Цель: Расширить знания учащихся о воде и её свойствах. Показать учащимся, что вода удивительная и замечательная жидкость.
Сегодня на уроке мы еще раз убедимся, что вода удивительная и замечательная жидкость, без которой на земле жить просто не возможно. Земля - это единственная планета в нашей солнечной системе, на которой вода находится в жидком состоянии, по своим свойством она резко отличается от других жидкостей.
Что мы знаем о воде из жизни, географии, химии, физики и других областей наук? Демонстрация слайда: КМ школа - Химия - 8 класс - Вода и растворы – Слайд 1.
Назовите свойства воды, которые вы знаете.
- Три состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное.
- Вода имеет объем, но не имеет формы.
- Наличие давления внутри жидкости.
- Жидкость плохо сжимаема.
- Вес тела в жидкости меньше чем весь тела в воздухе.
- Тела могут плавать в воде, тонуть, и находиться внутри жидкости.
- Свойство натяжения.
- Вода расширяется при охлаждении.
- Вода расширяется при нагревании.
- Вода долго сохраняет тепло.
- Вода может кристаллизоваться и испарятся.
- Жидкость в твёрдом состоянии (лёд) не тонет в воде.
- Вода может обладать кислотными и щелочными свойствами.
- Под действием постоянного электрического тока или высокой температуры 200ºС вода разлагается на водород и кислород.
- И много других свойств которые уже известны и изучаются.
Вода – это чистая, бесцветная жидкость без цвета и запаха. Кипит при температуре 100ºС при давлении 101,3 кПа, замерзает при 0ºС, её максимальная плотность при +4ºС равна 1 г/см3, при большей или меньшей температуре плотность изменяется. Вода может находиться в трёх различных агрегатных состояниях: жидком, твёрдом, газообразном. Демонстрация анимации: С1 образование - Физика – Молекулярная физика и термодинамика – Поведение молекул в жидкости, газе и твёрдом теле.
Проведём некоторые опыты подтверждающие эти свойства.
1. Вода имеет объем, но не имеет формы.
Демонстрация опыта с одинаковыми по объёму сосудами, но различной формы.
2. Жидкость плохо сжимаема.
Если взять свинцовый шар, внутри которого находится вода и ударить по нему молотком, то капельки воды выступят наружу, т.к. расстояние между частицами очень маленькое. Демонстрация слайда: КМ школа - Физика - 10 класс - Строение жидкостей – Слайд 2.
3. Поговорим немного о естественной форме жидкости. Естественная форма жидкости – это шар.
Обычно сила тяжести мешает жидкости принять эту форму, и жидкости либо растекаются тонким слоем, или принимает форму сосуда. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса жидкость по закону Архимеда Fa = ρgV, теряет свой вес. Она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует – и тогда жидкость принимает свою естественную форму, т. е. шарообразную. Падающие капельки дождя имеют форму шариков. Дробинки не что иное, как застывшие капли расплавленного свинца, которые при заводском способе изготовления заставляют падать каплями с большой высоты в холодную воду.
4. К воде применён закон Паскаля. Производимое на жидкость давление передается без изменения по всем направлениям.
Демонстрация опыта с шаром Паскаля: Поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем уплотняясь, передают давление другим слоям находящимся глубже. Т.о. давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде струек из отверстий.
Демонстрация опыта «Рыбка»: Взять пустое куриное яйцо с небольшими отверстиями с двух сторон. Опустить его в воду. Когда надо погрузиться, у настоящей рыбки мускулы сжимаются, сдавливают пузырь, объем уменьшается и рыбка всплывает. Тоже самое происходит и с нашей рыбкой. Воздух сжимается и нажимает на воду, от этого несколько капель воды вливается через отверстие в яйцо. Объем воздуха в яйце уменьшается, рыбка становится тяжелее и ныряет. Если опустить перепонку рыбка всплывает.
5. Вы знаете, что вес тела в жидкости меньше веса тела в воздухе, т.к. действует Архимедова сила Fa = ρgV.
Демонстрируется опыт вес тела в воздухе и воде.
Сила, выталкивающая целиком, погруженное в жидкость тело равна весу жидкости в объеме этого тела. Если кит очутится во время отлива на мели, то последствия окажутся роковыми. Его раздавит собственный вес. Выталкивающая сила жидкости спасает китов от силы тяжести.
6. Плавание тел.
На тело находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести Fт и Архимедова сила Fa. Под действием этих сил тело будет двигаться в сторону большей силы. Возможны три случая.
- Железный. Fт > Fa
- Восковой. Fт = Fa
- Пластмассовый. Fт < Fa
7. Следующее свойство - это натяжение жидкости.
