Урок фізики в 7 класі "Сполучені посудини. Манометри"

7 клас                                                                Урок _________                             Дата __________

Тема.              Сполучені  посудини. Манометри

Мета: навчальна: з'ясувати закономірність встановлення рівня рідин у сполучених посудинах, пояснити принцип дії водопроводу, шлюзів, гідравлічного пресу;

розвивальна: сформувати вміння пояснювати факти на основі причинно-наслідкових зв’язків, розвивати логічне мислення, кругозір учнів щодо практичного застосування принципу сполучених посудин, розвивати інтерес до експериментування, розвивати вміння аналізувати, зіставляти;
виховна: виховувати уважність, необхідність дотримання правил техніки безпеки, відчуття відповідальності, взаємодопомоги, навики групової роботи, колективізм.

Тип уроку: комбінований урок.

Обладнання та наочність::  «рідинний манометр», металевий манометр, груша, U-подібна трубка,  вода, олія, посудина, прилад «сполучені посудини», підфарбована вода, підручник, презентація.

Демонстрації: модель сполучених посудин;  рівновага рідини у сполучених посудинах; фрагмент відеофільму «Сполучені посудини»

ХІД УРОКУ

І.  Організаційний момент

II. Перевірка домашнього завдання

Фізичний диктант.  

1. Яким символом позначається тиск?
2. Запишіть формулу для визначення тиску твердих тіл?
3. Запишіть формулу для визначення тиску рідин і газів?
4. У яких одиницях в СІ вимірюється тиск?
5. Назвіть одиницю вимірювання сили тиску?
6. Назвіть позасистемну одиницю атмосферного тиску?
7. Хто із вчених перший виміряв атмосферний тиск?
8. Нормальний атмосферний тиск – це тиск    … мм рт.ст., … кПа
9. Назвіть прилад для вимірювання атмосферного тиску.
10. 5 кПа= ?  Па  
11. 60000 Па = ?   кПа
12. Який із трьох однакових брусків чинить на стіл більший тиск?

III. Мотивація навчальної діяльності.

Девізом уроку будуть слова відомого вченого Арістотеля: «Розум полягає не лише у знанні, а й у вмінні застосовувати ці знання.»

Шановні діти, ви вивчали теми «Тиск твердих тіл. Тиск рідин і газів. Атмосферний тиск». На уроках ви ознайомилися з тиском. Сьогоднішній урок у нас з вами також незвичайний. Ніхто із вас не отримає низьких балів, за умови, якщо ви будете уважними й активними на уроці, уміло застосовуватимете свої знання.

Ми маємо пам’ятати основні правила уроку:

• Хочу все знати, буду уважним, старанним, буду активним.
• Знаю сам – навчу того, хто не знає, допоможу йому.
• Щоб добре все знати – ми будемо міркувати, а також рахувати. Задачі розв’язувати, свій розум розвивати.
   

IV. Актуалізація опорних знань та умінь

Щоб розпочати наш урок, потрібно розшифрувати тему уроку:
Спін-ін+оля-я+учень-ь+іполя-ля+суд+инь-ь+и (сполучені посудини)
(шифровка розміщена на дошці)

Кожного дня ми користуємося водогоном. А чи знаєте ви, як він працює, чому з крана біжить вода, коли ми його відкриваємо? Спробуємо дізнатися, як власне працює водогін, використовуючи властивості сполучених посудин.

V. Вивчення нового матеріалу

План викладання нового матеріалу (за §26)

1. Сполучені посудини
2. Застосування сполучених посудин
3. Манометри

1. Сполучені посудини

• Розглянемо U-подібну трубку. В одне коліно наливаємо воду (що бачимо?, нахиляємо трубку…). U-подібна трубка є прикладом сполучених посудин.

•                   Посудини, що мають загальну частину, що з'єднує їх, називають сполученими.

Наллємо в шкільний прилад «сполучені посудини» підфарбовану воду. Ми помічаємо, що у сполучених посудинах будь-якої форми поверхня рідини встановлюється на одному рівні.

Це легко пояснити, користуючись формулою р=ρgh. Справді, якщо подумки проведемо через середину трубки, що з'єднує дві посудини, вертикальну площину, то тиски ліворуч і праворуч від площини будуть рівні відповідно р₁ й р₂. Оскільки рідина не перетікає з посудини в посудину, то    р₁ = р₂, отже, ρgh₁=ρgh_2,  тобто  h₁=h₂

• Нерухома однорідна рідина у сполучених посудинах будь-якої форми встановлюється на одному рівні.

Якщо в сполучені посудини налиті різні рідини, що не змішуються, то рівень рідин у посудинах може бути не однаковим.

З умови р₁ = р₂, випливає, що  ρ₁gh₁=ρ₂gh_2,  тобто 

=

•             У сполучених посудинах висоти шарів рідин обернено пропорційні густинам цих рідин.

2. Застосування сполучених посудин

Сполучені посудини широко застосовуються в побуті й техніці. Відомий усім чайник являє собою дві сполучені посудини.

За принципом сполучених посудин діють системи водопроводів. Обов'язковим елементом такої системи є водонапірна вежа – резервуар, піднятий на таку висоту, щоб рівень води в ньому був вище

споруд, до яких подається вода.

За принципом сполучених посудин працюють і шлюзи, за допомогою яких судна долають перешкоди на ріках: пороги, греблі й ін.

Неподалік від С.-Петербурга знаходиться Петергоф – ансамбль парків, палаців і фонтанів. Це єдиний ансамбль у світі, фонтани якого (їх понад 100) працюють без насосів і складних водонапірних споруджень. Тут використовується принцип сполучених посудин – різниця в рівнях, на яких розташовані фонтани й ставки-водосховища.

