自制教具啟發(fā)式教學——“毛細現(xiàn)象”教學設計

丁晨晨

摘 要：本文以生活中的相關(guān)現(xiàn)象導入新課，采用演示實驗、小組實驗的形式，激發(fā)學生的學習興趣、提高學生積極思考的能力，并結(jié)合多媒體資源，講解浸潤和不浸潤的知識。然后，本文通過自制毛細現(xiàn)象演示儀讓學生直觀感受毛細現(xiàn)象及相關(guān)規(guī)律，并講解該現(xiàn)象產(chǎn)生的微觀機理，以此突出重點，突破難點。最后，本文通過結(jié)合生活中的實例，提高學生解決問題的能力，培養(yǎng)學生善于觀察、樂于學習的科學態(tài)度。

關(guān)鍵詞：浸潤；不浸潤；毛細現(xiàn)象

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）3-0032-3

1 概述

（1）本節(jié)課是人教版高中物理選修3-3第九章第2節(jié)的內(nèi)容[1]。

（2）教授課時為1課時。

（3）本節(jié)課主要探究毛細現(xiàn)象及其相關(guān)規(guī)律，是在學習了液體的基本性質(zhì)和液體的表面張力后對液體性質(zhì)的進一步探討，也是分子熱運動理論對毛細現(xiàn)象的微觀解釋的運用。

（4）毛細現(xiàn)象在生活中隨處可見，如磚塊吸水、毛巾吸水、粉筆吸墨水等。毛細現(xiàn)象有時會給生活帶來不便，如建筑房屋的時候，地基中的毛細現(xiàn)象使得室內(nèi)潮濕，因此，建房時在地基上面鋪油氈，就是為了防止毛細現(xiàn)象造成的潮濕。理解了毛細現(xiàn)象，就可以將此應用在生活中，給生活帶來便利并且防止因毛細現(xiàn)象帶來的危害。

2 教學目標分析

2.1 知識與技能

（1）知道什么是浸潤現(xiàn)象及不浸潤現(xiàn)象，會分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

（2）知道毛細現(xiàn)象的概念，并了解其微觀機理。

（3）能用浸潤和不浸潤的知識、毛細現(xiàn)象解釋有關(guān)簡單現(xiàn)象，知道毛細現(xiàn)象的應用和防止。

2.2 過程與方法

（1）經(jīng)歷固、液接觸面的探究，體會科學探究的方法。

（2）通過對毛細現(xiàn)象的微觀解釋，體會運用分子熱運動解釋宏觀熱現(xiàn)象的方法。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀

（1）通過小組實驗與演示實驗激發(fā)學生學習物理的興趣，培養(yǎng)學生分析問題的能力。

（2）聯(lián)系生活中的現(xiàn)象學習本節(jié)課的知識，培養(yǎng)學生善于觀察的習慣。

3 教學重難點

重點：浸潤和不浸潤現(xiàn)象的概念；毛細現(xiàn)象的概念。

難點：浸潤和不浸潤現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，毛細現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。

4 教學策略選擇與設計

教材側(cè)重于用表面張力的收縮作用解釋液面的上升或下降。雖然學生在本堂課前已經(jīng)學習了液體表面張力的相關(guān)知識，但直接運用液體表面張力的收縮作用解釋液體的上升或下降比較抽象，學生理解起來有困難。因此，本節(jié)從宏觀作用力的角度進行分析，一方面保證了知識點的完整性和科學性，另一方面，形象的受力圖像也有利于學生理解液體上升或下降的方向，體現(xiàn)出教學的靈活性和多樣性[2]。

5 教學設備

本節(jié)課使用的教學儀器及設備有：多媒體教學輔助課件，玻璃杯（兩個），紅色墨水，自制扁平玻璃管演示儀（如圖1所示），玻璃試管（一種是普通的試管，另一種是內(nèi)壁有蠟涂層的試管），玻璃片，手帕紙等。

自制扁平玻璃管演示儀介紹：為了放大浸潤毛細現(xiàn)象，演示儀把傳統(tǒng)的纖細柱狀的毛細管替換為扁平玻璃管。本儀器由水槽、支架、三支扁平玻璃管組成，每只扁平玻璃管均由兩片等大的條形玻璃片（15 cm×3 cm）粘合而成，其中A、B、C三只扁平玻璃管間的縫隙是不同的，分別用單層、雙層、三層雙面膠粘合玻璃片的兩條長邊，形成扁平玻璃管。

6 教學過程

6.1 新課教學一：浸潤和不浸潤

新課導入：播放幻燈片，讓學生觀察荷葉上的水滴的形狀，并讓學生思考為什么水滴會是這樣的形狀。

演示實驗：在蠟片和玻璃片上分別滴一滴水，并傾斜薄片，觀察液滴的狀態(tài)，學生會發(fā)現(xiàn)石蠟上的水滴不吸附在石蠟表面，而玻璃上的水滴吸附在玻璃表面，呈液體薄層。

結(jié)論：液體附著在固體表面的現(xiàn)象叫浸潤現(xiàn)象；液體不附著在固體表面的現(xiàn)象叫不浸潤現(xiàn)象。

（在教學中要提醒學生注意，對玻璃來說，水是浸潤的，而對蠟來說，水是不浸潤的。因此，同一種液體，對于一些固體來說是浸潤的，而對于另一些固體來說是不浸潤的。這也說明了浸潤和不浸潤液體不是絕對的。）

