Давление твердых тел, жидкостей и газов

Методический анализ темы «Давление твердых тел, жидкостей и газов» (25

часов)

Узловые вопросы темы: 1. Давление твердого тела на твердое тело. 2. Давление извне на газ или жидкость. 3. Весовое давление (жидкость, атмосферное давление) 4. Тело в весомой жидкости, газе

Знания и умения, формируемые в теме:

Знания: Физические величины: давление, давление жидкости, выталкивающая сила, нормальное атмосферное давление. Закон Паскаля. Физические явления: давление газа, атмосферное давление, плавание тел. Приборы и установки: сообщающиеся сосуды, гидравли- ческие машины, барометр-анероид, манометр, жидкостный насос. Умения: применять знания о строении жидкостей и газов для объяснения закона Паскаля; применять знания об архимедовой силе на практике; объяснять устройство и уметь пользоваться барометром; рисовать схему и объяснять действие гидравлической машины, сообщающихся сосудов; решать задачи на применение закона Паскаля, расчет архимедовой силы, давления, поведения тел в жидкости.

Связь между темами, структура раздела

1. Основные элементы понятия давления

Род – скалярная физическая величина Вид – характеризует действие силы на поверхность Словесное определение Определительная формула: Существенные признаки: зависит от силы, направленной перпендикулярно на поверхность, от ее площади (эксперимент, житейский опыт) Единицы измерения Применение на практике Решение задач

Углубление представлений о молекулярном строении газов; Формирование

первоначальных представлений о статистическом характере давления; Опытное изучение зависимости давления газа от температуре при постоянном объеме и массе газа, объяснение на основе молекулярных представлений

Методические рекомендации к изучению темы «Давление газа»

Опытное изучение зависимости давления газа от объема при постоянной

температуре и массе газа;

а) Объяснение с молекулярной точки зрения; б) постановка опыта

Способы создания давления на жидкость и газ

А) весовое давление; б) давление извне на поверхность неподвижной жидкости: в) давление извне на движущуюся жидкость (гидродинамика)

2. а)Объяснение передачи давления жидкостью или газом с молекулярной

точки зрения

Молекулы жидкости, так же как и молекулы газа перемещаются внутри жидкости, изменяя свое положение. Они подвижны, поэтому расположены равномерно по всему объему. При действии силы на поршень, в начальный момент концентрация молекул около поршня больше, чем в других местах. Вследствие подвижности молекул очень быстро их распределение выравнивается. Концентрация увеличилась во всем объеме, значит, давление одинаково возросло во все объеме.

2б)

Закон Паскаля: давление, оказываемое на жидкость или газ передается по всем направлениям одинаково

Блез Паскаль (1623-1662)-великий французский философ, математик, физик. Сформулировал закон передачи давления газами и жидкостями, вывел формулу давления жидкостей, вывел принципы действия гидравлических машин.

Опыты, объясняемые законом Паскаля

Сравнение передачи давления жидкостью и твердым телом

Жидкости передают давление по всем направлениям одинаково, твердые тела передают давление в направлении действующей силы.

3. К изучению темы «давление в жидкости и газе» (весовое давление)

Вывод формулы и опыты по гидростатическому давлению

Гидростатический парадокс Паскаля

Демонстрация гидростатического давления

Прижатая к дну пластинка отпадает, когда высота жидкости в трубке сравнивается с высотой уровня воды в сосуде

Опыт Торричелли для давления жидкости

Тема «сообщающиеся сосуды»

Решаемые вопросы: а) Почему жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне? б) Всегда ли это происходит?

Закон сообщающихся сосудов: В сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне

Сосуды соединенные между собой в нижней части и открытые в верхней называются сообщающимися сосудами. Пусть в правой части высота уровня жидкости относительно выбранной линии больше в левой, значит давление Р2 > Р1; Жидкость переливается влево до тех пор, пока не сравняются уровни, а значит и давления.

Всегда ли выполняется закон

Вывод формулы связи плотности жидкостей с высотой столба

H2

H1

При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше столба жидкости с меньшей плотностью

Случаи нарушения закона сообщающихся сосудов

А) при движении жидкости; б) в случае, когда одно колено является капиллярной трубкой; в) при движении сообщающихся сосудов с ускорением; г) при разнородных жидкостях; д) при разных давлениях над поверхностями жидкостей.

Установки (манометры, поршневые жидкостные насосы, гидравлический

пресс), объясняемые законом Паскаля и давлением жидкости:

Содержание темы «Атмосферное давление»

§

40. Вес воздуха. Атмосферное давление. 41. Почему существует воздушная оболочка Земли. 42. Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли 43. Барометр-анероид 44. Атмосферное давление на различных высотах

§

§

§

§

Эванджелиста Торричелли (1608-1647), знаменитый итальянский физик, ученик Галилея, открыл атмосферное давление.

