придумала свой способ определения радиуса капель. Коэффициент поверхностного натяжения определяли с помощью ДПН, а плотность жидкости с помощью ареометра.

Для измерения коэффициента поверхностного натяжения, проволочную петлю полностью опускают в жидкость, а потом медленно вытягивают из жидкости. При этом на петле образуется плёнка. Когда сила упругости пружины динамометра станет равной силе поверхностного натяжения F, пленка разрывается. Зная длину проволочной петли и силу поверхностного натяжения, можно рассчитать коэффициент поверхностного натяжения по формуле:

Слайд 16. О способах определения диаметра капель, которые использовались в групповых работах.

1. Если капнуть из пипетки молоком на натянутую нить, то на нити останется мокрый след от капли. Возьмем линейку и измерим с её помощью полученный след. Этот след примерно будет равен диаметру капли. Повторив опыт несколько раз, измерим средний диаметр следа капель.

2. С помощью цифрового фотоаппарата, линейки, раствора соли и пипетки, также можно измерить диаметр капли. Возьмем линейку и поставим её вертикально. Затем капнем из пипетки жидкостью так, чтобы летящая капля оказалась на фоне шкалы линейки и в момент падения капли сфотографируем её. На полученной фотографии определим диаметр капли.

3. На пластинку, покрытую сажей, капнем несколько капель воды. Жидкость не растечётся, так как сила поверхностного натяжения капли больше силы притяжения молекул сажи и жидкости. Линейкой измерим средний диаметр капель.

4. Повторим опыт Плато. Получатся капли сферической формы. Визуально измерим диаметр нескольких капель, близко расположенных к стенкам сосуда и вычислим их средний размер.

Все описанные нами опыты подтвердили формулу для расчёта радиуса капли.

Слайд 17, 18, 19. Исследование капель крови.

По следам экскурсии в Воронежскую Областную клиническую больницу.

В капле крови человека заключена формула его здоровья. В рамках элективного курса “В мире капель” мы посетили лабораторию областной клинической больницы. Наша экскурсия называлась “Капля крови в человеческой жизни”. Сначала врач эндокринолог рассказал нам о приборах, помогающих больному диабетом узнать количество сахара в крови по одной капле крови. В лаборатории нам рассказали о форменных элементах входящих в состав клетки: эритроцитах, лейкоцитах и тромбоцитах.

Эритроциты – красные безъядерные крови клетки крови, содержащие гемоглобин. Увидев кровь человека больного лейкемией, мы убедились, что количество эритроцитов имеет большое значение для жизни, у человека больного раком крови будет очень мало эритроцитов. Временное увеличение количества эритроцитов может быть патологическим (у летчиков) и физиологическим при пороке сердца. Также учитывается скорость их оседания, для предотвращения крови от свертывания они под действием силы тяжести начинают оседать. Это имеет важное диагностическое значение, при воспалительных процессах скорость оседания эритроцитов повышается.

По результатам экскурсии мы подготовили фотоотчёт, фрагменты которого есть в презентации и провели конференцию о современных методах исследования капли крови человека.

Слайды 20, 21, 22. Капельная модель ядра. Обращение к Капле разума Человечества

На каплю жидкости похожи ядра тяжёлых атомов. Поэтому некоторые из них могут делиться как капли жидкости. Например, ядра урана делятся на ядра – осколки других элементов под действием нейтронов. При этом выделяется огромная энергия, которой человек научился управлять на атомных станциях. К сожалению, ей нашлось и другое применение. Создатель атомной бомбы сам сказал, что от его чудовищного изобретения спасти человека может только всеобщее объединение против оружия, иначе мир перестанет существовать как таковой.

Ядерное оружие – самое страшное на планете сегодня. Оружия массового уничтожения множество типов, но бомба, которая за несколько секунд превращает целый город в пепел – абсурд. В чем виноваты были жители Хиросимы? Разве американский президент знал каждого ребенка Нагасаки лично? Опасная черта человека – винить в своих проблемах другого, в частности, с кем не знаком, кто далеко и “все равно не услышит”.

