Урок.Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля

Тема урока: Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля.
Физика: 7 класс
Цели урока:
Образовательные: познакомить с законом Паскаля, расширить и углубить знания учащихся по теме “Давление”, обсудить различие между твёрдыми телами, жидкостями и газами; помочь учащимся осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений; научить применять основные положения молекулярно-кинетической теории для объяснения давления газа, закона Паскаля. Научить решать качественные задачи на применение закона Паскаля; на сравнение давлений внутри жидкости.
Развивающие: создать условия для развития исследовательских и творческих навыков; навыков общения и совместной деятельности; развивать умение выделять главное, аргументировать свой ответ, приводить примеры, формулировать выводы, анализировать и систематизировать предлагаемую информацию, давать полный развёрнутый ответ; способствовать овладению методами научного исследования; проводить самостоятельно эксперимент и делать выводы на основе анализа общих и отличительных черт объектов; формировать умения работать с образовательными ресурсами в Интернете.
Воспитательные: способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу; создать условия для положительной мотивации при изучении физики, используя разнообразные приемы деятельности, сообщая интересные сведения; формировать умение работать в парах, включаться в диалог друг с другом.
План урока.
I. Организационный момент.
II. Актуализация знаний.
1) Самостоятельная работа. Проверка знаний учащихся по ранее изученной теме «Давление газа».
Тесты по теме “Давление газа и твердых тел”.
Вариант I: вопросы №1; №3; №5.
Вариант II: вопросы №2; №4; №6.
1. Сухое дерево при горении издает треск, так как
а) воздух, содержащийся в куске дерева, нагреваясь, расширяется и разрывает волокна дерева, слышен треск.
б) при горении температура повышается и увеличивается объем, поэтому слышен треск.
2. При каком условии нагревание газа не приводит к изменению его плотности?
а) при нагревании в сосуде, емкость которого не изменяется;
б) при увеличении объема сосуда;
в) при уменьшении объема сосуда.
3. Почему буря, которая валит живые деревья летом, часто не может свалить рядом стоящее сухое дерево без листьев, если оно не подгнило?
а) сила, с которой ветер действует на корону дерева (при одинаковом давлении), зависит от площади ее поверхности, а у живого дерева она больше и поэтому буря свалит живое дерево раньше, чем сухое;
б) сила, с которой ветер действует на корону дерева, зависит от площади ее поверхности, а живого дерева она меньше и поэтому буря свалит живое дерево, чем сухое;
4. Зависит ли давление колесного трактора на дорогу от давления внутри баллона колеса?
а) зависит, т.к. при увеличении давления внутри баллона уменьшается площадь опоры колеса на дорогу, поэтому давление трактора на дорогу возрастает.
б) не зависит, так как давление не изменится.
5. Каким простым способом удаляют вмятину, которую получила оболочка мячика настольного тенниса?
а) путем нагревания его в горячей воде;
б) путем охлаждения при низкой температуре.
6. Почему лимонад и минеральная вода в закупоренной бутылке спокойны, а если вынуть пробку, то сейчас же «закипают»?
а) в этих напитках растворен углекислый газ под давлением большим, чем атмосферное давление воздуха. При раскупорке бутылки давление извне увеличивается. Поэтому газ внутри жидкости расширяется, вследствие этого и жидкость бурлит, слышно шипение (напиток кипит).
б) в этих напитках растворен углекислый газ под давлением большим, чем атмосферное давление воздуха. При раскупорке бутылки давление извне уменьшается. Поэтому газ внутри жидкости расширяется, вследствие этого и жидкость бурлит, слышно шипение (напиток кипит).
Ответы: 1- а; 2- а; 3 - а; 4 - а; 5 - а; 6- б.
(Взаимопроверка. Работа в парах).
III. Мотивационный этап.
Постановка проблемы перед учащимися:
1)В каком направлении производят давление газы?
2) В комнате, где мы находимся, есть воздух?