Опытное доказательство веса воздуха (опыт Галилея)

а) шар уравновешивается на рычажных весах. б) воздух откачивается из колбы и крепко закрывается пробкой; в) колба снова укрепляется к чашке весов. Равновесие чашек нарушено. Разница в массе случая а) и случая в) дает массу воздуха в шаре.

Объяснение атмосферы с молекулярной точки зрения

Признак атмосферного давления – прижимающая поверхность сила, условие – вес воздуха, причина – притяжение молекул воздуха к Земле и их тепловое, беспорядочное движение

3. Опыт Торричелли. Расчет атмосферного давления

Опыт Герике (бурмистр города Магдебурга) по доказательству

существования атмосферного давления (старинная гравюра)

Учебный транспарант по изучению опыта Торричелли Барометры Изменение

давления с высотой

Эксперименты и устройства, доказывающие атмосферное давление

Эксперименты и установки(манометры, поршневые жидкостные насосы, гидравлический пресс): а) Вода поднимается за поршнем; б) Действие насосов объясняется атмосферным давлением. в) Атмосферное давление не дает воде пролиться из стакана.

А)

В)

Г)

г) Магдебургские шары, с помощью которых в XVII веке подтвердили существование атмосферного давления

Б)

4. Тело в весомой жидкости или газе (10 уроков)

Содержание темы: §48. Действие жидкости и газа на погруженные в них тела. §49. Архимедова сила. §50. Плавание тел. §51. Плавание судов. §52. Воздухоплавание. Лабораторная работа «Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело». Лабораторная работа «Выяснение условий плавания тела в жидкости». Решение задач. Контрольная работа

Методика изучения закона Архимеда и следствий из него

Древнегреческий мыслитель, механик, астроном, военный инженер, физик. Основоположник статики как раздела механики, сформулировал основные положения гидростатики, условия плавания тел, существование выталкивающей силы в весомой жидкости.

Архимед (287 – 212 г.до н.э.)

Дедуктивное изучение темы: самостоятельный расчет выталкивающей силы

Рассчитать, на сколько больше давит жидкость на нижнюю грань бруска, чем на верхнюю? Жидкость – … (задать) Объем бруска - … (задать) Площадь сечения бруска - … (задать) Глубина погружения верхней части – … (задать) Давление на верхнюю грань - … (рассчитать) Давление на нижнюю грань – … (рассчитать) Сила давления на верхнюю грань, F1 – … (рассчитать) Сила давления на нижнюю грань, F2 – … (рассчитать) F2 – F1 = … (рассчитать, сделать вывод)

Вывод формулы выталкивающей силы

h1

h2

F2 > F1 FA = F2 - F1

FA =

FA = pж

Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме этого тела

Последовательность постановки опыта с ведерком Архимеда

а) Определить вес тела в воздухе. Отметить показание динамометра. б) Определить вес тела в воде. Отметить показание динамометра. Вывод: на тело действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. в) Налить в полый цилиндр воду, объемом равным объему сплошного цилиндра. г) Наблюдать за растяжением пружины и отметить его. Вывод: выталкивающая сила равна весу вытесненной воды.

Демонстрации по варьированию существенными и несущественными

признаками Архимедовой силы

Б)

а) уравновесить на рычаге два тела одинаковой массы и объема; б) изменять глубину погружения в жидкость груза 2; в) опустить груз 2 в другую жидкость; г) заменить груз 2 на груз большего объема, но такой же массы; д) заменить груз 2 на груз такого же объема, но другой массы. По каждому опыту сделать вывод.

Углубление понятия «сила Архимеда»: выталкивающая сила в газах,

воздухоплавание, подъемная сила

Современные аэростаты и дирижабль

Подъемная сила – сила тяжести груза, который может поднять аэростат:

Демонстрация выталкивающей силы в воздухе

Методические рекомендации по изучению плавания тел (сравнение сил,

сравнение плотностей)

Тонет в равновесии всплывает

v

v

А) при тело тонет; б) при тело находится в жидкости в равновесии; в) при тело всплывает.

Средняя плотность аэростатов уменьшается за счет нагревания воздуха

внутри него

Плотность льда 900 кг/м3 – плавает, погрузившись на 9/10 объема в воду

Ареометр

Картезианский водолаз

Учебный транспарант по плаванию тел

Конец лекции

Не будешь готовиться к семинарским занятиям, будешь мыть сапоги и каску в Индийском океане! Однозначно!!!