Решение задач на сообщающиеся сосуды с разными жидкостями

План-конспект открытого урока по физике в 7А классе на тему «Сообщающиеся сосуды. Решение задач на сообщающие сосуды».

Цели урока:

Образовательные:

• Сформировать представление о сообщающихся сосудах и их свойствах;
• Показать примеры применение сообщающихся сосудов в быту и технике.

Развивающие:

• Развивать умения применять полученные знания на практике;
• Развивать экспериментальные умения, умения наблюдать, навыки логического мышления, умение обосновывать свои высказывания, делать выводы.

Воспитывающие:

• воспитывать интерес к познанию окружающего мира, любовь к родному краю;
•  воспитывать коммуникативную культуру;
• создать условия для развития исследовательских навыков, навыков общения и совместной деятельности.

Тип урока: комбинированный.

Структура урока.

Ход урока.

1. Организационный момент.

 (Поприветствовать класс, отметить отсутствующих, рассказать план урока)

План урока сегодня такой: проверяем д/з, изучаем новый учебный материал, учимся решать задачи по новой теме.

2. Актуализация знаний.

Домой вам было задано повторить п.33-38. Проверим как вы выполнили Д/з.

1. Выдать индивидуальные карточки на повторение материала (3-4 человека)
2. Задание у доски (1-2 человека) – вывести формулу для расчета давления жидкости на дно и стенки сосуда.
3. Провести фронтальный опрос по пройденному ранее материалу.

Остальные будут отвечать на мои вопросы:

– способы уменьшения давления (увеличивают площадь – шире колеса, гусеничный ход, фундамент зданий, широкие лямки рюкзака, лыжи, шпалы);

– способы увеличения давления (уменьшение площади – заточка инструментов, в природе – шипы, острый клюв, когти и зубы);

– чем вызвано давление газа (ударами молекул о станки сосуда);

– что происходит с газом при уменьшении объема (число ударов о стенки сосуда возрастет и давление увеличится);

– как зависит давление газа от температуры (увеличивается с увеличением температуры);

– почему сжатые газы содержат в специальных баллонах (т.к. при сжатии газа давление возрастает, что очень опасно, следовательно, баллоны должны быть очень прочные);

– сформулируйте Закон Паскаля (давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях);

– как показать на опыте, что давление внутри жидкости на разных уровнях разное (стеклянная колба с резиновой пленкой);

– почему во многих случаях не принимают во внимание давление газа, созданное его весом (из-за маленькой плотности газов);

– от каких величин зависит давление жидкости на дно сосуда (от плотности и от высоты столба жидкости);

– зависит ли давление жидкости на дно сосуда от формы сосуда, от площади поверхности (нет, нет).

4. Проверяем правильность вывода формул у доски.

5. Доклад учащегося на тему «Блез Паскаль. Биография и интересные факты жизни».
6. Проверка карточек: 1 вариант (а, а, а, б, г, г) 

                                   2 вариант (в, б, г, в, в, а)

(Вопросы с ошибками предложить разобрать классу.)  

3. Изучение нового материала

А теперь приступим к НУМ.

Объявить тему урока. (Запись в тетрадях – число и тема урока)

1. Сообщающие сосуды (определение, эксперименты)

 Сегодня речь пойдет о сообщающихся сосудах. Как вы думаете, что это такое?

Записываем: «Сообщающимися сосудами называют сосуды, соединенные между собой в нижней части.»

Сообщающиеся сосуды мы встречаем в нашей жизни ежедневно. Попробуйте привести примеры (чайник, кофейник, лейка)

Научное открытие свойства сообщающихся сосудов датируется XI в (голландский ученый Стевин). Но оно было известно еще жрецам древней Греции. Археологи обнаружили в Грузии водопровод (XIII в), работающий по принципу сообщающихся сосудов.                        

С сообщающимися сосудами можно проделать простой опыт. Возьмем вот такие сообщающие сосуды (показываю). Наливаем воду и смотрим, что происходит (вода в обоих сосудах установилась на одном уровне).  Возьмем теперь сообщающиеся сосуды разных форм и тоже нальем воду. Что вы заметили? (Вода тоже установилась во всех сосудах на одном уровне) Какой же вывод мы можем сделать?