3) Оказывает ли воздух действие на стены, пол, потолок?
4) Как газ производит давление?
Формулирование учащимися цели урока.

Ход урока:
IV. Этап получения нового знания.
1. Учитель: Если выстрелить из ружья, применяемое в тирах, в круто сваренное яйцо, то пуля пробъёт в нем только сквозное отверстие, остальная часть останется целой. Если выстрелить в сырое яйцо, то оно разобъётся в дребезги. Такое же явление наблюдается при стрельбе в банку, сначала в пустую, а затем наполненную водой. Банка, наполненная водой, при попадании пули, разбивается на мелкие части. Почему так происходит? Ответить на этот вопрос позволяет закон Паскаля. Закон Паскаля гласит: "Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа одинаково по всем направлениям".Это утверждение объясняется подвижностью частиц жидкостей и газов во всех направлениях.Содержимое сырого яйца и вода в стеклянной банке передают давление при ударе пули во все стороны одинаково, т.е. иначе, чем твердое тело, которое передает давление только в одном направлении, а именно в том, в котором действует сила. Кто он – Блез Паскаль?
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Ученик: Блез Паскаль - выдающийся французский математик, физик, писатель, религиозный философ. Блез Паскаль родился 19 июня 1623 г. в Клермоне; его отец был председателем суда, одним из самых известных юристов города. Все Паскали отличались незаурядными способностями, а в Блезе одаренность проявилась с раннего детства.
В 1631 г. Этьен Паскаль, глава семейства, перебрался с детьми в столицу и направил усилия на развитие умственных способностей Блеза. Особое внимание и сын, и отец уделяли математике. В их доме еженедельно проходили заседания своеобразного кружка математиков. В этих встречах 16-летний Паскаль-младший начал принимать самое активное участие и настолько преуспел, что был в числе первых даже среди взрослых. Природа наделила Блеза Паскаля необычными, выдающимися способностями, но обделила здоровьем. Когда их семья переехала в Руан в январе 1640 г., самочувствие Блеза начало заметно ухудшаться. Исключительное дарование юного Блеза обнаружились очень рано: в 10 лет он написал первую работу по физике, в 15 лет - по математике, а 19 лет – счетную машину. Но интенсивные нагрузки серьезно навредили его здоровью. Пожив какое-то время у герцога де Люина, он в стремлении к еще большему уединению уезжает в монастырь Пор-Рояль, порывает с научной деятельностью и направляет весь свой ум и силы на литературу, защищающую «вечные ценности». Несмотря на суровый образ жизни, он испытывает духовный подъем и чувствует себя гораздо лучше, его блестящий интеллект становится мощным оружием в борьбе с идейными противниками.
Учитель: Обратившись к изучению свойств жидкости, Паскаль и здесь проявил изумительное искусство производить опыты и делать глубокие выводы. Он доказал, что в жидкостях, как и в газах, давление распространятся одинаково по всем направлениям и, как следствие этого, в сообщающихся сосудах однородная жидкость располагается на одном уровне.
Начиная с 1658 г. недуги Блеза Паскаля стремительно прогрессируют, он чувствует себя очень слабым, его мучают сильные головные боли. Испытывая огромные физические страдания, не имея возможности заниматься любимыми делами, он отдает силы благотворительности, периодически наносит визиты старым друзьям. 39-летний Паскаль скончался 19 августа 1662 г. Похоронили его в парижской приходской церкви Сен-Этьен-дю-Мон.
V. Исследовательская работа. Обсуждение результатов экспериментов. Вывод закона Паскаля.
Опыт «Воздушный шар под колоколом».
1. Выдвижение гипотезы учащимися о том, как происходит передача давления жидкостями и газами. Выводы.
2. Выполнение экспериментов с пролитой на стол водой. которых ребята Вывод: Способность жидкостей и газов передавать давление во все стороны объясняется большой подвижностью частиц, из которых состоят, в отличие от твердых тел, где частицы вещества жестко связаны.
