Разработка урока на тему "Давление в жидкости и газе"

Разработка урока №20 на тему: «Давление в жидкости и газе».

Учитель:  Мальчук Мария Геннадьевна

Цель урока: изучить природу возникновения давления на стенки сосуда, в котором находится газ.

Оборудование: воздушный шарик; пипетка; резиновая груша; воздушный насос с колоколом.

Ход урока

I. Организационный момент (1 мин)

II. Проверка домашнего задания(9 мин)

Прежде всего, проверяется выполнение экспериментального задания. Оценка точности измерения собственного давления проводится по наиболее точному определению площади опоры при помощи миллиметровой бумаги. Во время проверки задайте вопрос: «как быстро удвоить давление на пол?».

Далее проводится краткий опрос по изученной на предыдущем уроке теме. Один-два ученика объясняют решения домашних задач.

Самостоятельная работа

Вариант 1

1. Одинаковые ли давления производят на стол кирпичи.

2. На опору площадью 0.6 квадратных метра действует сила 1 кН. Определите давление.

3. Масса лыжника 60 кг. Какое давление оказывает он на снег, если длина каждой лыжи 1,5 метра, ширина 10 сантиметров.

Вариант 2

1. Одинаковые ли давления производят на стол бруски равной массы.

2. Человек вбивает гвоздь в стену, ударяя по нему молотком с силой 30 Н. Какое давление производит гвоздь при ударе, если, его площадь 0,01 сантиметра квадратных.

3. Масса стола 2 кг. Определите его давление на пол, если площадь каждой из четырех его ножек 4 квадратных сантиметра.

1. Куда бы вы перелили сок из литровой банки, чтобы его давление на дно сосуда стало больше: в пятилитровую кастрюлю, или в литровую бутылку? Почему?

2. Какие из жидкостей: вода или керосин оказывают меньшее давление на дно сосудов одной формы, если объемы жидкостей одинаковы?

Примерами расчетных задач могут быть:

1. Найдите давление воды на дно сосуда цилиндрической формы с площадью основания 50 см², в который налили 2 л жидкости? (Ответ: р = 4 · 10³ Па)

2. Определите высоту столба керосина, который оказывает давление на дно сосуда равное 8 · 10³ Па. (Ответ: h = 1 м)

3. В стеклянном цилиндре под поршнем находится газ. Как, не меняя плотности этого газа, увеличить его давление? (Ответ: нагреть газ)

III. Изучение нового материала(15 мин)

Начиная объяснение нового материала, следует обратить внимание учащихся на то, что газ всегда занимает весь объем сосуда, в котором находится. Следовательно, он создает давление на стенки сосуда во всех его точках.

Какова же природа этого давления?

Молекулы газа движутся беспорядочно и ударяют в стенки сосуда. При этом сила удара отдельной молекулы мала, но за единицу времени даже на площадь в 1 см² ударяет огромное количество молекул. Поэтому давление может быть создано весьма значительное. Любое направление движения молекул совершенно равноправное и поэтому давление газа на любой фрагмент стенки сосуда одинаково.

Таким образом, давление газа создается ударами хаотично движущихся молекул.

Начало изложения нового материала связано с пояснением того факта, что жидкость не только передает внешнее давление одинаково по всем направлениям, но и давление, которое создается внутри жидкости за счет собственного веса. Это объясняется очень просто - каждый слой жидкости, находящийся выше своим весом оказывает давление на нижний слой. Опыт: небольшую коробочку, одна сторона которой закрыта тонкой резиновой пленкой. Коробочка через шланг соединена с манометром. Наблюдаем, чем глубже погружен прибор в сосуд с водой, тем больше давление он испытывает. Давление в жидкости увеличивается с увеличением глубины.

Давление, оказываемое покоящейся жидкостью, называется гидростатическим. Можно очень просто рассчитать величину этого давления.

Выделим в жидкости узкий столбик высоты h. Сила давления на глубине h (окрестности точки С) может быть определена как:

Сила давления, с другой стороны, численно равна весу столбика жидкости, т. е. F = mg. Тогда:

или: р = ρgh (3)

Выражение (3) определяет величину гидростатического давления. Согласно (3) гидростатическое давление не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость и от площади его сечения. Она определяется лишь высотой столба и плотностью жидкости.

При одинаковой высоте столба жидкости в сосудах разной формы, давление на дно сосудов одинаково.

p₁ = p₂ = p₃

Далее следует остановиться на опыте Паскаля, который показывает, что даже при помощи небольшого количества жидкости можно создать большое гидростатическое давление.

IV. Демонстрация опытов(10 мин)

1. В первом опыте учащиеся наблюдают, как по мере откачивания воздуха из колокола воздушного насоса, полунадутый шарик начинает раздуваться (рис. 91 учебника). Такое поведение шарика можно объяснить лишь тем, что число ударов молекул воздуха о внешнюю поверхность шарика уменьшается, и объем шарика растет до той величины, при которой сила давления воздуха внутри шара не сравняется с силой упругости оболочки.

Так как форма шарика близка к сферической, можем заключить, что давление газа по всем направлениям одинаково.

2. Затем следует провести вторую демонстрацию (рис. 91 учебника). Как зависит давление газа от его объема при постоянной массе и температуре?

Легко заметить, что уменьшение объема газа приводит к увеличению его давления. Это связано с тем, что плотность газа возрастает  число ударов молекул о мембрану также становится больше. Это приводит к росту давления.

На этом же принципе работают пипетки, резиновая груша. (Учитель показывает работу пипетки, резиновой груши)

V. Продолжение изучения нового материала(1 мин)

Также легко понять, как зависит давление газа от температуры при постоянной массе и объеме: при нагревании газа скорость молекул становится больше, следовательно, и сила удара отдельной молекулы увеличивается.

Это можно наблюдать, если воздушный шарик с морозного воздуха занести в теплую комнату: очень скоро объем шарика увеличится, т. к. возрастет давление газа внутри него.

VI. Закрепление пройденного материала(3 мин)

Для закрепления и обобщения знаний можно коллективно обсудить следующие вопросы:

- Что произойдет, если под колокол насоса поставить колбу, закрытую пробкой, и откачивать из-под колокола воздух?

- Почему при накачивании воздуха в шину автомобиля с каждым разом становится труднее двигать ручку насоса?

- Если опустить колбу горлышком в воду и нагревать ее руками, то из нее выходят пузырьки воздуха. Объясните наблюдаемое явление. Связано ли оно с изменением давления газа?

VII. Домашнее задание(1 мин): § 22 читать, пересказывать, отвечать на вопросы. С помощью трубочки получите мыльный пузырь. Объясните, почему мыльный пузырь, отделенный от раствора, имеет шарообразную форму.

Дополнительный материал

Зависимость давления от глубины погружения в жидкости необходимо учесть водолазам. Без специальной тренировки погружение на большие глубины невозможно, так как под действием повышенного давления кровь человека насыщается атмосферным азотом. Быстро нельзя подниматься на верх, прирезком уменьшении давления азот в виде пузырьков выделяется из крови. Пузырьки азота закупоривают кровеносные сосуды, что вызывает нередко очень тяжелые последствия. Водолаза, который почувствовал себя плохо помешают в барокамеру, где давление воздуха повышено, и выдерживают его там необходимое время, а затем постепенно давление снижают до нормального.