И наконец, на морском берегу, разбивающем волны,
Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет.
Видеть, однако нельзя, как влага на нем оседает,
Да и не видно того, как она исчезает от зноя.
Значит, дробится вода на такие мельчайшие части,
Что недоступны они совершенно для нашего глаза.
Поэт Тит Лукреций Кар, поэма “ О природе вещей”
I век до нашей эры.
(Приложение. Слайд 2)
Интеграция предметов: физика биология
Цель урока:
- Раскрыть основу научных положений изучаемой темы во взаимосвязи с природой и жизнедеятельностью человека;
- Показать связь физики с биологией, литературой.
Задачи урока:
- Ознакомление учащихся с элементами экспериментального исследования явления;
- Раскрытие роли испарения в жизнедеятельности человека и в природе;
- Активизация познавательной деятельности учащихся;
Ход урока
Учитель: На уроках природоведения вы изучали круговорот воды в природе .
Давайте вспомним (Слайд 3). С поверхности океанов, морей, рек и суши вода под действием солнечного тепла испаряется и поднимается вверх в виде невидимого пара. Так что называется испарением?
Ученики: переход вещества из жидкого состояния в газообразное. (Слайд 4)
Учитель: в воздухе водяной пар охлаждается , превращается в мельчайшие капельки воды. Что называется конденсацией?
Ученики: Переход вещества из парообразного состояния в жидкое. (Слайд 5).
Учитель: вытирая мокрой тряпкой школьную доску, доска быстро высыхает – вода превращается в пар. Точно так же после мятья высыхают полы, выстиранное белье, лужи на улице., скошенная трава. Каков же механизм испарения? Почему жидкости испаряются?
Молекулы жидкости непрерывно движутся с разными скоростями. Если какая-нибудь молекула, которая оказалась на поверхности жидкости имеет кинетическую энергию большую, чем потенциальная энергия взаимодействия с соседними молекулами, то она может преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь из жидкости. Вылетевшие , в с поверхности из жидкости молекулы образуют над поверхностью пар. Пар – газообразное состояние вещества.
Жидкости испаряются постепенно: в первую очередь в пар переходят быстрые молекулы, у оставшихся молекул жидкости при соударении с другими молекулами меняется скорость. Некоторые молекулы приобретают при этом скорость достаточную для того, чтобы оказаться у поверхности и вылететь из жидкости.
На что идет затраченная энергия? Ответ почти очевидный– на преодоление силы притяжения, которая действует со стороны жидкости на вылетевшую молекулу. Каждая молекула взаимодействует с окружающими ее другими молекулами. Сила взаимодействия на малых расстояниях (r < r0 ) имеет характер отталкивания, а при больших (r > r0) – притяжения. В толще жидкости каждая молекула окружена другими такими же молекулами со всех сторон, и средняя результирующая сила равна нулю. Молекула, которая пытается покинуть поверхность жидкости и улететь в свободное пространство, притягивается к молекулам, расположенным на поверхности, и на них больше не действуют никакие силы притяжения других молекул. Поэтому , чтобы покинуть поверхность жидкости , молекула должна обладать большой кинетической энергий., поэтому покинуть поверхность жидкости могут не все молекулы, находящиеся на поверхности жидкости.
Жидкости могут испаряться при любой температуре. Наблюдения за природой подтверждает это. Например лужи, образовавшиеся после дождя, высыхают летом в жару, и осенью, когда уже холодно. Почему? Потому что при любой температуре в жидкости есть быстрые молекулы.
Зависит ли испарение от температуры жидкости и как?
Опыт № 1. На стекле две капли воды. Стекло подогревается снизу под одной из капель.
Учитель: почему подогреваемая капля испаряется быстрее?
Ученики: с увеличением температуры испарение жидкости увеличивается, так как выше чем температура , тем большее число молекул, способны покинуть жидкость (Слайд 6)
Опыт № 2. На доску кисточкой наносится мазки различных жидкостей: эфира, спирта, воды, масла.