Опыт «Изменение давления воздуха внутри воздушного шара».
Вывод: при накачивании шара давление воздуха внутри него увеличивается. Опыт «Шар Паскаля».
Опыт Паскаля:
Учащиеся делают вывод и формулируют закон Паскаля: «Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку объема жидкости или газа». (Получение новых знаний происходит через исследовательскую деятельность).
Опыт с пакетом надутым воздухом.
Вывод: пакет разрывается не в том месте, где мы давим, а в другом, т.к. давление, оказываемое на одну часть пакета, распространяется в другие части, и пакет разрывается где тоньше.
Опыт: САМЫЙ ПРОСТОЙ ФОНТАН.Для того чтобы соорудить фонтан, возьмем  пластиковую бутылку с отрезанным дном от, подберем пробку, закрывающую   узкий конец. В пробке сделаем сквозное отверстие. Его можно просверлить, провертеть граненым шилом или прожечь раскаленным гвоздем. В отверстие должна плотно входить стеклянная трубка, изогнутая в форме буквы «П» или пластиковая трубочка.

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Зажмем пальцем отверстие трубки, перевернем  бутылку вверх дном и наполним водой. Когда откроем выход из трубки, вода забьет из нее фонтаном. Он будет работать до тех пор, пока уровень воды в большом сосуде не сравняется с открытым концом трубки. Вопрос: почему это так?
2. Работа в группах.
Ученики выполняют эксперименты и объясняют полученные результаты с помощью закона Паскаля.
VII. Закрепление учебного материала.
VI. Физкультминутка.

Вопросы для обсуждения:
1. Почему мыльный пузырь имеет форму шара?
Ответ: По закону Паскаля давление, производимое на газ(воздух), передается по всем направлениям одинаково.
2. Почему взрыв снаряда под водой губителен для живущих в воде организмов?
Ответ: По закону Паскаля давление от взрыва передается по всем направлениям одинаково, захватывая большой объем.
3. Выполняется ли в состоянии невесомости закон паскаля?
Ответ: Выполняется, так как закон Паскаля связан с передачей внешнего давления.
4. Почему железнодорожные шпалы кладут на сыпучий балласт (песок, гравий, щебень), а не прямо на твердую почву железнодорожного полотна?
Ответ: Сыпучий материал передает давление не только вниз, но и в стороны. Поэтому величина площади грунта, на которую распределяется вес поезда, увеличивается. Соответственно уменьшается давление на грунт. Это обеспечивает большую сохранность железнодорожного пути.
5. В нефтяной промышленности для подъема нефти на поверхность земли применяется сжатый воздух, который компрессорами нагнетается в пространство над поверхностью нефтеносного слоя. Какой закон проявляется при этом?
Ответ: Закон Паскаля.
6. Иногда ребята надувают камеру футбольного мяча ртом, каждый раз посылая в нее порцию воздуха. Почему через некоторое время мальчик уже не может вдувать воздух?
Ответ: Давление, создаваемое мышцами легких мальчика, равно давлению воздуха внутри камеры.
7. Почему пустой бумажный мешок, надутый воздухом, с треском разрывается, если ударить его об руку или обо что-либо твердое?
Ответ: Давление, создаваемое в одном месте, передается воздухом по всем направлениям. Так как площадь оболочки мешка велика, возникает большая сила давления на бумагу. Оболочка не выдерживает и разрывается.
8. Если воздушный шарик вынести зимой из дома на улицу, то будет заметно, что его размер уменьшится. Почему?
Ответ: С понижением температуры уменьшается скорость движения молекул газа внутри шарика, значит, число ударов молекул газа о стенки шарика уменьшается, следовательно, уменьшается давление внутри воздушного шарика.
9. Объясните, почему лопаются ячейки упаковочного целлофана, когда их сильно сдавливают пальцами.
Ответ: Давление, которое создается в месте надавливания, передается воздухом по всем направлениям. Возникает большая сила давления, и ячейка лопается.