2. Манометри

Відкритий рідинний манометр

Рівень рідини в сполучених посудинах залежить від зовнішнього тиску. Це явище використане для побудови рідинних манометрів –  приладів для вимірювання тиску.                    

Рідинний манометр складається з металевого або дерев'яного  вертикального корпуса, на якому закріплена U-подібна скляна трубка й шкала для вимірювання висоти рівня рідини в кожному коліні трубки.                                            

На рисунку ви бачите U-подібний манометр із підфарбованою водою. Правий його кінець сполучається з атмосферою. За допомогою шланга до манометра приєднана посудина, що на початку досліду теж сполучається з атмосферою. При цьому рівні води в манометрі перебувають біля відмітки 0 см. Потім, відкачуючи насосом повітря, зменшують його тиск у посудині. При цьому вода в манометрі зміщується вліво. З'ясуємо, чому це відбувається.

У манометрі на ліву поверхню води діє атмосферний тиск, а на праву – менший тиск. Через нерівність тисків вода й зміщується вліво. Змістившись, вода зупиняється, отже, тиск ліворуч дорівнює тиску праворуч. Прирівняємо ці тиски:

р_{атм. +}  ρgh_лів  = ρgh_прав + р_{посудина,}

У лівій частині цієї рівності записана сума тиску в посудині й тиску стовпа води ліворуч. У правій частині рівності – сума атмосферного тиску й тиску стовпа води праворуч.

Звідси:   р_{посудина} = р_атм - ρg∆h.

Рівність показує, що щодо атмосферного тиску тиск у посудині зменшився на ρg∆h. Це значення ми дізналися саме завдяки манометру.  Легко підрахувати й абсолютний тиск у посудині півставивши чисельні значення.

Отже, U-подібна трубка, заповнена рідиною, є приладом для вимірювання тиску –  відкритим рідинним манометром.

Манометр  -  від грец. manos – рідкий, нещільний та metron – міра, вимірювати.

Манометри широко застосовують у техніці, промисловості, на транспорті.

 Металевий манометр

Рідинний U-подібний манометр незручний для вимірів, тому що дозволяє одержувати значення тиску не відразу, а лише після деяких обчислень, крім того, рідину необхідно наливати до певного рівня. Із цієї причини в техніці набули поширення так звані металеві деформаційні манометри, що відразу показують вимірюваний тиск.                                                     

В основі роботи деформаційного манометра лежить деформація (вигин) пружної дугоподібної трубки 1 (див. рисунок). За допомогою двох тяг 2 рух кінців трубки передається стрілці 3, що закріплена на осі 4. Кінець стрілки пересувається по шкалі 5. Трубка, стрілка й шкала поміщені усередину корпуса 6. При збільшенні тиску газу усередині трубки її кінці розпрямляються й викликають зміщення стрілки вправо по шкалі. При зменшенні тиску під дією сил пружності, що діють у стінках трубки, стрілка зміститься у зворотному напрямку.

Шкала манометра проградуйована в паскалях, кілопаскалях або атмосферах (атм).

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу             

1.  Яку властивість рідин і газів пояснює дія закону Паскаля?
2. Які приклади сполучених посудин ви можете навести?
3. Як розташовується однорідна рідина в сполучених посудинах?
4. Як зміниться розташування рівнів у сполучених посудин для неоднорідних рідин?
5. Яке практичне застосування сполучених посудин? Наведіть приклади сполучених посудин у побуті.
6. Які манометри ми розглянули сьогодні?

VІ. Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв'язувати задачі

1. У лівому коліні заповнених водою сполучених посудин над водою знаходиться шар гасу висотою h_г = 10 см. В якому з колін рівень рідини вище? На скільки?

Розв'язок

Вода      Гас

У всіх точках однієї й тієї ж рідини, що лежать на одному рівні, тиск однаковий (інакше відбувалося б перетікання рідини). Прирівнюючи тиски в точках  А і В (див. рис.), одержуємо

р_А = р_В, випливає, що  ρ₁gh₁=ρ₂gh_2,  тобто 

= .       Звідси    h_{в =}   h_г.

Таким чином, у лівому коліні рівень рідини вище на     

∆h =   ∙10 см = 2 см.

Відповідь: у правому коліні рівень рідини вище на 2 см.

2. В U-подібну трубку налили ртуть. У ліву трубку долили 20 см гасу. Скільки води необхідно долити в праву трубку, щоб поверхні ртуті в трубках були на одному рівні?

2. Поміркуй і відповідай

1. На рисунку показана морська бухта з підводною печерою. На якого з водолазів вода буде чинити більший тиск: на того, котрий перебуває у відкритому морі, чи на того, котрий перебуває в печері?

Відповідь: тиск води в печері дорівнює тиску води у відкритому морі.  (Здавалося б, що тиск води на дні підводної печери менший, ніж на дні відкритого моря. Проте, якби це дійсно було так, то внаслідок більшого тиску вода б з моря ринула до печери. Але цього не відбувається. Згідно із законом Паскаля: тиск усередині нерухомої однорідної рідини на одному рівні є однаковим.)

2. Чи  справедливий закон сполучених посудин в умовах невагомості?

3. Чому водонапірна башта повинна бути вище будинків, які забезпечуються водою із цієї башти?

VІІ. Підбиття підсумків уроку

VІІІ. Домашнє завдання

Прочитати  §26, відповідати на запитання с.173.

Розв'язати вправа № 26  завдання  1,4 м. 173.