Урок физики с презентацией «Движение жидкостей и газов. Закон Бернулли» (10 класс)

«Движение жидкостей и газов. Закон Бернулли».

Структура и ход урока.

Содержание урока.

1. Организационный этап.

Здравствуйте дети, рада встречи с вами! Я приглашаю вас к совместной творческой работе на уроке. Мне хочется, чтобы между нами было взаимопонимание и открытость, поэтому не надо бояться ошибок и молчать. Будем общаться!

2. Мотивация.

Постановка учебной проблемы. 

Пленника бросили посреди небольшой круглой комнаты. Здесь вершил суд сам великий визирь. Сухо прошелестел его голос:

- Аллах дарует тебе жизнь, - визирь увидел, как вздохнул пленник, - если отгадаешь великую загадку древних. – Он показал на плоскую чашу, подвешенную на цепях. – Стоит открыть отверстие в дне чашки, и из него потечет вода. Каждый миг вытекает одно и то же количество воды. Отчего сужается струйка, удаляясь от чаши? Твое время – пока течет вода. С последней каплей падет и твоя голова.

Как быстро течет вода! Стража уже обнажила острые изогнутые сабли. Трудно решать на волоске от гибели. Но голос пленника не дрогнул. Он успел назвать причину сужения струи».

Что же ответил пленник? Как вышел из такого трудного положения?

Ответ. Чем ближе к земле, тем быстрее движутся отдельные частицы воды. Поэтому, поскольку количество воды, протекающее через любое поперечное сечение в единицу времени, одинаково, струя сужается.

Посмотрите и попытайтесь объяснить следующий эксперимент.

Демонстрационный эксперимент №1.

Воздух продувается между двумя воздушными шариками, подвешенными на нитях. Шарики сближаются и ударяются друг о друга.

Ответ. Скорость течения газа между шариками больше, чем извне, поэтому давление меньше и шарики сближаются друг к другу.

После обсуждения данных задач учитель предлагает сформулировать тему, определить задачи урока.

3. Изучение нового материала.

Очень многое из окружающего нас мира подчиняется законам физики. Этому не стоит удивляться, ведь термин «физика» происходит от греческого слова, в переводе означающего «природа». И одним из таких законов, постоянно работающих вокруг нас, является закон Бернулли. Прочитайте текст.

Работа с текстом по изучению нового материала.

Текст «Закон Бернулли».

Пусть жидкость течет без трения по трубе переменного сечения:

Иначе говоря, через все сечения трубы проходят одинаковые объемы жидкости, иначе жидкости пришлось бы либо разорваться где-нибудь, либо сжаться, что невозможно. За время t через сечение S1пройдет объем, а через сечение S2 – объем . Но так как эти объемы равны, то 

Скорость течения жидкости в трубе переменного сечения обратно пропорциональна площади поперечного сечения. 

Если площадь поперечного сечения увеличилась в 4 раза, то скорость уменьшилась во столько же раз и, наоборот, во сколько раз уменьшилось сечение трубы, во столько же раз увеличилась скорость течения жидкости или газа. Где наблюдается такое явление изменения скорости? Например, на реке, впадающей в море, наблюдается уменьшение скорости, вода из ванны - скорость увеличивается, мы наблюдаем турбулентное течение воды. Если скорость невелика, то жидкость течет как бы разделенная на слои (“ламиниа” – слой). Течение называется ламинарным.

Итак, выяснили, что при течении жидкости из узкой части в широкую или наоборот, скорость изменяется, следовательно, жидкость движется с ускорением. А что является причиной возникновения ускорения? Какая же сила сообщает ускорение? Этой силой может быть только разность сил давления жидкости в широкой и узкой частях трубы. К этому выводу впервые пришел академик Петербургской академии наук Даниил Бернулли в 1726 году, и закон теперь носит его имя.

Уравнение Бернулли показывает, что давление текущей жидкости или газа больше там, где скорость меньше, и давление меньше там, где скорость течения больше. Закон Бернулли - это следствие закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной и несжимаемой жидкости.

Обсуждение текста.

Вопросы для обсуждения.

1. Почему в узких частях трубы скорость движения жидкости больше, чем в широких?

2. Сформулируйте закон Бернулли?

3. Можно ли считать, что закон Бернулли является следствием закона сохранения энергии?

4. Справедлив ли закон Бернулли для газов?

Этот, казалось бы, парадоксальный вывод подтверждается простыми опытами.

ФЭЗ №1. Возьмите лист бумаги, и подуть вдоль него. Что вы наблюдаете? Бумага поднимется вверх, в ту сторону, вдоль которой проходит поток воздуха. Все очень просто. Объясните.

Ответ. Как говорит закон Бернулли, там, где скорость выше, давление меньше. Значит, вдоль поверхности листа, где проходит поток воздуха, давление меньше, а снизу листа, где потока воздуха нет, давление больше. Вот лист и поднимается в ту сторону, где давление меньше, т.е. туда, где проходит поток воздуха.

ФЭЗ №2. Продуваем воздух между двумя полосками бумаги, они сближаются? Объясните.

Демонстрационный эксперимент №2. «Парящий шарик».

В струю воздуха положить легкий теннисный шарик, он будет «плясать», даже если струю воздуха расположить слегка наклонно. Почему?

Ответ. Скорость воздушной струи, создаваемой феном, большая, значит давление в этой области низкое. Скорость воздуха во всей комнате небольшая, значит давление – высокое. Область высокого давления не даст шарику упасть из области низкого.

Демонстрационный эксперимент №3.