Задача: Пищу для космонавтов изготовляют в полужидком виде и помещают в тюбики с эластичными стенками. При легком надавливании на тюбик космонавт извлекает из него содержимое. Какой закон проявляется при этом?
Ответ: Закон Паскаля.


[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]ОПЫТ ПАСКАЛЯ
В 1648 году то, что давление жидкости зависит от высоты ее столба, продемонстрировал [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, трубку диаметром 1 см, длиной 5 м и, поднявшись на балкон второго этажа дома, вылил в эту трубку кружку воды. Когда вода в ней поднялась до высоты ~ 4 метра, давление воды увеличилось настолько, что в крепкой дубовой бочке образовались щели, через которые потекла вода.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Трубка Паскаля.
10,3м.

Учитель: Разрыв бочки в опыте Паскаля представляет парадокс, так как единственная действующая сила – тяжесть воды в трубке для этого, очевидно, недостаточна: для разрыва бочки требуется сила, значительно большая, чем вес бочки вместе с водой. Откуда же берется эта дополнительная огромная сила?
Ответ: Когда столб воды в трубке, имеющий небольшой вес, давит на воду в бочке, это давление, по закону Паскаля, передается без изменения по всем направлениям. Возникающая при этом сила давления на стенки пропорциональна площади стенок. Таким образом, хотя давление и невелико. Сила давления огромна.
Учитель: В Крыму очень часто человека может напугать «выстрел» воинственного растения, которое носит название «бешеный огурец». Плод этого растения очень похож на обыкновенный огурец, отличает его множество щетинок, покрывающих поверхность. В «бешенство» он приходит, когда полностью созревает: пока плод зреет, внутри него накапливаются газы. К моменту созревания их давление в его полости достигает 3 атмосфер (1 атм. = 760 мм рт. ст.; 1 атм. = 101325 Па).
Вопрос: Определите давление на стенки его плода. В каком месте огурца давление выше: в верхнем или нижнем?
Ответ: Давление на стенки равно 3 атм., что составляет примерно 300 кПа, и во всех точках одинаково (закон Паскаля).
video.yandex.ru (бешеный огурец), ytube.com
Задача: В романе Жюля Верна «Пять недель на воздушном шаре» есть такие строчки о строении воздушного шара: « у верхнего конца сфероида, где сосредоточено почти все давление, тафта была положена вдвое». В чем заключается ошибка этого рассуждения?
Ответ: По закону Паскаля давление газа будет везде одинаковым. Если учесть гидростатическое давление, обусловленное весом газа в шаре, то давление внизу шара будет даже больше, чем вверху.
Задача капитана Врунгеля.
«В народе говорят, что ружье непременно раз в год стреляет. И в этом году тоже – как бабахнет! Мы как раз стояли у острова Борнео. Я сбегаю с мостика, врываюсь в кают-компанию, и что же я вижу? Ружье раскачивается на стене, как маятник в шторм, а пуля пробила насквозь аквариум с моими любимыми золотыми рыбками Вода выливается через дыру, как сквозь кингстоны, а бедные рыбки подпрыгивают, бьются о дно Пришлось мне заткнуть пробоину своим телом и вызвать своих помощников но есть одна деталь, которая меня смущает Что же это?
Ответ: Пуля, попадающая в сосуд с водой. Разбивает сосуд вдребезги, так как давление передается водой одинаково по всем направлениям (закон Паскаля). Если бы пуля попала в пустой аквариум, то она бы не разбила его вдребезги.
