Урок по теме "Плавание судов. Воздухоплавание". 7-й класс

Цели урока (планируемые результаты обучения):

Личностные:

• развитие у учащихся самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений приконструировании и изготовлении физических поделок

Метапредметные: развитие у учащихся умений:

• формулировать гипотезы и оценивать их верность с точки зрения информации, полученной в ходе исследования;
• проводить экспериментальные исследования и обобщать их результаты;
• на основании результатов экспериментов формулировать выводы
• развивать коммуникативные навыки при организации работы.

Предметные:

• продолжение формирования у учащихся представления об условии плавания тел, изучение устройства судов, воздушных шаров;
• совершенствование умения характеризовать поведение тел в жидкости и газе.

Материалы:

• учебник физики;
• компьютерная презентация «Плавание судов. Воздухоплавание»;

Оборудование:

• ареометр;
• сосуд с водой;
• картезианский водолаз;
• пластилин;
• презентация к уроку;
• компьютер, проектор.

Ход урока

I. Актуализация темы (постановка учебной проблемы).

Учащиеся отвечают на вопросы.

1. Что происходит с телами, погруженными в жидкость или газ?
2. Каково происхождение силы, выталкивающей тело из жидкости?
3. Как ее рассчитать?
4. Какие положения может занимать тело в жидкости?

Нам известно о действии жидкости и газа на погруженное в них тело. Мы изучали условия плавания  тел. Чему же будет посвящен сегодняшний урок, мы узнаем, отвечая на проблемный вопрос.

II. Изучение нового материала.

Проблемный вопрос: как заставить плавать кусок пластилина?

1. Плавание судов.

Может ли плавать тело, если плотность материала, из которого оно сделано, больше плотности жидкости?

Кусок пластилина опускаем в воду, он тонет. Как заставить его плавать? (учащиеся выполняют экспериментальное задание, делают вывод).
Вывод: лодочка вытесняет гораздо больший объем жидкости, и архимедова сила оказывается большей, чем архимедова сила, действующая на кусок пластилина.

В нашем случае лодочка – модель судна. В настоящее время строятся речные и морские, пассажирские и транспортные корабли из материалов, плотность которых значительно превышает плотность пресной и морской воды. Но везде выполняется основное условие: вес воды, вытесненной погруженной частью судна, равен весу судна с его грузом, пассажирами, топливом и другим оборудованием.  

Чтобы судно могло плавать устойчиво и безопасно, его корпус должен погружаться в воду лишь до определенной глубины.

Вспомним основные термины и их определения.

Осадка судна – глубина его погружения.

Ватерлиния – линия, отмечающая наибольшую допустимую осадку (отмечается на корпусе красной линией).

Когда судно погружается до ватерлинии, оно вытесняет такое количество воды, что ее вес соответствует весу судна со всем грузом и называется водоизмещением. Оно измеряется в единицах силы. Однако довольно часто под водоизмещением понимают не вес, а массу вытесненной воды и измеряют в тоннах.

Грузоподъемность – это вес судна, принятого на судно при погружении его до ватерлинии, у первого парохода, построенного американским изобретателем Фултоном, водоизмещение составляло всего 1,6 ·105 Н или 16 т. В настоящее время водоизмещение танкеров-гигантов составляет 6,4·109Н и больше, т.е. более 640000 т.

2. Сообщения учащихся.

2.1. Из истории плавания судов.

Вопрос:  - кто первым построил пароход? (американский изобретатель Фултон)

2.2. Подводная лодка.

Вопрос:  что нужно сделать, чтобы подводная лодка всплыла? Погрузилась в воду?

2.3.Российский морской флот.

2.4. Исследование морских глубин.

Вопрос: - как рыбы перемещаются в толще воды?

2.5.Из истории воздухоплавания.

3. Воздухоплавание

(Работа с учебником Стр. 126) Человек стремился создать средства для плавания не только в воде, но и в воздушном океане. Для этого он конструировал и строил летательные аппараты – воздушные шары, аэростаты, дирижабли.

