Урок "Фізика і повітряні кульки"

Тема: Фізика і повітряні кульки.

Мета уроку: систематизувати та узагальнити знання з теми «Молекулярна фізика», проконтролювати рівень засвоєння матеріалу;

розвивати вміння спостерігати, аналізувати, робити висновки, розвивати ініціативу та впевненість у собі, розвивати культуру співкування;

виховувати інтерес до знань і прагнення їх здобути, наполегливість до досягнення мети.

Тип уроку: урок застосування знань, умінь і навичок.

Обладнання: мультимедійний проектор, повітряні кульки, матеріали для проведення дослідів, композиції з повітряних кульок, виконані учнями.

                Мистецтво експериментатора полягає в тому, щоб уміти                     ставити природі запитання і розуміти її відповіді.

                                                                                       Майкл Фарадей                         

                                                     Перебіг уроку.                              

1. Організаційний момент.

2. Повідомлення теми і мети уроку. Мотивація навчальної діяльності.

Урок розпочинається демонстрацією фрагменту мультфільму про Вінні Пуха

(Вінні Пух на прогулянці з повітряною кулькою).

Здогадалися, про що ми сьогодні будемо говорити ?

Спираючись на знання учнів, проводять коротку бесіду з історії винайдення повітряних кульок, учні демонструють відеопрезентацію про використання повітряних кульок, коротко розповідають про аеродизайн.

За допомогою повітряних кульок можна також провести багато фізичних дослідів.

3. Актуалізація опорних знань.

Методом фронтальної бесіди повторюють питання: молекулярна фізика, основні положення МКТ, основні властивості газів, рідин, твердих тіл; пояснення цих властивостей та відмінність газів від рідин і твердих тіл; механізм виникнення тиску газу з поглядів МКТ, деформації, види деформацій.

4. Повторення матеріалу та перевірка засвоєння знань.

- демонстрація дослідів, учні спостерігають, частково повторюють досліди та дають відповіді на поставлені запитання (додаток 1);

- перегляд відеопрезентації про властивості гуми;

- виконання самостійної роботи (додаток 2);

- перегляд відеопрезентації щодо цікавих фактів про повітряні кульки.

5. Підведення підсумків уроку, виставлення і обґрунтування оцінок учнів за роботу на уроці.

6. Домашнє завдання: описати та пояснити досліди, що проводились на уроці.

                                                                                                                  Додаток 1

     Дослід 1.

1. Візьмемо порожню пляшку (скляну або пластикову), надінемо на її горлечко повітряну кульку.
2. Пляшку з надітою на неї кулькою підставимо під струмінь гарячої води.

Можна також занурити пляшку в гарячу воду (кулька при цьому повинна залишатись над поверхнею води).

Ми помічаємо, як роздувається кулька, після прогрівання пляшки.

3. Витягнемо  кульку з гарячої води і підставимо її під струмінь холодної води.

Ми помічаємо, що розміри кульки, почали зменшуватися.

Запитання: поясніть, чому кулька під час нагрівання пляшки роздувається?

(Під час нагрівання скляної пляшки із гумовою кулькою повітря в ній розширюється. Еластична гумова кулька розтягується і збільшує свій об’єм. Це відбувається до тих пір, доки сила тиску повітря в кульці не зрівноважить силу зовнішнього тиску. Спочатку тиск повітря в кульці перевищує тиск із зовні, тому кулька роздувається доти, доки тиск з обох боків гумової оболонки не стане однаковим).

Запитання: що відбудеться, якщо надуту повітряну кульку покласти на деякий час у холодильник?

Дослід 2. Склянка і кулька.

1. Наповнимо склянку водою і притиснемо до країв склянки надуту повітряну кульку.
2. Підтримуючи кульку, перевернемо склянку доверху дном і обережно віднімемо руку. Кулька тримається знизу перевернутої посудини, а вода з посудини не виливається.

Запитання: чому вода не виливається з перевернутої посудини, а кулька притиснута до її країв?

(Під час перевертання посудини під вагою води, гума на поверхні кульки прогинається вниз. Це спричинює розширення невеликої кількості повітря, яке міститься в посудині над водою. Таким чином, на повітряну кульку діє зсередини посудини тиск розширеного повітря, який менший за тиск атмосферного повітря, та тиск води. Ззовні діє атмосферний тиск, який притискає кульку до посудини).

Повідомлення.

             До речі, чи знаєте ви, чому мухи запросто мандрують стелею, пересуваються по вертикальних стінах? Виявляється на лапках у них є маленькі  присоски, тому атмосферний тиск втримує мух навіть у найбільш незручних для звичайного ходіння місцях.

