Урок № 44 Тиск рідин і газів. Закон Паскаля

Тема уроку: Тиск рідин і газів. Закон Паскаля

Мета уроку: сформувати знання про тиск рідин і газів з точки зору молекулярно-кінетичної теорії; з'ясувати суть закону Паскаля; формувати вміння самостійно працювати з підручником; розвивати критичне мислення учнів, їхню уяву та пізнаваль­ний інтерес, сформувати знання про існування гідро­статичного тиску; формувати практичні уміння за­стосовувати теоретичні знання для розв'язування експериментальних завдань; розвивати вміння працювати в групах, творчі здібності та фантазію учнів.

Базові фізичні поняття: тиск, закон Паскаля, тиск на дно, тиск на стінки посудини, сила тиску

Демонстрації: Тиск газів. Тиск рідин Куля Паскаля з водою й димом.

Обладнання: Куля Паскаля 

Тип уроку: засвоєння нових знань.

З-поміж непізнаваного наші

знання займають не більше місця,

ніж ми самі в усій природі.

Блез Паскаль

Хід уроку :

      I.      Організаційний момент

Приходить першокласник додому після першо­го навчального дня. Мама питає:

— Синочок, як тобі вчителька?

— Дивно, вона сама нічого не знає, про все-все у нас запитує!

Перевірити виконання  домашньої задачі та проаналізувати результати

   II.      Актуалізація опорних знань

Інтерактивна вправа «Пінг-понг»

Один з учнів виходить до дошки, кидає м'ячик будь-якому з учнів класу й одночасно ставить йому запитання. Звучить відповідь – і м'яч повертається до першого учня. Учитель оцінює якість та оригінальність запитань і правильність відповідей.

Учитель розпочинає речення, а учні продовжу­ють його:

•    Тиск – це...

•    Сила тиску – це...

•    Одиницею вимірювання тиску є...

•    Один паскаль – це такий тиск, який ство­рює...

•    Людина, що стоїть на підлозі, може дуже швидко подвоїти тиск на підлогу, якщо...

•    Факір-початківець  склав для  себе такий план підготовки до лежання на цвяхах: спочатку звикнути лежати на 200 цвяхах, потім на 300 і т. д., поступово збільшуючи кількість цвяхів до 2000. Недолік плану в тому, що...

•    Лосі досить легко можуть переміщуватися болотом, тому що...

3. Заповнення таблиці «Зміна тиску».

Учні креслять у зошитах і заповнюють таблицю:

Коли тиск потрібно зменшити	Коли тиск потрібно збільшити

   

Учитель зачитує випадки, а учні самостійно за­писують їх у відповідну колонку таблиці.

•    Різальні інструменти (ножі, ножиці, різці).

•    Шини та гусениці машин, призначені для руху по м'якому грунту.

•    Нижня частина фундаменту.

•    Лопати, металообробні інструменти.

•    Різальні та колючі пристосування в живій природі: зуби, пазурі, дзьоби, жала, ікла, шипи тощо.

•    Лижі для руху по пухкому снігу.

Учитель зачитує випадки, записані у колонці 1,

а учні перевіряють, чи правильно вони виконали завдання.

III.      Мотивація навчальної діяльності

Якщо вистрелити з рушниці у варене яйце, то куля проб'є в яйці отвір наскрізь, інша частина яйця залишиться цілою. Але якщо вистрелити в сире яйце, то воно розлетиться вщент. Таке явище спостерігається і під час стрільби в банку, спочатку пусту, а потім наповнену водою. Банка, наповнена водою, при потраплянні кулі розлітається на ма­ленькі шматочки. Чому так буває? Хто може пояснити? А пояснити нам допоможе закон Паскаля, який ми сьогодні будемо вивчати. Оголошення теми уроку.

Демонстрація досліду

У стінках прозорої пластмасової пляшки на різ­ній висоті зробіть цвяхом отвори, такі, що можна закрити за допомогою сірника. Закрийте сірниками ці отвори. В пляшку наберіть води і поставте її в широку посудину. Вийміть сірники і спостерігайте за траєкторією виливання води з різних отворів. Як пояснити побачене?