Учитель: почему эфир испаряется быстрее?
Ученики: Силы взаимного притяжения между молекулами эфира меньше, чем между молекулами других жидкостей. (Слайд 7)
Опыт № 3. Пипеткой капаю эфир на стекло и на лист промокательной бумаги. Наблюдаем процесс испарения.
Учитель: почему с промокашки бумаги эфир испаряется быстрее?
Ученики: чем больше площадь поверхности жидкости, тем большее число молекул одновременно вылетают с ее поверхности в воздух.. (Слайд 8)
Учитель: одновременно с переходом молекул из жидкости в пар, происходит обратный процесс. Часть молекул , покинувших жидкость, снова в нее возвращаются. Если испарение происходит в закрытом сосуде, то число молекул вылетевших их жидкости, становится равным числу молекул пара, возвращающихся в жидкость. Поэтому масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться. Если сосуд открыт, то объем жидкости со временем уменьшится.
Физический фокус: На чашах весов уравновешены стаканы с холодной и горячей водой. Почему весы быстро выходят из равновесия?
Опыт № 4. На две пластинки капнуть по капле спирта. Одну из капель обдувать веером.
Учитель: Почему капля, которую обмахивали веером высохла быстрее?
Ученики: Так веер создает потоки воздуха, то они уносят молекулы пара.
Учитель: сделаем вывод, от чего зависит скорость испарения жидкости. (Слайд 9)
В тетрадях зарисовывается схема – Слайд 10.
Учитель: Как вы думаете испаряются ли твердые тела?
Учащиеся: Испаряются не только жидкости , но и твердые тела. Испарение некоторых твердых тел обнаруживается по запаху. Например испарение нафталина, камфары. Испаряется и лед. Например: на морозе сохнет белье, которое из обледенелого становится сухим.
Опыт № 5. Испарение кристаллов йода. Если подогреть на спиртовке пробирку с небольшим количеством кристалликов йода на слабом пламени, то кристаллики начнут испаряться. Пары имеют густой фиолетовый цвет, поэтому их хорошо видно. При охлаждении из паров сразу образуются кристаллики йода.
Учитель: вернемся к жидкостям. (Слайд 11) Так как при испарении жидкость покидают самые быстрые молекулы, то и средняя скорость оставшихся молекул становится меньше. Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул уменьшается. Это означает, что внутренняя энергия (И) испаряющейся жидкости уменьшается. Поэтому, если нет притока энергии к жидкости извне, испаряющаяся жидкость охлаждается.
Опыт № 6. Шарик термометра обворачиваем ваткой , смоченной в одеколоне.
Учитель: Почему столбик термометра опускается?
Ученики: Быстро испаряющаяся жидкость отнимает часть внутренней энергии от спирта термометра, в следствие чего температура понижается.
Учитель: Почему мы не замечаем значительного понижения температуры при испарении воды из стакана?
Ученики: Испарение происходит медленно, а вода постоянно получает некоторое количество теплоты от окружающей среды..
Учитель: Поглощение энергии при испарении жидкости можно наблюдать еще на одном опыте.
Опыт № 7. Опрокинутую колбу соединяют резиновой трубкой с жидкостным манометром. Сверху на колбу кладем лоскут ткани, которую смачиваем в спирте.
Учитель: почему в коленце манометра, присоединенного к в колбе, уровень жидкости повышается
Ученики: Испаряясь, спирт поглощает энергию из воздуха, воздух в колбе охлаждается, давление в колбе уменьшается, об этом можно судить по повышению уровня жидкости в колене манометра, присоединенного к колбе.
Учитель: Мы говорили, что может происходить и обратный процесс: переход молекул из пара в жидкость – конденсация. Конденсация пара сопровождается выделением энергия.
При конденсации:
.
Конденсацией пара объясняется образование облаков (мельчайших капелек воды).