Человека красит мудрость, но сегодня человечеству не хватает капли разума понять, что надо отменить все существующее оружие, включая, разумеется, ядерное. Холодное оружие можно переплавить – сколько полезных вещей можно было бы из него сделать, например, приборы для кабинетов физики! А схемы атомных бомб сжечь, запечатать, утопить, растворить, расщепить, перемолоть – избавиться любыми способами и забыть о существовании позорной страницы нашей истории (хотя и оставив мааааленькую сноску, что АТОМНУЮ БОМБУ ДЕЛАТЬ НЕ НАДО, ОНА УЖЕ БЫЛА, ЭТО НЕ ИНТЕРЕСНО!). А дальше останется только пойти и обнять мир “всеобъемлющей любовью” и все будет хорошо!

Программа элективного ориентационного курса для 9 класса “В мире капель”. 16 ч.

Пояснительная записка.

Программа предназначена для учащихся 9 класса, выбирающих дальнейший профиль обучения в старшей школе. Целью данного элективного курса является создание ориентационной основы для выбора естественнонаучного профиля обучения.

Программа включает в себя модули “Капля физики” (модуль физики), “Капля биологии” (модуль биологии и медицины), “Капля разума” (модуль экологии и физики).

Программа опирается на изученные темы в курсе физики “Строение жидкостей”, “Изменение агрегатного состояния вещества”, “Электрические явления”, “Строение атома и атомного ядра”; в курсе биологии “Кровь”, “Основы экологии”.

Резюме.

В процессе ознакомления с элективным курсом физики учащиеся научатся

  • наблюдать и изучать физические и биологические явления;
  • описывать результаты наблюдений;
  • оценивать и предвидеть последствия воздействия человеческой деятельности на природу.

Капля физики. 8 ч.

Особенности межмолекулярного строения жидкостей. Вязкость и хрупкость жидкостей.

Поверхностное натяжение жидкости; объяснение, примеры его проявления и значение в природе. Сила и коэффициент поверхностного натяжения. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от рода вещества и температуры, наличия примесей. Смачивание и несмачивание.

Форма и размер капли жидкости. Оценка радиуса капель жидкости. Физические опыты с каплей в истории физики. Наблюдение поведения капли в различных физических условиях.

Учет и использование поверхностного натяжения в технике. Новый метод управления поведением капель жидкости. Нанотехнология.

Фронтальный эксперимент

1. Наблюдение поведения шарика от пинг – понга на водяной горке.

2. Наблюдение образования капель жидкости из пипетки и ее съемка на цифровую видеокамеру.

3. Наблюдение поведения капель жидкости (воды, масла, туши) на различных поверхностях (металле, парафине, саже, стекле, шерсти).

4. Опыт Плато.

5. Наблюдение поведения капли туши в простой, соленой и газированной воде.

6. Наблюдение поведения капли воды в электрическом поле.

Проектная деятельность.

1. Представление письменного или видеоотчета по проведенным наблюдениям.

2. Способы измерения радиуса капель и проверка достоверности формулы для радиуса капли.

Капля биологии. 5 ч.

Кровь. Состав крови. Лабораторные исследования капли крови.

Значение выделения капель слезными и потовыми железами.

Влияние на организм капли никотина.

Плазма крови. Исследование капли крови в медицине.

Лабораторный практикум.

Терморегуляция организма потовыми железами.

Экскурсии в лаборатории:

  • исследования капли крови;
  • физиологическое действие капли никотина на сердце лягушки.

Проектная деятельность.

1. Фото- или видеоотчёт по результатам экскурсий.

2. Действительно ли капля никотина может убить лошадь?

Капля разума. 3 ч.

Строение атомного ядра. Модели атомных ядер. Капельная модель ядра. Деление тяжёлых ядер. Ядерное оружие.

Использование энергии ядер в мирных и военных целях.

Проектная деятельность.

Конкурс компьютерных презентаций “Капля разума против капли ядерного вещества”.