小組實驗：進行分組實驗，每個小組發(fā)兩支玻璃試管，一支是普通試管，另一支是用蠟蒸汽熏過內(nèi)壁的試管。教師引導學生分別觀察試管中裝上水后液面的情況，學生發(fā)現(xiàn)普通試管中液體的液面是凹液面，用蠟蒸汽熏過內(nèi)壁的試管的液面是凸液面。

微觀解釋：首先，液體與固體接觸的地方形成一個薄層，這個薄層就是附著層（如圖2中虛線與器壁相夾的薄層）。對于浸潤液體，固體分子對液體分子的引力要大于液體分子間的引力，因此附著層內(nèi)的液體分子要比液體內(nèi)部分子密集。因此，附著層中的液體分子間表現(xiàn)為斥力。在斥力的作用下，附著層沿著器壁擴展，因此液面就呈凹下的形狀[3]。

同樣，對于不浸潤液體，固體分子對液體分子的引力要小于液體分子間的引力，因此附著層內(nèi)的液體分子要比液體內(nèi)部分子稀疏。所以，附著層中的液體分子間表現(xiàn)為引力，在引力的作用下，附著層有收縮的趨勢，因此液面呈凸起的形狀。

想一想：如何解釋水滴在玻璃片和蠟片上的狀態(tài)呢？如何解釋荷葉上的水為什么不附著在荷葉表面，而是可以在荷葉上任意滾動呢？

解釋：液滴與玻璃片表面接觸的地方會形成附著層，附著層呈伸展的趨勢，在玻璃板上就表現(xiàn)為水滴附著在玻璃表面；同樣的原因，由于蠟和水的附著層呈收縮的趨勢，因此水滴不附著在石蠟上。以此類推，可以解釋荷葉上水滴的形狀。

6.2 新課教學二：毛細現(xiàn)象

演示實驗1：教師用自制毛細現(xiàn)象演示儀演示液面在扁平玻璃管中的變化情況，并讓學生結(jié)合浸潤和不浸潤的知識描述這個現(xiàn)象。

演示實驗2：教師播放視頻，科學工作者將玻璃管的一端浸入水銀中，發(fā)現(xiàn)管中水銀的液面是下降的。并向?qū)W生普及，水銀是有毒的，我們做實驗時要盡量避免直接接觸有毒物品。

結(jié)論1：浸潤液體在管中上升或不浸潤液體在管中下降的現(xiàn)象就是毛細現(xiàn)象。

解析：水槽里盛有有色液體，玻璃管的下端浸入水中。在玻璃管器壁與液體的接觸處會形成附著層，由于固體分子對液體分子的引力大于液體分子間的引力，所以附著層內(nèi)的液體分子比液體內(nèi)部的分子密集，液體分子間的作用表現(xiàn)為斥力，在斥力的作用下，液體就會上升，當斥力與重力平衡時，液柱就達到了最大高度。

對于不浸潤毛細現(xiàn)象產(chǎn)生的原因也是運用分子動理論來解釋。對于不浸潤液體，固體分子對液體分子的引力小于液體分子間的引力，附著層內(nèi)的分子比液體內(nèi)部分子稀疏，液體分子間的作用表現(xiàn)為引力，在引力的作用下，液體就會下降，當引力與液面差引起的壓力平衡時，液柱就達到了最大深度。

演示實驗3：教師將三個扁平玻璃管的底端浸入水槽中，可以看到三只玻璃管中有液體上升。

結(jié)論2：縫隙越小的，液柱上升得越高（如圖3所示）。

6.3 解決問題

引導學生根據(jù)毛細現(xiàn)象的規(guī)律分析生活中的現(xiàn)象。

①植物的根如何從土壤中吸收水分？

解析：植物的根部有很多的須，這些須就相當于一根根的毛細管，這些毛細管把土壤中的水分和養(yǎng)分輸送給植物的莖葉，這樣植物就可以從土壤中獲取水分了。

②為什么要經(jīng)常給土壤松土？

解析：土壤中也有很多的毛細管，水能順著土壤中的毛細管到達地面。為了保持土壤中的水分，需要松土，破壞土壤中的毛細管，減少到達地面上的水。

6.4 課堂小結(jié)

①知道浸潤現(xiàn)象和不浸潤現(xiàn)象，會解釋其產(chǎn)生的原因。

②了解毛細現(xiàn)象產(chǎn)生的微觀機理。

③能用毛細現(xiàn)象解釋有關(guān)現(xiàn)象，知道毛細現(xiàn)象的應用。

7 教學反思

針對學生在課堂上提出的問題進行反思，并通過學生的作業(yè)、練習情況來評估學生對本節(jié)課知識的掌握，及時調(diào)整教學策略。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書物理[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]董芳芳.由一張照片引發(fā)的爭論——淺談生活中的毛細現(xiàn)象[J].中學物理教學參考，2017，46（11）：57-59.

[3]郭子成，羅青枝，榮杰.潤濕現(xiàn)象和毛細現(xiàn)象的熱力學描述[J].大學物理，2000（6）：19-21.