Таким образом, испарение и конденсация – это наиболее легко регулируемые способы изменения внутренней энергии вещества. Поэтому испарение и конденсация должны играть в жизнедеятельности человека и животных большую роль. Ребята, вы хорошо знаете, что когда жарко, человек потеет, и наоборот, выходя из воды, даже в жаркий день, вы чувствуете холод. Почему? (Ответы учащихся.)
Учитель: ребята, вы правы, когда жарко – человек потеет. Это хорошо. Для терморегуляции для организма человека важную роль играет потоотделение. Влага, содержащаяся в организме человека, во время жары через поры в эпителии выходят наружу. Потоотделение обеспечивает постоянство температуры тела человека. За счет испарения пота уменьшается внутренняя энергия тела, благодаря этому организм охлаждается. Получается, потея, мы спасаем себя от перегрева организма. Но испарение будет зависеть от окружающей среды, то есть от влажности окружающего воздуха. Нормальной считается влажность 40–60 %.
Когда температура среды имеет большую температуру, чем температура тела человека, то происходит усиленное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма, что помогает работать в условиях высокой температуры. Если влажность окружающего воздуха высока – более 70% , то жить и работать становится тяжело (влажные тропики, красильные цеха заводов). Если влажность меньше 40% при нормальной температуре воздуха, это приводит к усиленной потере влаги организмом, что ведет к его обезвоживанию(пустыни. Металлургические заводы).
Сообщения учащихся
- Зеленый лист растений. Слайд 13
Улавливая лучи солнца, тонкая и нежная пластинка листа подвергается сильному нагреванию. Сованный с деревьев лист на солнце очень быстро высыхает, а листья на дереве свежие, сочные. Клетки листа всегда наполнены водой, поступающей по сосудам жилок, черешка веток, ствола, корня.
В листьях ели – 66,2% воды, а в листьях березы – 63,7%, а листьях салата – 94,3%. Вода из почвы, поступая в корень, непрерывно по тонким сосудам ствола поднимается вверх к листьям. В листьях вода не только наполняет клетки, и соединившись на свету с углекислым газом, входит в состав сахара, но и распыляясь в межклетниках, испаряется через устьица в воздух.
Испарение воды в солнечный день охлаждает листья. Приложите листок к щеке – вы почувствуете , что он холодит.
Листья испаряют воду в большом количестве. Так, береза испаряет 6 ведер, а дуб – 5 ведер воды в день.
Леса различных пород деревьев испаряют в течение лета с 1 га разное количество воды: еловый лес – 2240 т, буковый лес – 2070 т, дубовый лес – 1200 т, сосновый лес – 470 т. Испарение воды лесом оказывает большое влияние на климат. Над лесом скорее образуются облака. В лесу влажно и оттого в жаркие дни прохладно. Наиболее сильное испарение бывает в вернем ярусе леса, где листья больше нагреваются солнцем и продуваются ветром. Под пологом крон деревьев сумрачно, влажно и прохладно, поэтому и испарение у растений замедленное. В тропических лесах, где особенно влажно, тепло м темно, некоторые имеют оригинальные приспособления увеличивающие испарение..
У одних растений вода собирается каплями по кроям листьев, у других красный цвет листьев способствует большему нагреванию их. Бывает, что листья и стебель покрыты ростами, увеличивающими испаряющую поверхность.
- “Роль процесса испарения у животных и птиц”
Известно, что верблюды могут не пить 2 недели. Верблюд почти не потеет даже в сорокоградусную жару. Его тело покрыто густой шерстью – шерсть спасает от перегрева и препятствует испарению влаги в организме. Верблюд никогда, даже в самый зной, не открывает рта: ведь со слизистой оболочки ротовой полости. Если открыт рот испаряется много воды. Частота дыхания верблюда очень мала – 8 раз в секунду. За счет этого меньше уходит воды с воздухом. Кроме того температура тела верблюда понижается ночью до 34градусов, а днем в жару повышено до 410С. Это очень важно для экономии воды. У верблюдов есть очень важное приспособление для сохранения воды впрок. Известно, из жира, когда он “ сгорает” в организме, получается много воды – 107 г из жира массой 100 г. Таким образом, из своих горбов верблюд может извлечь воду массой до 50 кг.