Записываем: «Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне».

Докажем это с помощью формул:

Вывод формулы для случая с однородными жидкостями:                            

                                    p1= ρgh1          p2= ρgh2  

                                                                 ρgh1= ρgh2

                                                h1= h2

Ответим на вопросы: Изменится ли уровень жидкости, если правый сосуд будет шире левого? уже левого? если сосуды будут иметь разную форму? (Нет, жидкость установиться в обоих сосудах на одном уровне.) При изменении формы сосудов может изменяться лишь высота уровня воды в сосудах, отмеренная от уровня стола (из-за того, что изменяется объем сосудов). Однако уровни воды в сообщающихся сосудах не зависят от формы сосудов и останутся равны.  

 А как вы думаете, что произойдет, если в сообщающиеся сосуды налить две несмешивающиеся жидкости разной плотности?

Проверим это теоретически:

                                    p1= ρ1gh1          p2= ρ2 gh2  

                                                                 ρ1gh1= ρ2gh2

                                             ρ1h1= ρ2h2

Следовательно, высота столбов жидкостей в сосудах будет разной.

Записываем: При равенстве давлений высота столба жидкости большей плотности меньше, чем высота столба жидкости меньшей плотности.

2. Применение сообщающихся сосудов в быту, природе, технике.

Где же применяются сообщающиеся сосуды?

       Закон сообщающихся сосудов люди используют в разных технических устройствах: водопроводах с водонапорной башней; гидравлическом прессе; шлюзах; сифонах под раковиной, «водяных затворах» в системе канализации; действие артезианских колодцев и гейзеров основано на законе сообщающихся сосудов.

Еще один пример использования сообщающихся сосудов, это фонтаны. На них мы остановимся поподробнее.

В России существует единственный в мире комплекс фонтанов, который работает на принципе сообщающихся сосудов. Есть идеи, что это за фонтаны? Подсказка – эти фонтаны были созданы по распоряжению Петра 1. Это фонтаны в Петергофе. (Презентация1)

Рассмотрим для начала принцип действия фонтана (слайд2) Если уровень жидкости в обоих сосудах одинаковый, то фонтан бить не будет. Струя фонтана возникает под напором (давлением), который можно создать, если изменить уровень жидкости в одном из сосудов.

      В современных фонтанах для создания давления на входе в трубы используются в большинстве случаев насосы (Слайд3). А в фонтанах Петергофа используется, как я уже говорила, принцип сообщающихся сосудов. Здесь нет ни насосов, ни сложных водонапорных сооружений. (Слайд4)

         Петр не случайно выбрал именно это место для строительства загородной резиденции – Петергофа. (Слайд5) Обследуя местность вблизи Финского залива, он обнаружил множество водоемов и ключей, бьющихся из-под земли. По этим ключам можно было установить, что где-то неподалеку есть источник воды, расположенный выше уровня местности. Такой источник действительно был найден на Ропшинских высотах, расположенных на 100 м выше уровня моря.

         Под руководством русского мастера Василия Туволкова в течение лета 1721 года были построены канал и другие водоводы, по ним из водоемов Ропшинских высот вода самотеком пошла в накопительные бассейны Верхнего сада Петродворца, объединив все озёра и ручьи. Здесь (в Верхнем саду) можно было уже устроить небольшие по высоте струи-фонтаны. А вот в Нижнем парке, на 16 метров ниже Верхнего сада, вода по трубам из накопительных бассейнов по принципу сообщающихся сосудов взмывает вверх множеством высоких струй в фонтанах парка. Далее она по прямому Морскому каналу, обрамленному множеством фонтанов, стекает в Финский залив.

У фонтанов есть свои секреты:

1. (Слайд6) Денег на возведение фонтанов в Петергофе потратили действительно немало, а вот энергии эти сооружения не расходуют совсем. Каждый фонтан в парке тратит 1000 литров в секунду, а в целом за день уходит до 8 млн литров воды. Однако, чтобы фонтан заработал, необходимо лишь с помощью вентиля открыть задвижку. При этом никакого постороннего звука от шумных моторов и механизмов вы не услышите, ведь их тут действительно нет.