Что произойдёт, если под одну из чашек уравновешенных весов направить струю воздуха из трубки? Ответ проверим на опыте.

Ответ. Равновесие весов нарушится. Скорость воздушной струи, создаваемой феном, большая, значит давление в этой области низкое. Скорость воздуха во всей комнате небольшая, значит давление – высокое.

Демонстрационный эксперимент №4.

Напротив воронки зажигаем свечу. Через воронку продуваем воздух, пламя свечи отклоняется в сторону воронки.

Закрепление изученного материала.

Описанный эффект находит широкое применение в быту и в технике. Как пример можно рассмотреть краскопульт или аэрограф. В них используются две трубки, одна большего сечения, другая меньшего. Та, которая большего диаметра, присоединена к емкости с краской, по той, что меньшего сечения, проходит с большой скоростью воздух. Благодаря возникающей разности давлений краска попадает в поток воздуха и переносится этим потоком на поверхность, которая должна быть окрашена.

Заболоченная местность соединяется канавами с рекой. Течение в реке есть, в болоте нет. Опять возникает разность давлений, и река начинает высасывать воду из заболоченной местности. Происходит в чистом виде демонстрация работы закона физики.

Воздействие этого эффекта может носить и разрушительный характер. Капитаны морских и речных судов прекрасно знакомы с коварным проявлением уравнения Бернулли.

Задача№1.

Осенью 1912 г. с океанским пароходом «Олимпик» (тогда одним из величайших в мире судов) произошел следующий случай. «Олимпик» плыл в открытом море, а почти параллельно ему, на расстоянии сотни метров, проходил с большой скоростью другой корабль, гораздо меньший, броненосный крейсер «Гаук». Когда оба судна заняли положение, изображенное на рис.1, произошло нечто неожиданное: меньшее судно стремительно свернуло с пути, словно повинуясь какой-то неведомой силе, повернулось носом к большому пароходу и, не слушаясь руля, двинулось почти прямо на него. Произошло столкновение. «Гаук» врезался носом в бок «Олимпика»; удар был так силен, что «Гаук» проделал в борту «Олимпик» большую пробоину. Когда этот странный случай рассматривался в морском судне, виновной стороной был признан капитан гиганта «Олимпик», так как, - гласило постановление суда, - он не отдал никаких распоряжений уступить дорогу идущему наперерез «Гауку». Суд не рассмотрел здесь, следовательно, ничего необычайного: простая нераспорядительность капитана, не больше. А между тем, имело место совершенно непредвиденное обстоятельство: случай взаимного притяжения судов на море.

Ответ. Если два корабля идут параллельным курсом слишком близко один к другому, возникает гидродинамическая сила, толкающая их друг к другу, в результате чего может произойти кораблекрушение. Формула Бернулли позволяет понять, почему возникает эта сила: относительная скорость воды между судами будет больше, чем снаружи, давление воды на корабли в пространстве между ними окажется ниже, чем извне. Перепад давлений по разные стороны кораблей создает силу, толкающую их друг к другу.

Задача №2. Встречные поезда. Скоростные поезда при встрече должны замедлить ход, иначе стекла в вагонах разобьются. Почему? В какую сторону при этом выпадают стекла: внутрь вагонов или наружу? Может ли случиться подобное, если поезда движутся в одном направлении? Будет ли вас притягивать к поезду или отталкивать от него, если вы окажетесь слишком близко от быстро идущего поезда?

Задача №3. Зонт и ветер. В дождливую ветряную погоду, каждый из нас замечал, что раскрытые зонтики иногда «выворачиваются наизнанку». Почему это происходит? Аналогичное действие производит на крыши домов сильный ураган.

4. Самостоятельная работа.

Задача №1. Почему, спускаясь на лодке по реке, плывут посредине реки, а поднимаясь, стараются держаться берега?

Ответ. Это связано с тем, что скорость течения в разных точках различна: скорость течения реки посредине реки больше, чем у берегов. Поэтому при спуске плывут посредине реки, что облегчает спуск, т. к. к скорости лодки прибавляется скорость течения реки. При подъеме стараются держаться берега, чтобы течение реки не сильно сносило лодку, т.к. скорость движения лодки при этом уменьшается на величину скорости течения реки.

Задача №2. Почему сильный ветер вздымает высоко над землей сухие листья?

Ответ. Благодаря большой скорости воздушного потока давление воздуха на поверхности этих предметов становится меньше атмосферного, т. к. чем больше скорость воздуха, тем меньше его давление. Под листьями давление атмосферное. Вследствие разности давлений возникает подъемная сила, которая и поднимает листья над землей.

5.Рефлексия «Пора делать выводы».

+ Я сам _____________________________

? Самым трудным  было ________________

! Есть предложение ____________________

6. Домашнее задание.  Г. П. Степанова "Сборник задач по физике" задачи №471, №472, № 475, №480.

Презентация к уроку.
PPTX / 1.55 Мб

Литература:

1) Из школы во вселенную. – М.: Молодая гвардия, 1976.-с.169.

2) Справочник школьника (Москва 1997)

3) Энциклопедия для детей (Аванта+ 2000)

4) http://fb.ru/article/43705/zakon-bernulli-prosto-i-dohodchivo

5) Г. П. Степанова "Сборник задач по физике" М., "Просвещение", 1995г.

6. infourok.ru/konspekt-uroka-po-fizike-zakon-bernulli-1284347.html

7.kopilkaurokov.ru/fizika/prochee/mietodichieskaia-r...orii-v-kursie-fiziki

8.www.CoolReferat.com/Изучение_материала_по_теме_Гидростатика_часть=3