В узкой трубке вода поднимается сама. Достаточно ли этого объяснения, чтобы понять, как вода достигает листьев дерева?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Калькулятор, бумага, схема и готовые данные. Нужны радиус, пропорциональность, основные органы растения. Живые растения не разрезают. Длительное наблюдение заменено подготовленной учебной серией. Необязательная демонстрация: вода и бумажное полотенце без стеклянных капилляров. 8 класс сравнивает произведение r·h; 9 класс рассчитывает высоту по формуле и анализирует её ограничения.
| Минуты | Работа | Проверяемый продукт |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Вопрос и проверяемое предположение |
| 5–14 | Понятия и разобранный пример | Пояснение величин и метода |
| 14–25 | Практика 1 | Расчёт, схема или протокол по данным |
| 25–33 | Практика 2 | Решение на новых условиях |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, альтернатива и вывод |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и исправление |
Все тексты, рисунки и данные включены. Без регистрации: распечатайте ученическую часть PDF или используйте доску. Ответы показывайте после самостоятельной попытки. Минуты включают чтение, записи и переходы. В конце соберите индивидуальную работу. 0–1 балл: разобрать пример повторно; 2–3: уточнить пропущенное звено; 4: объяснить ограничение модели. Это критерии обратной связи, не обязательная школьная отметка.
01. Проблемная ситуация
0–5 минут · Вопрос и проверяемое предположение
В учебной записи вода в двух чистых смачиваемых капиллярах поднимается выше внешнего уровня: при радиусе 0,50 мм на 29 мм, при 1,00 мм на 14 мм. Ученик утверждает: «Чем шире сосуд дерева, тем выше поднимется вода».
1 минута — сопоставьте утверждение с числами; 2 — предложите правило; 2 — назовите отличие стеклянной трубки от живого растения. Не переносите вывод без проверки.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут · Понятия, расчёт и ограничения
Капиллярный подъём связан с поверхностным натяжением и смачиванием стенок. В равновесии вертикальная составляющая силы на линии контакта поддерживает вес поднятой жидкости. Для круглой трубки h=2σcosθ/(ρgr). При одинаковых жидкости, температуре и стенках h обратно пропорциональна радиусу r. Для несмачивающей жидкости направление изменения уровня может быть иным.
Разобранный пример: σ=0,072 Н/м, ρ=1000 кг/м³, g=10 м/с², cosθ=1, r=0,50 мм=0,00050 м. h=0,144/5=0,0288 м=28,8 мм. Удвоение радиуса даёт 14,4 мм. Это равновесная модель чистой трубки, не универсальное значение для всякого материала.
В растении вода входит в корень, перемещается по ксилеме и испаряется через лист. Испарение создаёт натяжение водного столба; когезия молекул воды и взаимодействие со стенками помогают сохранять его непрерывность. Корневое давление также может вносить вклад. Одной статической капиллярной высотой нельзя объяснить весь поток и высоту дерева.
На 9 минут: 3 — силы на мениске, 3 — перевод единиц и пример, 2 — схема растения, 1 — предел аналогии. Окрашенная вода в срезанном стебле показывает путь транспорта, но сама по себе не устанавливает все движущие механизмы.
03. Практика 1: данные и доказательство
14–25 минут · Первая серия
Подготовленные учебные данные равновесного уровня для одинаковых условий; радиус измерен независимо. Разброс — часть имитации измерений.
| r, мм | h, мм | Найти r·h |
|---|---|---|
| 0,25 | 58 | |
| 0,50 | 29 | |
| 1,00 | 14 |
2 минуты — подпишите величины; 4 — рассчитайте произведения и ожидаемые высоты для r=0,75 мм; 3 — сравните модель с данными; 2 — укажите контрольные условия. 8 класс использует среднее r·h; 9 класс формулу с данными примера. Продукт: таблица и прогноз с единицей. Критерии: радиус не перепутан с диаметром, разброс не скрыт.
Разбор практики 1 и критерии
Произведения 14,5; 14,5; 14,0 мм², примерно постоянны. Среднее 14,33 мм² даёт h≈19,1 мм при r=0,75 мм. Теоретическая константа 14,4 мм² даёт 19,2 мм. Согласие приближённое. Контролировать нужно жидкость, температуру, смачивание и достижение равновесия.
04. Практика 2: перенос на новые условия
25–33 минуты · Самостоятельный перенос
Вторая учебная серия длится 60 минут и уже подготовлена. У одинаковых веточек срезы стоят в воде. Масса закрытой ёмкости с веточкой уменьшилась на 2,4 г при открытых листьях и на 0,6 г, когда листья помещены в прозрачный пакет. Пустая такая же закрытая ёмкость потеряла 0,1 г. Свет и температура одинаковы.
1 минута — определите сравнение; 3 — найдите потери после вычитания контроля; 2 — объясните роль пакета; 2 — отделите наблюдение от вывода. 8 класс строит столбчатую схему; 9 класс указывает, почему пакет меняет несколько условий. Продукт: вывод из трёх предложений. На уроке ничего не нужно ждать 60 минут.
Ответ и объяснение практики 2
Скорректированные потери 2,3 и 0,5 г. Серия согласуется с влиянием условий у листьев на потери воды; пакет повышает влажность, но может менять и температуру. Масса не доказывает, что капиллярность отсутствует или что измерена скорость движения именно по одному сосуду. Нужны повторы и контроль микроклимата.
05. Обсуждение: аргумент и альтернатива
33–40 минут · Аргумент и обоснованный вывод
2 минуты: сравните тезисы «ксилема — просто трубка» и «трубка полезна как частичная модель». 3 минуты: используйте капиллярную серию и опыт с листьями как два разных аргумента. 2 минуты: сформулируйте, что модель объясняет, а что оставляет за пределами.
Опора для обсуждения
Модель объясняет роль радиуса и смачивания при равновесном уровне. Опыт с листьями указывает на роль потерь воды и внешних условий. В растении есть протяжённая система тканей, транспирация и водные потенциалы. Аналогия помогает задать вопрос, но не заменяет физиологическое объяснение.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут · Собственное решение
При неизменных условиях в трубке радиусом 0,30 мм высота 48 мм. Предскажите высоту при r=0,60 мм и объясните, почему это не прогноз высоты растения. Назовите один механизм транспорта воды в растении. 3 минуты — ответ, 2 — сверка.
Ключ и критерии индивидуальной работы
24 мм: радиус удвоен, высота уменьшилась вдвое. По 1 баллу за число, обратную зависимость, ограничение статической трубки, упоминание транспирационного натяжения с непрерывностью водного столба либо обоснованный вклад корневого давления.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие ученика → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Капиллярные явления в природе | Сопоставляет радиус и высоту | Проверяет обратную зависимость |
| Поглощение и передвижение воды в стебле | Сравнивает условия у листьев | Объясняет предел физической аналогии |
Опора — раздел «Объединяем науки» опубликованной программы на 64 часа. Это самостоятельный урок на 45 минут. Учебные данные, подробный сценарий и распределение времени — методическая разработка. Анализ подготовленных серий и бумажных моделей не выдаётся за проведение опыта на занятии.
Источники и права на изображения
Источники проверены 15.10.2026. Все числовые наборы — учебные модели, не результаты проведённых авторами опытов. Оригинальные схемы и графики подготовлены порталом «Школы России» для этого урока. Они не являются фотографиями. Ответы и примечания учителю в PDF выделены отдельно.