Показ слайдов:
ТРИ ФОНТАНА.Берем бутылочку  со вставленной в пробку трубочкой из стержня шариковой ручки или обыкновенной аптечной пипетки. Только у нее стеклянная трубочка слишком коротка. Поэтому лучше оставить и резиновый мешочек, срезав его донышко ножницами.В пробке прожгем раскаленным гвоздем отверстие и вставим в него трубочку очень туго. Если получится слабовато, можно залить щель воском. Подберем небольшую бутылочку, которую пробка закрывала бы плотно. Нальем в эту бутылочку почти до горлышка воду, слегка подкрашенную чернилами, и заткнем пробкой. Вода в бутылочке находится под атмосферным давлением. Снаружи давление такое же. Как сделать, чтобы фонтан забил? Опыт 1.Для этого есть два способа. Первый уменьшить давление снаружи. Поставим бутылочку в мелкую тарелку. Нальем в эту тарелку немного воды и разложим листки промокательной бумаги. Возьмем трехлитровую стеклянную банку и подержим ее перевернутой над горящей свечой. Пусть прогреется хорошенько, пусть наполнится горячим воздухом.

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Поставим ее вверх дном на тарелку, края на промокашку. Теперь бутылочка накрыта. Воздух в банке начнет остывать, вода из тарелки будет всасываться. Скоро она вся уйдет под банку. Эй, берегись, сейчас воздух проскочит под краями! Но мы ведь не зря подложили промокашку. Крепко надавим на дно банки, она прижмет мокрые листки, и воздух не проскочит. Фонтан забьет! Опыт 2:Фонтан можно привести в действие и другим способом. Воздух в бутылочке надо сжать! Возьмем верхний конец трубочки в рот и вдуваем воздух сколько хватит силы. Из нижнего конца трубочки побегут пузырьки.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
А теперь отпускаем. Как славно забил наш фонтан! Жаль только, что он недолго действует. Это потому, что запас сжатого воздуха быстро кончается. Чтобы фонтан работал дольше, надо воды в бутылочку наливать немного. Все равно для работы фонтана ее хватит, а воздуха в бутылочку войдет больше. И подкрашивать воду чернилами не надо. Ведь этот фонтан будет бить не под стеклянной банкой, он и без чернил хорошо будет виден. А трубочку здесь приходится брать в рот. Опыт 3. Этот фонтан похож на  предыдущий. Внутри бутылочки создается повышенное давление. Только не вдуванием воздуха, а другим способом.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Положи в бутылочку несколько кусочков мела и заполни ее на три четверти уксусом. Быстро закупорь ее пробкой с трубочкой и поставь в раковину или большой таз, чтобы уксус не попал,  куда не надо. Ведь в бутылочке начнет выделяться углекислый газ, и под его давлением из трубки забьет уксусный фонтан! ФОНТАН В БУТЫЛКЕ.  Возьмите небольшую бутылку или флакон, просверлите в пробке отверстие и вставьте в него отработанный длинный стержень от шариковой ручки. Предварительно нужно очистить стержень от остатков пасты, используя для этого проволочку и кусочек ваты, смоченной в одеколоне. Для лучшей герметичности залепите пластилином место на пробке, где вставлена трубка. Стержень должен немного не доходить до середины флакона, а его наружный конец пусть возвышается над пробкой на несколько сантиметров. Отверстие конца стержня, который находится внутри флакона, предварительно надо уменьшить в диаметре. Это можно сделать, вставив в него пробочку из куска спички и проколов ее тонкой иголкой.Налейте в кастрюльку воду, поставьте в нее флакон (чтобы он не плавал!) и доведите воду до кипения. Пусть вода покипит несколько минут. Пока вода кипит, приготовьте на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] стакан с водой, подкрашенной красной акварельной краской или крупинкой марганцовки.На стакан положите кусок картона с отверстием, в которое сможет войти горлышко бутылочки или флакона со стержнем от шариковой ручки.