IV.      Вивчення нового матеріалу

На початку уроку учням необхідно нагадати, що тиск газу на стінки посудини обумовлено ударами молекул і залежить від їх числа (густини газу) і швидкості руху (температури).

Переконатися в цьому можна на такому досліді: будемо сипати на аркуш тонкого картону рівномірним потоком пісок. Ми побачимо, що аркуш картону при цьому деформується — точно так само, як якби на нього діяла постійна сила, хоча насправді деформація картону обумовлена окремими ударами піщин.

Тиск газу в замкнутій посудині всюди однаковий. Пояснюють це хаотичністю руху молекул, що обумовлює однакову густину газу в повному обсязі й однакову в середньому загальну силу їхніх ударів на одиницю площі. Проілюструвати вищесказане можна за допомогою такого досліду: під ковпак повітряного насоса поміщають гумову кульку, частково заповнену повітрям, і відкачують насосом повітря з-під ковпака, у результаті чого кулька збільшується в об’ємі.

Накачуючи або відкачуючи газ, що перебуває в посудині, ми збільшуємо масу газу або, навпаки, зменшуємо її. При цьому змінюється густина газу — збільшується або зменшується. Одночасно із густиною змінюється й тиск газу.

Однак змінити тиск газу можна й в інший спосіб — змінюючи температуру. Наллємо в казан трохи води, що при ввімкненні пальника повністю перетворюється на пару. На казані є манометр, за яким можна визначити, що при збільшенні температури тиск пари зростає.

Із наведених міркувань можна зробити такий висновок для тиску газу постійної маси:

·        при постійній температурі газу його тиск збільшується при зменшенні об’єму й зменшується при збільшенні об’єму; при постійному об’ємі газу його тиск збільшується при збільшенні температури й зменшується при зниженні температури.

2. Досліджуємо тиск рідин

Рідина завжди набуває форми посудини, у якій перебуває, зберігаючи свій об’єм. Візьмемо посудину, у дні й стінках якої є однакові отвори, закриті гумовими плівками, і наллємо в цю посудину воду.

Ми побачимо, що всі плівки вигнулися назовні.

Виходить, налита в посудину рідина тисне не тільки на дно посудини, але й на її стінки.

Рідина перебуває під дією сили ваги, й на нижні шари діє вага верхніх її шарів. Чим глибше розміщений шар рідини, тим більшим виявляється тиск, зумовлений дією ваги вище розташованих шарів рідини. Найбільший тиск буде біля дна посудини.

Таким чином, сили тиску в рідинах — це сили пружності, що виникають у результаті деформації шарів, які розташовані нижче, шарами, що перебувають над ними.

·        Тиск, здійснюваний рідиною, що перебуває в стані спокою, називають гідростатичним.

Тиск рідини на дно посудини , де P — вага рідини, S — площа дна посудини.

Вага рідини , де m — маса рідини, що виражається через її густину ρ й об’єм V формулою . Об’єм рідини можна виразити через площу дна S й висоту стовпа рідини h формулою . Звідси випливає, що

.

Таким чином,

·        гідростатичний тиск на будь-якій глибині усередині рідини залежить тільки від густини рідини, прискорення вільного падіння й глибини, на якій визначається тиск.

.

Формула  стосується тільки тиску, створюваного самою рідиною, і не враховує тиски атмосфери на поверхню рідини.

За цією формулою можна розрахувати тиск рідини, налитої в посудину будь-якої форми.

Закон Паскаля

За вказівкою Паскаля міцну дубову бочку до країв наповнили водою й наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір у кришці вставили кінець вертикальної скляної трубки такої довжини, що кінець її опинився на рівні другого поверху. Вийшовши на балкон, Паскаль взявся наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити й десятка склянок, як раптом, на диво усіх, хто обступив бочку, бочка із тріском лопнула. Її розірвала незрозуміла сила. Паскаль переконується: так, сила, що розірвала бочку, зовсім не залежить від кількості води в трубці. Вся справа у висоті, до якої трубка була заповнена.

