Цели урока:
Дидактическая цель:
закрепить знания учащихся по давлению
жидкостей на дно и стенки сосуда и проверить
умение применять их при решении задач.
Воспитательная цель:
на примере обобщения материала по теме:
«Давление жидкостей на дно и стенки сосуда,
сообщающиеся сосуды», показать учащимся приемы и
методы самоконтроля, которыми они должны
владеть, чтобы хорошо усваивать программный
материал по физике.
Основные знания и умения
1. Знать и уметь раскрывать физический смысл
закона Паскаля и закона сообщающихся сосудов с
точки зрения строения вещества.
2. Уметь применять эти законы при решении задач.
Мотивация познавательной деятельности учащихся
Перед повторением материала следует сообщить учащимся, что знания материала данного занятия необходимы для усвоения закона Паскаля и закона сообщающихся сосудов, которые будут применяться на последующих занятиях, а поэтому требуется хорошо осмыслить данные законы и их применение.
План занятия
I. Проверка знаний, умений и навыков учащихся.
К доске вызываются учащиеся, которые должны решить следующие задачи:
1. Манометр, установленный на подводной лодке,
показывает давление воды 2500 КПА. Какова глубина
погружения лодки? С какой силой давит вода на
крышку люка площадью 0,45 м2? Ответ: 250 м; 1125 кн.
2. Какая жидкость налита в цилиндрический сосуд,
если она производит давление 2840 Па, а высота ее
столба 40 см? Ответ: бензин
3. Манометр, установленный на высоте 1,2 м от дна
резервуара с нефтью показывает давление 2 н/см2.
Какова высота нефти в резервуаре? Ответ: 3,7 м.
В то время, когда ребята решают задачи у доски, с остальными учащимися проводится фронтальный опрос по пройденной теме.
1. Что называется давлением газа?
2. От чего зависит давление газа?
3. Как читается закон Паскаля?
4. В каких единицах измеряется давление?
5. Какие опыты доказывают, что внутри жидкости
существует давление?
6. Назовите формулу для расчета давления на дно и
стенки сосуда.
7. Что называется сообщающимися сосудами?
8. Приведите примеры сообщающихся сосудов?
9. Заслушиваются сообщения учащихся (Газета
«Физика» № 2, 8-15 января 2004 г.)
• Первые водопроводы. Первые простейшие водопроводы были сооружены несколько тысяч лет назад. В Древнем Египте подземная вода из глубоких колодцев поднималась водоподъемниками и по керамическим или деревянным трубам подавалась потребителям. В Древнем Риме система была более сложная - с акведуками (мостовыми сооружениями). В Вильнюсе строительство водопровода было начато в 1501 г., в Париже в конце XVIII в. был сооружен первый водопровод с деревянными трубами, в Англии - в XVIII в., в Москве - в 1804 г.
• Чего не знали древние! Древнеримские инженеры имели весьма смутное представление о законах сообщающихся сосудов. Трубы они прокладывали сверху, а не под землей, т.к. считали, что, следуя уклонам почвы, вода на некоторых участках будет течь вверх. Трубы устанавливались под одним уклоном, обходя все возвышенности.
10. Как располагается поверхность однородной жидкости, разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах? Доказать формулу:
11. Какое явление используется в работе шлюзов?
Принцип действия шлюзов.
12. Заслушиваются сообщения учащихся из «Книги
рекордов Гиннеса» (Газета «Физика» № 2 8-15 января
2004 г.)
Шлюзы
Самый большой шлюз - в Бельгии, в г. Зеебрюгге. Его объем 655 300 м3, размеры 500 х 57 х 23 м. Шлюз Берендрехт в Антверпене такой же длины, но шириной 68 м, глубиной 13,5 м и объемом 459 000 м3.
- Самый глубокий шлюз - Карапатело - в
Португалии, на реке Дару. Он способен принимать
суда с осадкой 35 м.
- Самый большой перепад уровней (~ 68,58 м) - в
шлюзовой камере на канале Шарлеруа в г. Брюгге
(Бельгия). Два 236-колесных кессона
грузоподъемностью 1350 т каждый, по наклонной
плоскости перемещают судно на 1432 м в течение 22
мин.
- Во время проверки решенных задач на доске,
классу дается задание на определение глубины
воды с использованием художественной
литературы.
Начало XIII века. Татаро-монгольское иго. Нашествие татар на Русь.
Ю.П. Кузнецов. Стальной Егорий.
Сквозь пустые тростинки дыша,
Притаились в реке наши деды.
Хан велел наломать камыша
На неровное ложе победы
И осталась тростинка одна.
Сквозь одну по цепочки дышали.
Не до всех доходила она.
По неполному кругу печали.