Вопросы:

1. Из чего состоит воздушный шар? (оболочки, подвесной системы (строп), гондолы и балласта)
2. Чем воздушный шар отличается от дирижабля? (Воздушные шары перемещаются вместе с воздушными массами и поэтому неуправляемы. В отличие от них дирижабль является управляемым летательным аппаратом, поскольку у него имеются пропеллеры, приводимые во вращение двигателем. Недостатки дирижаблей – их небольшая маневренность и скорость полета. Важнейшее достоинство – большая грузоподъемность и дешевизна перевозок.)
3. Какими газами наполнены аэростаты? (Воздушные шары раньше наполняли теплым воздухом, сейчас наполняют газом – водородом или гелием, т.е. газами, плотность которых меньше плотности окружающего нас воздуха.)
4. Что такое подъемная сила? (Подъемная сила F_п = F_A – F_T)
   
   
5. Как регулировать подъемную силу? (Для регулировки подъемной силы, а, следовательно, подъема или спуска воздушного шара, воздухоплаватели используют различные приемы. Чтобы подняться выше, они выбрасывают часть груза – балласта из гондолы, а чтобы опуститься вниз, выпускают часть газа из оболочки или прекращают нагрев воздуха, находящегося в оболочке. Воздухоплаватели также должны учитывать, что по мере поднятия шара вверх,  архимедова сила, действующая на него, уменьшается, т.к. разреженный воздух верхних слоев атмосферы, вытесненный шаром, весит меньше, чем у поверхности Земли.)

 Сравним подъемную силу воздушных шаров, наполняемых разными газами.

Таблица

1 м³водорода весит при нормальном давлении всего 0,9 Н, гелия – 1,8 Н, тогда как  1 м³ воздуха весит 12,9 Н. Отсюда следует, что шар объемом 1 м³, наполненный водородом, способен поднять в воздух груз весом  12,9Н – 0,9Н =12 Н. Сюда входит и вес оболочки, из которой сделан шар, поэтому ее нужно сделать по возможности легче. Подъемная сила водорода больше подъемной силы гелия, но водород взрывоопасен, он горит, а гелий в 40-50 раз дороже водорода.

Демонстрация физических поделок учащихся (самодельный ареометр, картезианский водолаз).

III. Закрепление

Задача: Какая подъемная сила действует на шар-зонд на высоте 10 км, где плотность воздуха равна 0,41 кг/м³? Сила тяжести, действующая на шар равна 20Н. Объем шара 20м³. (82-20=62Н)

IV. Рефлексия. Подведение итогов.

• Что изучали на уроке?
• Что вас удивило?
• Что больше всего понравилось?
• Какое открытие вы сегодня сделали?

Выставление оценок. Благодарность учащимся за работу.

V. Домашнее задание. §51,52. Нарисуйте рекламный плакат на тему «Плавание судов» №657

Список литературы и источников.

1. Перышкин А.В. Физика. 7 кл.: Учеб. для общеобразоват.учеб.заведенй. – М.: Дрофа, 2010.
2. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 1. – М.: Триада-Литера, 1994.
3. Лукашик В.И. Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2009.
4. Открытая физика. 1.1. Полный интерактивный курс физики. ООО «Физикон».
5. http://class-fizika.narod.ru/

Из истории плавания судов

Первое средство передвижения людей по воде – обломки деревьев, потом появились плоты, челны – бревна с выдолбленным углублением, в котором помещался человек.

с созданием больших лодок начинается собственно судостроение. Первые деревянные суда появились в Египте во времена Древнего царства (примерно 3000 лет до н.э.). По форме они были похожи на апельсиновую корку с поднятыми концами. Конструкция таких судов была слишком хрупкая, поэтому весь корпус по длине обхватывался тросом. Такие суда имели каркас и обшивку, на них укреплялся четырехугольный, высокий, узкий парус.

Во времена Древней Греции появляются значительные различия между торговыми и военными судами. В это время строятся знаменитые греческие триеры и римские кинкеры.

В 8-11-х вв. в северных морях господствуют смелые и воинственные викинги. Ладья викингов не изменяла свою форму на протяжении многих веков.

Вплоть до 19 в. корабли были парусными. В начале 19 в. самые быстроходные парусники (3-х и 4-х мачтовые клиперы) перевозили чай из Китая и шерсть из Австралии в Европу и Америку со скоростью 30 км/ч. Рекорд скорости показало судно «Катти Сарк», оно шло со скоростью 39 км/ч. Этот рекорд не побит до сих пор ни одним из парусных судов.