2. (Слайд7) Под фонтанами находится огромное количество труб – маленьких и больших. Кстати, во времена Петра Великого не существовало прочных труб, их заменяли полые деревья, а чистить их приходилось изнутри очень худым детям. На ночь все фонтаны останавливают с помощью всё того же вентиля, а к утру всё вновь готово к полноценной работе. Зимой фонтаны не работают, а вода течёт задуманным ещё при Петре обходным путём через речку Шинкарка.

3. (Слайд8) Петергоф также известен своими фонтанами-шутками. По легенде, которую рассказывают экскурсоводы туристам, если наступить на один из камней, фонтан сразу же заработает. После рассказа все тут же спешат это проверить сами и тотчас попадают под брызги. Но никто из посетителей не замечает, что рядом с фонтаном сидит неприметный дяденька и держится за палку, которая со стороны похожа на трость. На самом деле именно он руководит процессом поступления воды. Рядом ещё с одним фонтаном находится будка с окошечком, в которой тоже сидит специальный человек. Такие невидимые сотрудники Петергофа несут свою вахту около каждого фонтана-шутки.

          Многие уверены, что шикарные фонтаны дворцового комплекса работают на насосах. Однако из-за дороговизны такого процесса даже фонтаны во французском королевском дворце Версале включают только на 2 часа 2 раза в неделю. А в России, благодаря гениальной задумке Петра I и точному расчету русского инженера Туволкова, тысячи российских и иностранных туристов могут наслаждаться великолепием этих фонтанов ежедневно в течение всего лета.

На этом теоретическая часть нового материала закончена, приступим к практике, т.е. к решению задач.

4. Развитие знаний при решении задач.

 Физическая пауза.  Прежде, чем приступить к решению задач, проведем “Гимнастику для глаз”.

1. Зажмурьте глаза, а потом откройте их. Повторите 5 раз.
2. Делайте круговые движения глазами: налево – вверх – направо – вниз – направо – вверх – налево – вниз. Повторите 10 раз.
3. Закроем глаза, откинемся на спинку стула и послушаем музыку – 1 минуту. (Включить релаксирующую музыку)

Задача1: (Презентация2)

 Какую высоту должен иметь столб нефти, чтобы уравновесить в сообщающихся сосудах столб ртути высотой 16см?

Дано:

hрт = 16см = 0,16м

ρрт = 13600 кг/м3

ρн = 800 кг/м3

Найти:

hн – ?

Решение:

Запишем формулу для давления:

Р = ρgh

По условию задачи Ррт = Рн, или ρрт ghрт = ρнghн, отсюда

hн = (ρртhрт) / ρн

hн = 2,7м

Ответ: hн = 2,7м

Задача2: №26.22 (Задачник, стр. 130) Прочитаем условие задачи. Предложить учащимся выйти у доске и решить задачу.

Решение: Уровни ртути будут совпадать, если давление столба воды и столба керосина одинаково:  pв = pк, т.к.  давление определяется по формуле:

p = ρ · g · h  ,

то ρв · g · h в = ρк · g · h к. Отсюда находим h к = ρв · g · h в/ ρк · g, производя математическое действие, получим: h к = ρв· h в/ ρк :  

h к = ρв· h в/ ρк = 1000 кг/м3 ·0,2м /800 кг/м3  =  0,25м=25см                              

Ответ: 25см

 Задача2: 26.7  

В сосуде с керосином уровень будет больше, т.к. плотность керосина меньше плотности воды.

Задача3: №26.23 (Задачник) ?

4. Итоги урока.

Сегодня мы с вами изучили сообщающиеся сосуды. Что вы запомнили из урока? Что такое сообщающиеся сосуда? Какой будет уровень в сообщающихся сосудах при однородных жидкостях? При неоднородных жидкостях? Где используется принцип сообщающихся сосудов?

Выставляются оценки за работу на уроке, оценки озвучиваются.

5. Домашнее задание. 

Запишите пожалуйста домашнее задание. На доске: п. 39, зад. 26.2, 26.13 (задачник)

Урок закончен. До свидания!