Для уравновешивания неизбежной потери воды за счет испарения многие животные всасывают ее через покровы тела в жидком или газообразном состоянии (амфибии, насекомые, клещи). В теплорегуляции птиц большую роль играют воздушные мешки. В жаркое время с поверхности воздушных мешков испаряется влага, что способствует охлаждению организма. В связи с этим вв жаркую погоду птицы открывают клюв.
Учитель: изучав тему “ Испарение” мы выяснили физическую природу явления испарения и конденсации, узнали какую большую роль испарение играет в жизнедеятельности человека , растений и животных, птиц.
Закрепление: качественные задачи и вопросы.
- При выходе из реки мы ощущаем холод? Почему? (С поверхности тела вода испаряется, и при этом температура тела уменьшается. Именно потому мы ощущаем холод.)
- Почему скошенная трава быстрее высыхает в ветреную погоду, чем в тихую? (В ветреную погоду процесс испарения происходит быстрее.)
- В тарелку и стакан налили воду одинаковой массы. Из какого сосуда она испарится быстрее? (Из тарелки так, как площадь поверхности воды больше.)
- Почему канистру с бензином нельзя отставлять открытой? (Бензин из канистры без крышки будет испаряться. Чтобы этого не происходило, необходимо канистру закрывать крышкой.)
- Когда белье открытой форточкой высыхает быстрее: при открытой или закрытой форточке? (Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Необходимо знать о влажности воздуха на улице. О разности температур на улице и в квартире. Только зная эти данные, можно ответить на вопрос.).
- В холодильниках камера для охлаждения используют быстро испаряющие жидкости – фреон, аммиак. Почему не используют воду? (Используют жидкости, которые быстро испаряются. Вода испаряется достаточно медленно.)
Домашнее задание группам учащихся:
- Практические работы по теме “ Испарение”
Задание на дом, для учащихся увлеченных биологией
- Какая сторона листа испаряет большее количество воды? Чтобы ответить на
этот вопрос, возьмите три свежесрезанных листа пеларгонии. Один поставьте в
воду, налитую в пробирку, у второго листа смажьте вазелином верхнюю часть и
также поставьте в пробирку с водой, а у третьего листа смажьте нижнюю строну
и поставьте в третью пробирку с водой.
Уровень воды в пробирках должен быть одинаковым, а сверху нужно налить немного растительного масла, чтобы вода не испарялась с поверхности. Поставьте пробирки на освещенное окно (поместите их, перед тем как заполнить водой, в баночку из-под майонеза и закрепите вертикально ватой.). Через 5–6 дней запишите ответ на вопрос , поставленный в начале задания. Это и будет вывод по проведенному опыту. - Хорошо рассмотрите схематические рисунки результатов опытов и подготовьте рассказ и выводы по каждому опыту. Обратите внимание на то, что на схеме 3 отмечены стороны листа: н – нижняя, в – верхняя. Сделайте общий вывод по всем этим опытам, отметив значение изучаемого явления в жизни растения и в природе. (Рисунок 1).
- Поставьте один из опытов по рис .1.
- Проведите следующий опыт. В два прозрачных сосуда(модно в баночки из-под майонеза) налейте одинаковое количество воды, в один поместите побеги пеларгонии, бальзамина, колеуса (можно свежесорванны лист пеларгонии). Отметьте уровень воды (можно взвесить), налейте немного растительного масла (чтобы предохранить воду с поверхности ), поставьте один сосуд в теплое место (на освещенное окно), а другой – в холодное место(можно между рамами). Наблюдайте , что происходит, а через неделю оформите свои наблюдения в виде таблицы в тетрадях.
Дневник наблюдений за испарением воды растениями
| Варианты опытов | Высота воды в пробирке | Высота испарившейся воды | ||
| В начале опыта | В конце опыта | |||
| Опыт проведен в тепле (+ 200С ) |
||||
| Опыт проведен на холоде (+2 – 0 0 С). | ||||
|
Выводы по опыту |
||||
Задачи на испарение, с биологическим содержанием.
