Задачи-эксперементы по теме Гидро- и аэростатика

                                                                                                                   Ахметьянова Ирина Григорьевна

Учитель физики

гимназии №3 в Академгородке

города Новосибирска

Гидростатика и аэростатика

Задачи – эксперименты и практические работы.

     Тема «Гидро- и аэростатика» изучается в курсе физики 7 класса, а задачи по этой теме встречаются на олимпиадах  в 8-11 классах, а также на экзаменах ОГЭ и ЕГЭ. Уже в 7 классе на примере этой темы можно показать красоту физических явлений, а также решать достаточно интересные задачи. Предлагаю вашему вниманию подбор задач — экспериментов, а также практические работы, которые можно использовать при изучении этой темы на уроках, спецкурсах или в качестве домашнего задания.

     Такие задания повышают интерес и мотивацию к изучению физики, формируют навыки проведения физического эксперимента, а также способствуют лучшему пониманию физических явлений. Эти эксперименты не требуют сложного оборудования, в качестве сосудов можно использовать пластиковые бутылки разного объема, отрезав горлышки.

1. Лодка. В аквариуме плавает лодка, нагруженная металлическими предметами (гвозди, болты и т.д.). В качестве лодки можно взять пластиковый стаканчик, его легко сделать из пластиковой бутылки. Что произойдет с уровнем воды в сосуде, если эти предметы вынуть и положить на дно? Ответ объяснить и проверить экспериментально.

Примечание: сосуд должен иметь небольшую площадь сечения, чтобы изменение

уровня стало заметным.

Краткое решение:

Перекладывая на предметы на дно, мы уменьшаем объем вытесненной воды (так как для того, чтобы плавать металлическим предметам надо вытеснять больший объем),  значит уровень воды понизится.

2. Лед. Как изменится уровень жидкости в сосуде, если  а) плавающий в ней лед растает? б) а если во льду вморожен стальной шарик?

Ответ объяснить. Результаты проверить на опыте.

Примечание: шарик и пробка должны иметь заметный объем по сравнению с

объемом льда, сосуд не должен  иметь большую площадь сечения, чтобы

изменение уровня было заметным.

Краткие решения:

а) Уровень воды не изменится, так как условие плавания (условие равновесия) гласит: вес плавающего тела уравновешивается выталкивающей силой (силой Архимеда). Сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости. Значит, вес льда и вес образовавшейся воды равен весу вытесненной воды. Стало быть, и объемы вытесненной воды и образовавшейся воды равны. Образовавшаяся вода точно заполнит объем вытесненной воды и уровень не изменится.

б) Уровень воды в сосуде, когда лёд растает, понизится, так как высота столба жидкости зависит от  объёма, погружённого в него тела. Так как объём тела уменьшился (для того, чтобы плавать, болтику надо вытеснять объем воды, больший, чем он сам), то и уровень воды тоже уменьшится.

3. “Картезианский водолаз” (название связано с латинским именем Декарта –Картезий). Сосуд (это может быть стеклянная бутылка с широким горлышком) закрывается резиновой мембраной , внутри плавает небольшая пробирка, частично заполненная водой, донышком вверх. При нажимании на мембрану пробирка начинает тонуть. Объяснить явление.

Объяснение:

 Когда мы нажимаем на бутылку, то в ней создается избыточное давление. По закону Паскаля оно передается по всем направлениям. В пробирку входит дополнительная порция воды. Объем воздуха в пробирке уменьшается, а значит уменьшается и сила Архимеда (так как уменьшается объем вытесненной воды). Пробирка тонет.

4. Определение объема. С помощью динамометра определить вес  тела в воздухе и в воде. По этим данным рассчитать объем тела и его среднюю плотность.

Примечание: для уменьшения относительной погрешности желательно, чтобы тело имело заметный объем (подходит цилиндр из набора для опыта с ведерком Архимеда).

Решение:

 Разность показаний динамометра в воздухе и в воде есть сила Архимеда. К тому же сила Архимеда есть Fa=ρgV, где ρ-плотность жидкости, V-объем погруженной части тела, g-ускорение свободного падения. Отсюда можно выразить V=(Fa)/ρg, все данные нам известны, вычисляем объем. Как найти плотность тела? ρ=m/V, m-масса(кг), V-объем(м³). Массу можно найти, используя показания динамометра в воздухе(m=F/g).

5. Яйцо.  Яйцо тонет в обычной воде. Добавляя в нее соль, можно заставить его плавать. Объяснить явление.

Объяснение:

Яйцо тонет из-за того, что сила Архимеда меньше силы тяжести, когда мы добавляем соль, плотность воды увеличивается, а значит увеличивается и сила Архимеда. Теперь сила Архимеда больше силы тяжести, и яйцо всплывает до тех пор, пока сила Архимеда не станет равна силе тяжести.

6. Интересный коктейль. Осторожно налить две (если получится – три!) не смешивающиеся жидкости, например масло, воду, подкрашенный спирт и подобрать предметы, которые могут плавать наверху, на границе раздела и лежать на дне. Объяснить явление.

Объяснение:

см. предыдущую задачу.

7. Измерение плотности. Измерить плотность деревянного бруска, имея линейку и сосуд с водой.

Примечание: брусок должен плавать в воде.

Решение:

Измерив общий объем бруска и объем его подводной части, можно узнать его плотность.

Решение: так как тело плавает, то Fa=Fт, то есть ρ(воды)*g*V₁(объем погруженной части)= mg => ρ(воды)*V₁=m. m=ρ(бруска)*V_общ . В итоге, ρ(бруска)=ρ(воды)* V1/(Vобщ)

8. Практическая работа: изготовить летающий воздушный шар.

Решение: возьмем большой полиэтиленовый пакет, к основанию пакета с помощью легкой проволоки прикрепим парафиновую свечку-таблетку. Еще легче будет устройство, если вместо свечки использовать вату, смоченную спиртом.

Примечание: будьте осторожны, помните о противопожарных мерах безопасности!

Краткое описание документа:

В данной статье описываются экспериментальные задачи, а также практические работы, которые можно использовать при изучении темы "Гидро- и аэростатика". Такие задания повышают интерес к изучению физики, а также способствуют лучшему усвоению материала. Задачи по данной теме встречаются на олимпиадах и на экзаменах, поэтому более подробное изучение этой темы в 7 классе является актуальным.