             Спрут, який живе в океанських глибинах, своїми щупальцями хапає здобич і міцно втримує її. На кінцях щупалець спрута також є присоски – вони схожі на невеликі чашечки з кільцевими м’язами. Коли спрут хоче схопити жертву, він за допомогою м’язів звужує присосок і притискає його до тіла здобичі. Після цього він розслабляє м’язи, а зовнішній тиск забезпечує міцне прикріплення присосків. Тобто для того, щоб утримувати здобич, спруту навіть не потрібно напружувати м’язи!

   Що ж таке атмосфера? Це шар повітря, який оточує нашу Землю. Його товщина близько 1000 км. Атмосфера тисне на всі тіла, які є на Землі.

     Ми живемо на дні повітряного океану. Підраховано, що на кожний квадратний сантиметр поверхні повітря тисне так само, як і гиря масою 1кг. Доросла людина витримує силу тиску, що дорівнює силі тяжіння близько

15 т, і навіть не помічає цього. Пояснюється це тим, що всередині нашого тіла, як і всіх живих істот, знаходиться повітря під таким самим тиском. Тобто зовнішній тиск врівноважується внутрішнім, і ми його не помічаємо. Так само тиск повітря в надутій повітряній кульці врівноважує одночасно атмосферний тиск і тиск пружної гумової оболонки.

Запитання: Як зміниться час утримання води в склянці, якщо воду кімнатної температури замінити на гарячу?

Дослід 3. «Вперта кулька або чарівна пляшка»

1. Натягнемо повітряну кульку на горлечко  пластикової пляшки, проштовхнемо  її всередину і спробуємо надути кульку.

Запитання: чому кулька «не бажає» розширюватися всередині пляшки?

(При збільшенні об’єму кульки, повітря в пляшці стискається, тиск збільшується (закон Бойля-Маріотта: тиск обернено пропорційний його об’єму))

Дослід 4. «Повітряний поцілунок»

1. Підвісимо дві однакові надуті кульки за довгі нитки так, щоб відстань між ними  була приблизно 20-30 см.
2. Подуємо в трубочку (від коктейлю) так, щоб струмінь повітря був спрямований посередині між кульками.

Ми побачимо, що поки ми продуваємо повітря між кульками, вони         притягуються одна до одної. Як тільки ми припиняємо дути, кульки знову розходяться на початкову відстань.

Запитання: чому кульки притягуються, якщо між ними рухається струмінь повітря? Чому, коли рух повітря між кульками припиняється, вони «повертаються на місце»?

(Це явище пояснюється законом Бернуллі: в тих частинах струменя, де швидкість газу чи рідини більша, тиск менший. Коли між кульками рухається струмінь повітря, тиск у нерухомому повітрі навколо кульок більший, ніж тиск усередині повітряного струменя. Тому повітря із зовнішніх шарів штовхає кульки одна до одної. Коли рух повітря припиняється, тиск між кульками і навколо них стає однаковим, тому кульки не відхиляються).

Запитання: Пригадайте, коли рухається потяг або трамвай, дорослі не дозволяють дітям наближатися до колії. Чому?

(Коли рухається потяг або трамвай, то шари повітря рухаються разом з ними. У шарах повітря, які рухаються, тиск менший, ніж у спокійному середовищі навколо.  Тому з боку нерухомого повітря на тіла діє сила, яка штовхає їх у потік повітря, що рухається разом з потягом).

Чому в селі, коли дмуть сильні вітри, селяни намагаються відчинити двері на горищі з протилежних боків?

(При сильному вітру над дахами будинків виникають рухомі шари повітря. Якщо вікна й двері на горищі зачинені, то повітря на горищі нерухоме, тому його тиск більший, ніж ззовні. Отже, виникає сила, яка зсередини піднімає дах. Якщо відчинити дверей вікна з протилежних боків, струмінь повітря ввійде всередину, і тиски зрівняються.)

Дослід 5. Дослідження кульки на міцність

1. Повітряну кульку кладемо на дошку з рівномірно набитими цвяхами.
2. Обережно зверху притискаємо кульку. Збільшуємо тиск.

Запитання: Чому кулька тільки сплющується під натиском, але не тріскає?

(Через велику кількість загострень, з якими стикається кулька,  тиск на оболонку кульки є незначним, допустимим для тонкої гуми. Повітряна кулька на цвяхах витримує навантаження до 6 кг)

      3. Попробуємо голкою проколоти кульку, щоб вона не тріснула.