Демонстрация опыта: Полный стакан воды и мелкие металлические предметы. Если металлические предметы осторожно опускать в полный стакан с водой, то поверхность воды вздуется, возвышаясь над краями стакана. Если вычислить объем одного гвоздя и сравнить с объемом выпуклости, то объем гвоздя много меньше объема выпуклости. Чем шире посуда, тем больше войдет гвоздей. Если длина гвоздя l = 25 мм, а толщина b = 1мм, то V = πd²h/4, а диаметр сосуда D = 9 см = 90 мм, а площадь круга S = 6400 мм², и толщина поднятия c = 1 мм, т .е. можно вместить еще много гвоздей. Почему же вода не выливается? Потому, что между молекулами воды существует взаимная сила притяжения. КМ школа - Физика - 10 класс - Поверхностное натяжение жидкости - Слайд - 6, 7.
Или возьмем, к примеру, мыльные пузыри. Волшебные переливы красок на поверхности тончайших мыльных пленок дают возможность измерить длину световых волн, исследования натяжения помогает изучить законы взаимодействия частиц – тех сил сцепления, при отсутствии которых в мире не существовало бы ничего, кроме тончайшей пыли. В морозный день - вода в тонких пленках мыльного пузыря – замерзает, и в ней появляются ледяные иголочки.
8. Явление смачивания
– притяжение молекул друг к другу у жидкостей слабее, чем у твердых тел и тем самым жидкости смачивают поверхности. Не смачиваемость (пластилин, воск, парафин) молекулы жидкости сильнее притягиваются друг к другу, чем к молекулам твердого тела. На этом явлении основано склеивание поверхностей. Демонстрация слайда: КМ школа - Физика - 10 класс – Смачивание и капиллярность – Слайд 2.
9. Если мы возьмем сообщающийся сосуд любой формы, то поверхность однородной жидкости устанавливается на одинаковом уровне.
Наглядности: Сообщающиеся сосуды; манометр; модель фонтана; шлюзы; подача воды потребителю
На законе сообщающихся сосудов основано устройство водопровода.
Когда-то давным-давно римляне прокладывали водопровод не в земле, а над ней, на высоких каменных столбах. Для чего это делалось? Римские инженеры того времени имели смутное представление о законах сообщающихся сосудов. Они придавали водопроводным трубам ровный уклон вниз. Для этого приходилось идти в обход или возводить высокие арочные подпоры.
10. Химические свойства воды.
Вода хороший растворитель для тех веществ, у которых имеются ионные и ковалентные полярные связи.
11. Под действием постоянного электрического тока при высокой температуре (2000ºС) вода разлагается на водород и кислород.
Демонстрация слайда: КМ школа - Химия - 8 класс - Кислород, водород - Слайд 2, 9, 10.
12. Вода нейтральное вещество, но если через воду пропустить электрический ток, то вода может обладать кислотными и щелочными свойствами (живая и мертвая вода).
13. Вода может кристаллизоваться, т.е. переходить из жидкого состояния в твёрдое и превращается в лед, а может испаряться.
Испарение воды зависит от площади, температуры и наличия внешних сил (ветра). Демонстрация слайда: КМ школа - Физика - 8 класс – Испарение, конденсация – Слайд 3.
14. Вода расширяется при охлаждении
Демонстрация опыта: банка с замороженной водой. Молекулы твердого тела расположены по кристаллической решетке, при превращении воды в лед происходит расширение. Вода это единственное вещество, которое при понижении температуры расширяется. Демонстрация слайда: КМ школа - Физика - 7 класс - Строение вещества - Слайд 11.
15. Вода расширяется при нагревании. Т.к. при нагревании молекулы движутся с большей скоростью, то расстояние между ними увеличивается.
Демонстрация опыта: Нагревание колбы с водой. Демонстрация слайда: КМ школа - Физика - 7 класс - Строение вещества - Слайд 8.
Работа по карточкам:
- Решить задачу: Какое количество теплоты необходимо для того чтобы нагреть 200 грам воды от 27ºС до кипения?
- Начертить график: Плавление и кристаллизации воды взятой при температуре -10ºС. Демонстрация видео: Физокон - Физика - 7-9 класс - Лаборатории - Молекулярная физика и термодинамика - Фазовые переходы.
16. Вода долгое время сохраняет тепло.
Удельная теплоемкость воды самая большая с = 4200 Дж/кгºС. Из-за этого свойства воду принимают в отопительных системах.
17. Лед не тонет в воде, т. к. ρв > ρл. Это единственное вещество, у которого плотность в жидком состоянии больше плотности в твердом состоянии.
Айсберг
Демонстрация опыта: стакан с водой и льдом.
Рассказ о ледоколах.
Если лед незначительной толщины, то ЛЕДОЗЕРЫ непрерывным давлением носовой части разрезают лед на ходу. Если толщина льда не превышает 0,5 м, то ледокол надвигает на поверхность льда свою носовую часть, которая сильно скошена над водой. Оказавшись вне воды нос корабля, приобретает полный вес, для усиления действия в носовые цистерны накачивают воду - жидкий балласт. Более мощный лед – побеждают ударным действием судна. Судно превращается в снаряд небольшой скорости, за то огромной массы.