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Теперь надо действовать решительно и быстро: выньте флакон из кипящей воды и, перевернув вверх дном, вставьте его в отверстие приготовленной картонки на стакане, при этом наружный конец стержня опустится в подкрашенную воду. Из кончика стержня во флаконе начнет бить тонкая цветная струйка фонтана. Когда вы кипятили воду, часть горячего воздуха, расширившегося от нагревания, вышла из флакона, в нем образовалось разреженное пространство, а наружное атмосферное давление вогнало в него воду из стакана. При этом струйка холодной воды тоже помогла охладить воздух внутри флакона и уменьшить его объем.Теперь, когда струя перестала подниматься, посмотрите, сколько воды набралось во флакон. Ровно столько воздуха вышло из него, когда его готовили к опыту кипятили в кастрюльке.ФОНТАН НА [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Понадобится трубка длиной 30
·40 см, чем она шире, тем дольше будет бить фонтан. Вырежем два кружка, плотно входящих в трубку. Пустой стержень от шариковой ручки наискось разрежем пополам. Наконечник вынем, изнутри иголкой вытолкнем шарик и вставим наконечник обратно.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Половина стержня с наконечником пропущена сквозь один кружок, вторая половина сквозь другой. Наискось режут для того, чтобы половинки, даже уперевшись в кружки, не оказались закрытыми.Нижним концом игрушки зачерпываем воду из ванны и ждём, когда польётся из наконечника. Затем переворачиваем. Вода остаётся только между кружками. В этом положении опускаем игрушку в ванну, что показано на другом рисунке.Вода заполняет игрушку снизу, вытесняя воздух в отсек между кружками. Он давит на воду, находящуюся там,  и из наконечника бьёт струя.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Теперь можно приступить к изготовлению настольного фонтана. Понадобятся пластмассовые кубики, тарелка тоже из пластмассы, трубки и опять же пустой стержень с наконечником. На третьем рисунке  схема того, что выйдет (только не показан каркас, на котором всё закреплено).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
При начале действия вода находится в верхних кубиках. Вода из первого верхнего течёт во второй нижний. Обратите внимание, трубка обрезанным наискось концом упёрта в дно кубика. Воздух из него по следующей трубке поступает во второй верхний кубик. Также обратите внимание, что эта трубка проведена от «потолка» до «потолка». И так далее. Из последнего верхнего кубика бьёт фонтан в тарелку. Из неё вода течёт в первый нижний.Если бы мы взяли только пару кубиков, то фонтан получился бы маленьким. А здесь  столб воды из тарелки вниз, потом из первого верхнего кубика вниз, потом из второго верхнего вниз. С каждым столбом давление возрастает, а с ним и высота струи. По сути, перед нами как бы водонапорная башня, которую разрезали на три части (как колбасу поперёк) и поставили их в ряд. Можно взять не три пары кубиков, а любое число пар.По окончании действия вся вода оказывается в нижних кубиках. Переворачиваем установку. Перезарядка занимает секунды, так как воду сдерживал наконечник, а воздух через него выходит быстро.Установка будет выглядеть красивее, и работать будет чётче, если кубики поставить на ребро, а ещё лучше на угол. Тогда настольный фонтан из кубиков будет иметь форму ромба. Тарелку можно обрезать в виде цветка, верхние кубики будут "листьями", нижние - "корнями". Для украшения можно посадить еще и бабочку!
Домашнее задание:1) § 36, Упр. 14 № 2; Задание 7.
VIII. Рефлексия.
Учащиеся проводят самоанализ своей деятельности на уроке.
Литература:
1. Источник:[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] 2. А. П. Усольцев «Задачи по физике на основе литературных сюжетов» 7-11 классы, Екатеринбург, У- Фактория, 2003
3. files.scool-collection.edu.ru
Наглядные мультимедийные пособия для проведения урока физики.
4. А. И. Семке, «Нестандартные задачи по физике», для классов естественно-научного прфиля, Ярославль, 2007г.
5. Перышкин А.В., «Физика 7», М., «Дрофа», 2015г.
6. М. Е. Тульчинский, «Качественные задачи по физике 6-7 классы», М., «Просвещение», 1976.
7. М. Е. Тульчинский, «Занимательные задачи – парадоксы и софизмы по физике», М., «Просвещение»,1971.
8. Р. Д. Минькова, «Проверочные задания по физике в 7,8 и 10 классах средней школы», М., «Просвещение», 1992