(Це можна зробити таким чином: з боків, де гума сильно розтягнута, приклеюємо кусочок скочу і проколюємо кульку в цьому місці – так роблять клоуни в цирку; там, де гума не натягнута або найбільш товста – біля нитки або біля верхівки).

Дослід 6. Кулька і свічка.

1. Підносимо надуту кульку до полум’я свічки. Звичайно, кулька тріскає.
2. Наливаємо в кульку трішки води, надуваємо кульку і знову вносимо в полум’я свічки. Спостерігаємо, що кулька не тріскає, лише вкривається кіптявою.

Запитання: Чому надута з водою кулька не тріскає, коли її піднести до полум’я свічки?

(Вода має малу теплопровідність і все тепло, отримане від полум’я, йде на нагрівання води. Температура оболонки, поки в ній є вода, не буде вищою

100 °С, тобто не досягне температури горіння гуми).

Дослід 7. Кулька в банці.

1. Наливаємо в кульку води стільки, щоб  кулька з водою була трохи більша горловини трьохлітрової банки.
2. Підпалюємо листок паперу і кидаємо в банку.
3. Кладемо кульку на горловину банки. Кулька втягується в банку.

Запитання: Чому кулька втягується в банку?

(Повітря в банці нагрівається. Коли на банку покласти кульку, вона перекриває доступ кисню, горіння припиняється. Густина гарячого повітря

менша густини холодного. Температура повітря в банці зменшується, об’єм зменшується – кулька втягується всередину).

Дослід 8. Сполучені кульки.

1. Підготуємо дві кульки і трубку. Надуваємо кульки так, щоб одна з них була більшою, і затиснемо прищіпкою отвори кульок таким чином, щоб краї отворів кульок можна було натягнути на трубку.
2. Надінемо кульки із затиснутими отворами на трубку.
3. Одночасно знімемо прищіпки з обох кульок. Спостерігаємо, що повітря перерозподіляється між сполученими кульками.

Запитання: Чому більша кулька збільшується, а менша зменшується?

(Тиск газу залежить від кривизни поверхні, тобто від радіуса сфери: чим менший радіус, тим більший тиск. Крім того, всім відомо, як важко починати надувати кульку, але, коли «мертва» точка досягнута, далі вона надувається легко. Отже, і пружність гуми відіграє певну роль).

                                                                                                                 Додаток 2

                      Хоча слова «так» і «ні» дуже короткі, але вони вимагають      серйозних роздумів

                                                                                                            Піфагор

1. Молекулярна фізика – розділ фізики, що вивчає властивості тіл у різних агрегатних станах на основі розгляду їх мікроскопічної (молекулярної) будови (так).

2. Речовини складаються з молекул, молекули  –  з атомів (так).

3. Сильно надута і щільно зав’язана повітряна кулька виявляється через кілька днів здутою. Це пояснюється  явищем броунівського руху (ні).

4. Якщо надуту повітряну кульку  покласти на деякий час в холодильник, то об’єм кульки збільшиться (ні).

5. Якби ми виміряли об’єм повітряної кульки на рівні моря, а потім спустилися в шахту, то помітили б, що в шахті об’єм кульки зменшився. На великій висоті розміри кульки збільшаться (так).

6. Пружність – це властивість речовини повністю відновлювати свою форму після того, як дія деформуючої сили припиняється (так).

7. Еластичність – це властивість речовини під дією невеликого навантаження сильно змінювати свою форму (так).

8. Стан  газу характеризується тиском, об’ємом, температурою (так).

9. Якщо відпустити кульку, надуту гелієм, вона полетить вверх. Це пояснюється тим, що густина гелію більша за густину повітря (ні).

10. Винахідником сучасної повітряної кульки з каучуку  вважають англійського фізика та хіміка Майкла Фарадея (так).

Використані джерела

1. Білоус С.Ю. Фізика повітряної кульки: 7, 9 кл. – К.:Вид.дім «Шкіл. світ»:

Вид. Л.Галіцина, 2005. – 128 с. – (Б-ка «Шкіл. світу»).

2. Корч І. Повітряні кульки //Колосок.  –  2019.  –  №3.

3. Онищук О.В., Махотнюк Е. Х. Фізика навколо нас.: Збірник задач-запитань. – Вінниця: ОІПОПП, 1994, ‒ 72 с.

4. Старощук В. Цікаві демонстрації з фізики. Частина І. – Тернопіль: Навчальна книга – Богдан, 2002. – 104 с.

5. Фізика (рівень стандарту, за навч. програмою авт. колективу під керівництвом Ляшенка О.І.) : підруч. для 10-го кл. закл. заг. серед. освіти /

В.Д. Сиротюк. – Київ : Генеза, 2018. – 256 с.