В 19 в в судостроении происходят значительные изменения: дерево заменяется железом, парус– паровой машиной. Первый речной пароход «Клермонт» построен в США в 1807 г. по проекту Роберта Фултона, а первый морской появился в России в 1815 г. Судовой паровой котел топили дровами. В 1903 г. на Волге построили первое в мире дизельное судно – танкер «Вандал». В 20 в. появились корабли с двигателями, работающими от пара, созданного при участии ядерного реактора. Первое гражданское судно такого типа – атомный ледокол «Ленин». Он начал работать в Арктике в 1959 г. Сейчас судно – это сложное инженерное сооружение, способное передвигаться по воде (суда), под водой (подводные суда) и над водой (суда на подводных крыльях и на воздушной подушке).

Из истории воздухоплавания

Тысячи лет прошли с тех пор, как человек начал мечтать о полете. Об этом свидетельствуют сказки о ковре-самолете, о крылатом коне, о смельчаках, поднявшихся к небу на крыльях, склеенных воском. Но сила тяжести прочно привязывала человека к земле. Впервые ее удалось преодолеть с помощью теплого воздуха. Человек издавна наблюдал, как поднимается вверх дым. Вероятно, это наблюдение подтолкнуло его на мысль о полете вверх с помощью дыма. Первый воздушный шар был изготовлен во Франции в 1873 г. братьями Монгольфье. Шар наполнили теплым воздухом и назвали монгольфьером по имени его изобретателей. Оболочка была выполнена из прорезиненного шелка. Первыми воздухоплавателями были баран, петух и утка. После приземления шара, оказалось, что петух повредил крыло. Этого было достаточно, чтобы между учеными разгорелся спор о возможности жизни на больших высотах.

Монгольфьеры имели один недостаток: они быстро опускались, т.к. воздух в них остывал. Их использовали, главным образом, для развлекательных полетов. Для военных и научных целей использовали воздушные шары, наполненные водородом и гелием. Эксперимент с воздушным шаром, наполненным водородом впервые произвел французский профессор физики Шарль. Он же изобрел веревочную сеть,  охватывающую шар и передающую на него весовые нагрузки, изобрел клапан, воздушный якорь и первый применил песок в качестве балласта, сконструировал барометр. Поэтому создателем современного аэростата следует признать Шарля. Аэростатами сейчас называют аппараты легче воздуха.

Вести о полетах на воздушных шарах очень занимали наших соотечественников. Русские совершили много полетов и производили при этом научные наблюдения. Так в 1887 г. для наблюдения солнечного затмения на таком шаре совершил полет Д.И.Менделеев. Менделеев много сделал для развития воздухоплавания, однако он считал, что будущее принадлежит летательным аппаратам тяжелее воздуха.

В 30-е годы прошлого столетия было построено несколько аэростатов для исследования верхних слоев атмосферы – их назвали стратостатами. Гондола стратостата делалась герметичной, чтобы люди на большой высоте не страдали от недостатка кислорода. Стратостатами достигали высоты свыше 20 км. Первый в мире стратостат был создан швейцарским ученым Августом Пикаром. Недостаток стратостата – он летит туда, куда его гонит поток воздуха.

На смену неуправляемым аэростатам пришли управляемые аппараты-дирижабли. Во время первой и второй мировых войн в армиях многих стран использовались аэростаты, связанные с земной поверхностью прочным стальным тросом. Они играли роль подвижных наблюдательных пунктов, подвесок радиоантенн, воздушных заграждений, мешающих полету авиации противника.

Американские заводы выпускали учебные, учебно-патрульные и боевые дирижабли, оснащенные пушками и бомбами. Самые крупные из них имели объем 18400 м³. В 50-х годах прошлого столетия были спроектированы и построены  воздушные корабли объемом 43000 м³.
Наиболее известные дирижабли – «Норвегия» и «Италия», построенные итальянцем Умберто Нобиле, полет последнего к Северному полюсу закончился трагически. В годы первой мировой войны наибольшую известность имели так называемые цеппелины, создателем которых был граф Фердинанд фон Цеппелин.

Современные воздушные шары используются в рекламных целях, дирижабли – для аэрофотосъемок.