Вечер &quot

Вечер по физике « Аномалии воды»
( 10 класс)
(разработан учительницей физики МОУ "Ковалинская ООШ" Софроновой Л.Н.)
Цели мероприятия:
 совершенствование мышления, внимания и творческого воображения ребят;
 умение видеть необычное в знакомых вещах;
 развитие эмоциональной сферы;
 развитие навыков групповой деятельности.
Ход мероприятия
Вечер провожу во время недели физики. В первой части вечера слово предоставляется ученикам.
Каждый выступающий рассказывает об аномалиях воды. После этого класс делится на две
группы. Ребята должны ответить правильно на вопросы II части вечера и решить как можно
быстрее задачи III части. За каждый правильный ответ команда получает одно очко.
I
Нормальные аномалии воды.
1.Сколько на свете льдов?
Обыкновенный, широко известный лед, устойчив только при нормальном атмосферном
давлении и при температуре 00С. При других условиях могут появиться льды, которых не
встретишь в природе. Так при давлении Р = 2 тыс.атм. образуется четыре различных льда. Если
давление повысить до 40 тыс. атм., их число увеличится до шести. Все они отличаются
плотностью, которая увеличивается в 1,5 раза против обыкновенной. А по температуре плавления
эти льды вполне можно назвать горячими. Например, лед, полученный при давлении 20 тыс.атм.,
тает лишь при +800С. В недрах Земли, может, залегает такой горячий лед.
2. Почему лед плавает?
При плавлении обычно тела расширяются, вода же поступает наоборот – сжимается. Поэтому при
00С вода тяжелее льда. Причина: молекулы воды похожи на равнобедренный треугольник, у
которого в основании два протона, а на вершине атом кислорода. Во льду каждая из таких
молекул крепко связана со своими четырьмя ближайшими соседками. Получается сетчатая, или,
как говорят физики, ажурная структура, в которой остается много свободного объема. При
плавлении эта структура разрушается. Заполняются пустоты, компактнее становится « упаковка»
молекул, и вода приобретает большую плотность.
Разрушение структуры льда при плавлении происходит не сразу. При 00С она в большей мере
сохраняется и в воде. Поэтому сначала плотность воды сравнительно низка. С ростом
температуры число связанных молекул воды становится меньше и ее плотность вопреки всем
законам возрастает. Так продолжается до тех пор, пока в действие вступит обычное тепловое
равновесие. Примерно с + 40С его роль в поведении воды начинает преобладать и плотность
уменьшается. Так ведет себя только вода. Если бы вода вела себя нормально, как другие
жидкости, то зима в водоемах замерзла бы насквозь и навсегда исчезла бы там всякая
органическая жизнь. А вот морская вода не похожа на пресную. У нее нет четырехградусного
порога. С понижением температуры плотность морской воды непрерывно увеличивается. Поэтому
охлажденный поверхностный слой « тонет» и перемешивается с более теплой глубинной водой,
беспрерывно снабжая ее кислородом воздуха. А до дна океанская вода не замерзнет, для этого
слишком много тепла надо у нее отнять. И если бы морская вода замерзала бы сверху, как
пресная, то вся жизнь в океанских глубинах давно бы задохнулась от недостатка кислорода. Все
учтено, предусмотрено природой.
3. Точка плавления.
Обычно при повышении давления на жидкость увеличивается и температура замерзания
этой жидкости. У воды опять все наоборот. При замерзании вода расширяется, поэтому давление,
препятствуя увеличению объема воды, понижает ее температуру замерзания. В океанах на
больших глубинах вода нередко охлаждается до 00С. И тем не менее она не замерзает. Причина
этому - колоссальное давление, существующее там. На глубине примерно двух км вода будет
замерзать только при температуре –1,50С.
4. Теплота парообразования.
Удельная теплота парообразования воды L= 2,3•106Дж/кг, это много. Если бы теплота
парообразования воды была меньше (как у жидкого азота, кислорода) то высохли бы все мелкие
водоемы, дождь испарялся бы еще в воздухе. А ласа и луга превратились бы в пустыни.
5.Удельная теплоемкость.
Удельная теплоемкость воды с=4200 Дж/кг, очень большая. Это иногда полезно, иногда
вредно. Например, в системе водяного отопления – хорошо, а при варке пищи плохо. Но удельная
теплоемкость зависит от температуры. Обычно у тел при повышении температуры теплоемкость
возрастает, а у воды она от 00С до 270с уменьшается, достигая минимального значения, а затем
возрастает. А ведь самая благоприятная температура для человека от 250 до 300С, то есть
примерно при 270С. И у воды наименьшая теплоемкость при 270С.
6. Почему падает давление?