Известно , что кукуруза испаряет в сутки 800 г воды, капуста – на 200 г больше, береза – в 80 раз больше, чем капуста, подсолнечник – столько же , сколько кукуруза, а – дуб – в 50 раз больше, чем капуста. Подсчитайте, сколько граммов воды испаряют за сутки капуста, береза, подсолнечник, кукуруза и дуб
Овес на площади 1 га за вегетационный период испаряет 2.277 760 л воды. Сколько образовалось за этот период сухого вещества растений, если известно, что на образование 1 г у овса затрачивается 597 г воды? Куда девалась остальная вода? Какое значение для растений она имела?
- Логический практикум “ Испарение”
Задание на дом для учащихся, увлеченных физикой и математикой.
Существенные признаки понятия “ испарение”
- Все жидкости при любой температуре испаряются.
- При испарении жидкость охлаждается.
- Скорость испарения зависит от:
1) температуры;
2) рода жидкости;
3) площади поверхности;
4) скорости движения окружающего воздуха.
Проведите следующие опыты, ответьте на вопросы и определите, какой существенный признак понятия “ испарение” отражает данный ответ, присвоив им соответствующие номера: 1; 2; 3; – 1), 2), 3, 4).
Опыт № 1. Приготовьте в стакане насыщенный раствор соли в горячей воде и дайте постоять несколько дней. Стакан покроется снаружи и изнутри солью. Как соль попала снаружи стакана? Насыщенный раствор соли в горячей воде налейте в блюдце и дайте постоять. По мере испарения соль откладывается кольцами на блюдце. Почему? В каком случае испарение происходит быстрее, в стакане или на блюдце? Где в природе наблюдаются подобные явления?
1; 2; 3 – 1), 2), 3), 4).
Опыт № 2. При помощи термометра и мокрой тряпочки, проверить опытом, что скорость испарения жидкости с поверхности зависит:
а) температуры; б) от движения воздуха над испаряющейся жидкостью;
Объяснить наблюдаемое явление с молекулярной точки зрения.
1; 2; 3 – 1), 2), 3), 4).
Опыт № 3. В два широких сосуда налить поровну горячей воды одной и той же температуры. На поверхность воды одного из них поместить 3-4 капли масла. Проверить с помощью термометра, одинаковая ли будет температура воды в этих сосудах через некоторое время.
1; 2; 3 – 1), 2), 3), 4).
Опыт № 4. Если на холодную и нагретую металлическую пластинки поместить по 3-4 капли воды, то с какой из них вода испаряется быстрее? Объяснить, почему и проверить на опыте.
1; 2; 3 – 1), 2), 3), 4).
Опыт № 5. Имеются две пробирки (пузырьки из-под пенициллина) с одинаковым количеством воды. Одна обернута марлей, смоченная водой, вторая одеколоном. Проверить с помощью термометров, одинакова ли температура воды в обеих пробирках. Ответ объясните.
1; 2; 3 – 1), 2), 3), 4).
- Фантастический проект. (Для желающих.)
Все-таки замечательная наша планета. Ее уникальное отличие от других планет – наличие сравнительно большого количества воды. Это ограничивает колебания температуры на планете в пределах, позволяющих существовать жизни на основе углерода (нам с вами). На Марсе если и есть вода, то крайне мало, чтобы она могла служить регулятором температуры. И атмосфера такая редкая и прозрачная. На Венере – плотнейшая атмосфера из СО2. Атмосферное давление в триста раз больше, чем на Земле. Планета-парник. Температура – около 350 0С и днем и ночью. Настоящая сковородка для нас. Там мало воды , она существует в виде пара в верхних слоях атмосферы и в очень малых количествах. А ведь можно подумать о преобразовании этой планеты. Давайте дерзать преобразование Венеры, пока в виде фантастического проекта!
Задание на дом:§ 16 № 1096–1100.