18. Задача с сосулькой.
В какую погоду образуются сосульки: в оттепель или в мороз?
Если в оттепель, то как могла замерзнуть вода при температуре выше 0ºС? Если в мороз, то откуда вода на крыше? Для этого нужно иметь две температуры: для таяния больше 0ºС, для замерзания ниже 0ºС.На самом деле так и есть: снег на склоне крыши тает, т.к. солнечные лучи нагревают его до температуры выше 0ºС, а стекающие капли воды у края крыши замерзают, т.к. температура ниже 0ºС. Косые лучи солнца не нагревают землю на столько чтобы снег таял. На крышу лучи падают не полого, а под углом 80, 90. Освещение и нагревание лучами тем больше, чем больший угол составляют лучи с плоскостью, на которую они падают. Действие лучей пропорционально sin этого угла. Снег на крыше получает тепла в 2,5 раз больше, чем ровная поверхность, т.к. sin 60 > sin 20 в 2,5 раз. Оттаявшая вода стекает и каплями свисает с края крыш. Но под крышей температура меньше 0ºС, и капля охлаждаемая испарением, замерзает, а замерзшую каплю натекает следующая и т.д. Так возникают сосульки.
Оказывается вода имеет, наибольшую плотность при t=4ºС. При более низкой температуре плотность воды меньше. Благодаря этому осенью и зимой в глубоких водоемах конвекция происходит до тех пор, пока ее температура не понизилась до t = 4ºС. Из за этого под слоем льда, покрывающем водоем живут в воде рыбы.
Рассмотрим еще одно явление природы - снег. Снежинки, какое это состояние вещества? Конечно твердое. Формы снежинок разнообразны. Существуют коллекции фотографий, насчитывающие более 5000 снимков различных снежинок, отличающихся по форме друг от друга.
Вода удивительная жидкость, но мы не умеем беречь ее и пользоваться ею. Давайте проверим воду которую мы пьем. брызнем ею на стекло. Подождем пока оно высохнет. Остался след. Значит вода грязная, с примесями. Наша с вами задача предохранить водоемы от загрязнения. В нашей стране выделяются большие средства для строительства водоочистительных сооружений. Воды очищаются, лабораторным способом – обеззараживают хлорированием. Чтобы решить проблему очистки воды, нам необходимо перейти на оборотное водоснабжение. Оно заключается в многократном использовании промышленных вод после очистки по замкнутому циклу, без сброса в реки.
Вода, которая подается к нам из городского водопровода, в принципе, соответствует ГОСТ 2874-82 на питьевую воду иначе, мы не имели бы права пользоваться ею. Самым простым и доступным для всех методом очистки питьевой воды является отстаивание водопроводной воды. Следующим по простоте и доступности является метод очистки питьевой воды с помощью кипячения, метод вымораживания воды, методы фильтрации и физической сорбции. При использовании ионообменных мембран в процессе прохождения воды через слой материала, электрохимические установки, мембраны обратного осмоса.
В настоящее время в мире развивается два подхода к решению задачи очистки водных сред от микробиологических загрязнений с помощью фильтрации. Первый подход основан на применении мембранных технологий. Эта технология имеет один недостаток: при уменьшении размера удаляемых частиц размер пор также должен быть снижен. А это приводит к увеличению гидравлического сопротивления фильтра и снижению скорости фильтрации.
Второй подход, который только сейчас начинает развиваться, предлагает использовать для ультратонкой очистки водных растворов при помощи адсорбционных фильтров на основе заряженных наночастиц. В апреле 2006 г. томская научно-производственная фирма «ФиБрА» приступила к внедрению технологии получения сорбента FilLis, разработанной и запатентованного томской научной группой под руководством профессора В.Н. Лисецкого.
Фильтровальный материал FilLis в зависимости от вида модификатора поверхности обладает уникальной способностью сорбировать содержащиеся в воде и водных растворах патогенные микроорганизмы, вирусы, токсины и ионы тяжелых металлов, размер которых меньше среднего расстояния между волокнами материала. Он эффективно работает не только в нейтральной и кислой средах, но и в щелочной среде при рН до 9,5.
Загрязнение и оскудение рек и других открытых водоемов, неизбежно сказывается на растительности, животном мире и условиях жизни людей.
А знаете ли вы, что ¾ всей атмосферы занимает вода. Все живые организмы от 50 –90 % состоят из воды. Человек до 65 %, ребенок до 90 %. Потребности человека в чистой воде уже сейчас достигает 160 л в день. За жизнь человек потребляет до 25 тон воды. Итак, вода может находиться в трех различных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Причина аномалии воды, отличающей ее от других веществ до конца еще не выяснено. Изучение продолжается.
Вода – удивительная, замечательная жидкость. Ее восхваляли в стихах и песнях, писали картины и музыку.
А знаете ли вы стихи о воде, снеге…?
Презентация у автора.