Избыточное давление, при котором человек может безопасно дышать, обычно не превышает 0,3 * 105 Па. Исходя из этого, определите максимальную глубину, на которой человек может дышать через трубку. Какая сила давит на человека, если площадь тела человека примерно 1,5 м2.
Ответ: = 3 м; 45000 н (эту силу перевели в кг, а затем в тонны: = 4,5 т, что очень впечатляет учащихся).
II. Решение задач:
Пусть в сосуде находится жидкость плотность р. Требуется найти разность давлений между двумя точками А и В, находящимися на одной вертикали, если расстояние между этими точками равно h.
Мысленно выделим в жидкости тонкий вертикальный цилиндр, такой, что ось цилиндра проходит через точки А и В, и пусть точка А лежит на нижнем основании, а точка В - на верхнем основании цилиндра. Пусть площадь основания цилиндра равна S.
Рассмотрим все силы, действующие на наш
воображаемый цилиндр в вертикальном
направлении. На верхнее основание со стороны
жидкости действует сила давления FB = pВS,
а на нижнее основание - сила давления FA = pAS.
Кроме того, на цилиндр действует еще одна сила -
сила тяжести цилиндра 
вверх. Так как вся жидкость, а
значит, и наш цилиндр неподвижны, то
равнодействующая сил, действующих на цилиндр в
вертикальном направлении, равна нулю.
Следовательно, сумма величин сил, направленных
вниз, FB + mg равна величине силы, направленной
вверх FA:
FA = FB + mg. (1)
Масса цилиндра равна: m = pV, где V - объем цилиндра,
а объем цилиндра, V = Sh. Отсюда: m = pSh. Подставляя
значения FA, FB и m в равенство (1), получим:
РAS = РBS +pShg.
Вынесем в правой части S за скобки:
pAS = S (рB +phg)
и разделим обе части последнего равенства на S,
получим:
РА = pB + phg
отсюда:
РА - РB = phg
Задача решена. Заметим, что если точку В взять на поверхности жидкости, то давление жидкости в этой точке будет равно нулю: рB = 0, а величина рА будет равна величине давления жидкости на глубине h:
Р = pgh.
Формула позволяет рассчитывать гидростатическое давление в жидкости на глубине h. Заметим, что это давление зависит только от плотности жидкости р, напряженности гравитационного поля g и глубины h. От формы сосуда, в который налита жидкость, гидростатическое давление никак не зависит.
2. Определите давление жидкости на дно сосуда, показанного на рисунке. Плотность жидкости равна р. Все размеры указаны на рисунке.
Решение
Проведем вертикальные отрезки АВ и CD и горизонтальный отрезок СВ. Наша задача - найти давление на дне, то есть в точке D. Сначала найдем давление в точке D:
РB = pgb
Так как точки С и Б находятся на одной горизонтали, то давления в этих точках равны:
РB= РC = pgb.
Теперь рассмотрим вертикальный отрезок CD.
PD - Рс = pgc
Отсюда
pD = pgc + рC.
Подставим в последнюю формулу значение рC,
получим:
pD=pgc + pgb = pg(b+c)
Следовательно, в качестве глубины h
действительно надо брать величину:
h = c+b.
Индивидуальные задания (задания по рядам класса)
1. Задание на перевод единиц.
Переведите единицы давления и запишите в пустые кружки ответы.
2. Экспериментальное задание
Определите давление на дно стакана. Для этого измерьте высоту столба жидкости линейкой. Переведите сантиметры в метры.
3. Оставшиеся учащиеся решают задачи, предложенные учителем
1. В цилиндрический сосуд налиты ртуть, вода и керосин. Определите общее давление, которое оказывают жидкости на дно сосуда, если объемы всех жидкостей равны, а верхний уровень керосина находится на высоте
2. Прямоугольный сосуд вместимостью 2 л наполовину наполнен водой, а наполовину керосином, а) Каково давление жидкостей на дно сосуда?
б) Чему равен вес жидкостей в сосуде? Дно сосуда имеет форму квадрата со стороной 10 см.
III. Проверка заданий и подведение итогов
урока. Учащимся выставляются оценки за
работу на уроке.
IV. Домашнее задание.§ 36-40 задачи № 519, 522, 523
(сборник задач В.И. Лукашик, Е.В. Иванова).
Литература
1. Газета «Физика» № 2 8-15 января 2004 г. стр. 10-11.
2. Е.Н. Филатов. Физика-7. Экспериментальный
учебник, часть 2. Давление. Работа. Энергия. М.:
ВШМФ Авангард 2000 г.
3. С.А. Тихомирова. Дидактический материал по
физике 7-11. М.: «Просвещение» 1996 г.
4. А.В. Перышкин Физика - 7 Издательский дом
«Дрофа». 1999 г.
5. В.И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по
физике 7-9. М.: «Просвещение» 2002 г.