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

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.
Знания и умения, формируемые в теме:

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

Методические рекомендации к изучению темы «Давление газа»
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

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.

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.
2б). Закон Паскаля: давление, оказываемое на жидкость или газ передается по всем направлениям одинаково
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
Опыт Торричелли для давления жидкости
Прижатая к дну пластинка отпадает, когда высота жидкости в трубке сравнивается с высотой уровня воды в сосуде

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

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
F2 > F1 FA = F2 - F1
FA =
FA = Pж
Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме этого тела
h2
h1

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
Демонстрация выталкивающей силы в воздухе
Современные аэростаты и дирижабль
Подъемная сила – сила тяжести груза, который может поднять аэростат:

Методические рекомендации по изучению плавания тел (сравнение сил, сравнение плотностей)
v
v
тонет в равновесии всплывает
а) при тело тонет; б) при тело находится в
жидкости в равновесии; в) при тело всплывает.

Плотность льда 900 кг/м3 – плавает, погрузившись на 9/10 объема в воду
Средняя плотность аэростатов уменьшается за счет нагревания воздуха внутри него

Учебный транспарант по плаванию тел
Картезианский водолаз
ареометр