Если барометр показывает уменьшение давления атмосферного давления, то говорят – быть
плохой погоде, т.е. будет снег или дождь. Но ведь пар превращается в жидкость при увеличении
давления, а не при понижении. Да, но так ведут себя все жидкости, кроме воды. При уменьшении
давления ее пар становится из ненасыщенного пересыщенным, что приводит к выпадении
осадков. К этому мы привыкли настолько, что совсем не замечаем, открыто лежащее
противоречие и принимаем окружающее так, как оно есть, не видя в нем аномалии.
7. Поверхностное натяжение.
Коэффициент поверхностного натяжения воды σ меньше чем у ртути. Но все же вода
поднимается на большую высоту по капиллярной трубке (ртуть тяжелая). Если бы σ был бы в 2
раза меньше, то в жаркое время все деревья и растения высохли бы без воды и погибли бы, и
вместе с ними погибли бы и все животные.
8. Диэлектрическая проницаемость.
Диэлектрическая проницаемость воды  = 81. Это значит, что электрические заряды в воде
взаимодействуют в 81 раз слабее, чем в вакууме. Именно благодаря этому вода самый могучий
растворитель. Но  = 81 только у воды. У льда  20 раз меньше, чем у воды.
Каких только растворенных веществ нет в воде? Если бы вода была нормальной жидкостью,
Земля до сих пор оставалась бы безжизненным космическим телом. Ведь жизнь возникла в воде.
II
Вопросы « Вода, вода, . . . . . »
1.Будет ли вода испаряться при 00С?
Ответ. Будет.
2.Почему дождь охлаждает воздух?
Ответ. Испарение влаги после дождя сопровождается поглощением энергии из окружающего
воздуха. При этом воздух охлаждается.
3. Какая вода поднимается по капиллярной трубке выше: холодная или горячая?
Ответ. Холодная, т.к. коэффициент поверхностного натяжения у холодной воды больше.
4. Если собрать все водяные пары, находящиеся в классе и превратить в воду, то, сколько
примерно литров или см3образуется вода?
5. Что обладает наибольшей внутренней энергией: вода, лед или водяной пар, если их массы
одинаковы?
Ответ. Пар.
6. Когда мясо сварится до готовности быстрее: на сильном огне или на слабом огне, если и в том и
другом случае кипит бульон?
Ответ. Одновременно.
7. Можно ли вскипятить воду, подогревая ее паром при температуре 1000С (атмосферное давление
нормальное)?
Ответ. Нельзя. Чтобы передавать воде энергию, необходимую для кипения, пар должен
иметь температуру выше 1000С.
8. В кастрюле бурно кипит вода и в ней находятся макароны. Кипит ли вода в трубках макарон?
Ответ. Нет
9. Что тяжелее: сухой или влажный воздух?
Ответ. Сухой.
10. Почему в мороз снег скрипит под ногами?
Ответ. Ломаются снежинки-кристаллики.
11. В воде плавает тело, целиком погружаясь в нее. Будет ли всплывать или тонуть оно, если
нагреть воду?
Ответ. Будет тонуть.
12. Капля воды, попав на раскаленную плиту, начинает на ней прыгать. Почему?
Ответ. Раскаленная плита, нагревая поверхность капли, образует вокруг нее оболочку пара.
Этот пар подбрасывает каплю вверх.
13. Как называется вода, которая образуется в организме вследствие окисления жиров?
Ответ. Метаболическая.
14. Что означает: живая и мертвая вода?
Ответ. Вода имеет изотопы: дейтерий и тритий тяжелые - это мертвая вода, а протий легкая.
15. Почему ледники Антарктиды сползают с материка в океан?
Ответ. Материковый лед Антарктиды накапливается миллионы лет. В результате
увеличения толщины льда происходит увеличения давления на его нижние слои. Температура
плавления льда понижается при увеличении давления, и поэтому нижние слои плавятся и
громадная ледяная гора сползает вниз.
16. Почему вода в водоемах начинает замерзать с поверхности?
Ответ. Вода, охлажденная ниже 40С, на дно не опускается. Образовавшийся на
поверхности воды лед также не тонет, т.к. его плотность меньше плотности воды.
17. Космонавт, находясь на поверхности Луны, вскрыл ампулу, заполненную водой. Опишите
поведение воды.
Ответ. Вода будет одновременно кипеть и замерзать.
III
Задачи
1. Какое количество теплоты выделяется при конденсации 200г водяного пара, имеющего
температуру 1000С (L= 2,3•106Дж/кг)
Ответ. 230 кДж
2. Рассчитайте, с какой высоты должна упасть капля воды, чтобы при ударе полностью
испариться. ( Сопротивление среды и потери энергии на разрушение поверхности капли не
учитывать.)
Ответ. h=(с(t кип - t нач) + r)/g
Подведение итогов.
Определяется команда – победительница и награждается грамотой.
Литература.
1.Л. Элиот, У. Уилкокс Физика. Издательство « Наука»
2.Ю.В. Щербакова. Занимательна физика на уроках и внеклассных мероприятиях. Издательство
« Глобус»
3. М.Е. Тульчинский. Качественные задачи по физике.