У цьому досліді проявляється дивна властивість води — передавати тиск, що здійснюється на її поверхні (у бочці) по всьому об’єму, кожній точці стінки або дна бочки.

Так Паскаль приходить до відкриття закону, що одержав його ім’я.

Виконаємо дослід за допомогою приладу Паскаля.

Цей дослід показує, що тиск, що здійснюється поршнем на рідину, передається в усі точки рідини. Це ж справедливо й для газу. Таким чином, ми дійдемо висновку, що

·        тиск, здійснюваний зовнішніми силами на рідину або газ, передається без зміни в кожну точку рідини або газу.

Це твердження називають законом Паскаля.

Властивістю рідини передавати в усі сторони здійснюваний на неї тиск пояснюється явище, відоме у фізиці під назвою «гідростатичний парадокс».

Візьмемо три посудини різної форми, але з однаковою площею дна, і наллємо в них води до однакового рівня.

Результати досліду можна пояснити, користуючись законом Паскаля:

·        сила, з якою рідина тисне на дно посудини, не залежить від форми посудини, якщо посудини мають однакову площу дна й однакову висоту стовпа рідини.

Пояснюється гідростатичний парадокс тим, що оскільки гідростатичний тиск р завжди нормальний до стінок посудини, силатиску на похилі стінки має вертикальну складову p1, що компенсує вагу зайвого, порівняно з циліндром 1, об’єму рідини в посудині 3 і вагу відсутнього, порівняно з циліндром 1, об’єму рідинив посудині 2.

Робота в групах

Учні класу розподіляються на 4 групи.

Завдання для групи 1

Є склянка з водою і масштабна лінійка. Визначити тиск води на дно цієї склянки.

Завдання для групи 2

У мензурку з водою опустіть невелике дерев'яне тіло. Визначити зміну тиску на дно склянки.

Завдання для групи 3

Користуючись масштабною лінійкою, визначи­ти, як зміниться тиск на дно посудини, якщо у воду повністю занурити (не торкаючись дна) залізний вантаж відомої маси.

Завдання для групи 4

Користуючись масштабною лінійкою, визна­чити, як зміниться тиск на дно посудини, якщо опустити вантаж відомої маси на дно.

   V.      Узагальнення знань

1. Прослухати повідомлення з теми: «Життя та творчість Блеза Паскаля»

2. Вправа «Опитування по ланцюжку»

Учитель на дошці записує запитання, а учні по черзі відповідають. Причому учень, що дав відпо­відь, передає хід своєму однокласнику.

Запитання:

1.   Автомашину  навантажили.  Чи  зміниться тиск у камерах коліс автомашини? Чи однаковий він у верхній і нижній частинах камери?

2. Як читається закон Паскаля?

3. Як передають тиск рідини й гази?

4.  Як за допомогою приладів, що знаходяться . на демонстраційному  столі,  підтвердити  закон Паскаля? (Продемонструвати.)

5.   Яку спільну властивість мають рідини і гази?

6.  Як змінюється тиск газу в разі зміни його густини?

7.  Як змінюється тиск газу в разі зміни його температури?

8.  Чому рідина створює тиск не тільки на дно посудини, а й на її бічні поверхні?

9. Чи виконується закон Паскаля в невагомості?

10.  Яким простим способом можна видалити вм'ятину на м'ячику для настільного тенісу?

11.  Чому під час пострілу в яйце у вареному утворюється   лише отвір,   а  сире   розлітається вщент?

VI.      Підсумки уроку

Інтерактивна вправа «Мікрофон»

— На уроці ми вивчили...

— Гідростатичний тиск рідини залежить від...

— Мені найбільше сподобалося...

— Мені сьогодні не сподобалося...

VII.      Домашнє завдання

  Завантажити конспект Урок № 44 Тиск рідин і газів. Закон Паскаля

Буду радий бачити Ваші побажання та запитання в коментарях.