Сообщающиеся сосуды и их применение

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«Средняя общеобразовательная школа с.Красавка
Самойловского района Саратовской области
Работу выполнила: Кузнецова Т.Н.
учитель физики МОУ СОШ с.Красавка
Задачи урока:
сформировать понятие о сообщающихся сосудах и их свойстве;
еще раз вспомнить закон Паскаля и зависимость давления жидкости от высоты
ее столба и плотности, с целью развития кругозора учащихся;
познакомить их с дополнительной литературой и практическим применением
свойства сообщающихся сосудов.
U - образная трубка,
(две стеклянные трубки, соединенные резиновым шлангом с зажимом посередине),
сосуд с двумя отверстиями для пробок, лейка,
стеклянные сообщающиеся сосуды разной формы,
самодельные фонтаны, модели лодок,
действующая модель водоснабжения, сделанные учащимися,
кодограмма «Шлюзование», жидкостный манометр,
стенд «Сегодня на уроке», таблица «Схема водоснабжения».
Урок провожу в форме игры. Класс разбиваю на две команды. В ходе урока
три члена жюри, выбранные учащимися на предыдущем уроке, определяют
личные и командные успехи (по числу полученных цветных жетонов,
выданных за каждый правильный ответ и активное участие на уроке; красный
жетон — 5 очков, зеленый — 4, синий — 3).
Ход урока
Показываю через эпидиаскоп рис. 1 и читаю задачу.
Рис. I.
Задача:
Рыбак для сохранения пойманной рыбы живой сделал в своей лодке усовершенствование: он отделил
часть лодки, поставив две вертикальные перегородки, и в отгороженной части сделал отверстие в дне. Не
зальет ли лодку и не потонет ли она, если спустить ее в воду? — думал он перед испытанием своего
усовершенствования. А как думаете вы?
(Класс выслушивает мнения ребят.)
Учитель. Чтобы дать точный ответ на эти вопросы, нам придется вспомнить кое-что из
изученного по физике и узнать нечто новое.
Фронтальный опрос.
Вопросы:
Как читается закон Паскаля?
По какой формуле можно найти давление?
По какой формуле рассчитывают силу давления?
А как определить давление жидкости на любой глубине в ней?
От чего же зависит давление?
(Выслушиваем ответы.)
Учитель. Запомним эту информацию, она нам сегодня пригодится!
Учитель. Перед вами на столе сообщающиеся сосуды: это U -образная трубка или две
стеклянные трубки, соединенные резиновым шлангом (показываю). Перекрою шланг зажимом; налью воду в трубки: в одну побольше, в другую — меньше. Вода в трубках находится на разных высотах.
Что будет с ней, если открыть зажим? (Выслушиваю ответы.)
Давайте проверим ваши предположения. (Открываю зажим.)
Видите: жидкость начала перетекать. Но почему? Обратимся к рис. 2
Рис 2.
Предположим, что в нижней части трубки стоит перегородка аЬ.
Теперь ответьте на вопросы:
Одинаковые ли давления оказывают столбики жидкости справа и слева на перегородку?
От чего зависит давление на нее ?
Итак, давления разные, так как высоты столбов жидкости разные.
Будет ли в равновесии перегородка, если давления справа и слева неодинаковы? (Нет, не
будет.)
И каково следствие этого? (Жидкость перетекает.)
И как долго она будет перетекать? (До тех пор, пока давления на перегородку справа и
слева не станут равными.)
А что можно сказать об уровнях жидкости в обоих коленах сообщающихся сосудов, если
движения жидкости в ней нет? (В покоящейся жидкости уровни будут одинаковы, т.е.
должны находиться на равной высоте.)
Мы пришли к важному выводу.
Сформулируем его. (Выслушиваю ответы.)
Верно: в сообщающихся сосудах свободная поверхность покоящейся жидкости находится
на одном уровне.
Выясним, во всех ли сосудах этот вывод соблюдается. (Показываю несколько разных
сообщающихся сосудов с водой.)
А теперь посмотрите опыт со стеклянным сосудом, имеющим два горлышка. (Наливаю
жидкость до краев; закрываю одну горловину резиновой пробкой (рис. 3) и выбираю немного воды пипеткой из открытой горловины; учащиеся наблюдают нарушение одинаковости уровней жидкости в горловинах — сообщающихся сосудах.)
Рис. 3.
Почему же нарушилась одинаковость уровней жидкости в данном случае? Вспомните
опыт с перевернутым стаканом, наполненным водой, и проведите аналогию. (Пауза.)
Давайте рассуждать: выбирая пипеткой воду из горловины, мы понизили уровень воды в
сообщающихся сосудах. В трубке, закрытой резиновой пробкой, создалось некоторое разреженное пространство, которое и явилось причиной нарушения одинаковости уровней.
Если уровни однородной жидкости в сообщающихся сосудах неодинаковы, то что можно
сказать о давлении над жидкостью в обоих коленах? (Они разные.)
Значит, когда давления над поверхностями жидкости в разных коленах сообщающихся
сосудов разные, то уровни жидкости не будут находиться на одной высоте.
Теперь нам придется уточнить формулировку сделанного ранее вывода о свойствах сообщающихся сосудов. Она будет звучать так:
в сообщающихся сосудах свободная поверхность однородной жидкости устанавливается
на одном уровне, если давление над жидкостью одинаково.
Учитель. Показываю вам опыт с разнородными, т.е. разными жидкостями (рис. 4),
налитыми в сообщающиеся сосуды. В одном колене вода, в другом керосин (делаю опыт).
Что вы увидели? (Разнородные жидкости установились на разных уровнях.)
Рис. 4.
Откройте учебник, найдите таблицу плотностей и определите, у какой жидкости плотность
больше. (Плотность воды больше, чем керосина.)
А теперь, зная свойство сообщающихся сосудов и формулу для расчета давления
жидкости, выведите зависимость между высотой уровня и плотностью жидкости в
коленах сообщающихся сосудов.
(К доске вызываю ученика, который делает вывод на обратной ее стороне; класс же
работает самостоятельно.
На доске появляется запись:
Учитель (обращаясь к учащимся). Сверьте свои выводы с записью на доске.
А теперь сформулируйте словами тот физический вывод, который вы получили. (Выслушиваю ответы)
Суммирование новой информации
Учитель. Кто сделает общий вывод по новому материалу? (Выслушиваю ответы.) Верно: в
сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне, если
давление над ней одинаково.
Если жидкости разнородны, то свободные поверхности жидкостей устанавливаются не на
одном уровне. В этом случае высоты столбов жидкостей обратно пропорциональны
плотностям при одинаковом давлении над жидкостям.
Использование новых знаний
Учитель. Демонстрирую еще один опыт (показываю его: в сообщающиеся трубки разной
формы налита вода — в одно колено чистая, в другое — подкрашенная; ученикам все это
не сообщается). Посмотрите на прибор. Что вы можете сказать об этих жидкостях? (Они
однородны, но разного цвета.)
Теперь возьмем сообщающиеся трубки разной ширины: широкую и узкую, причем конец
узкой трубки оттянут; нальем столько жидкости, чтобы ее поверхность располагалась на
уровне среза в узкой трубке. Что будет, если быстро поднять вверх широкое колено?
Предскажите и объясните свой прогноз. (Будет бить фонтан.)
А как высоко будет подниматься вода в фонтане?
(Отвечают: до уровня столба жидкости в поднятом колене. Показываю эксперимент и
спрашиваю: а что мы видим на опыте? Ученики отвечают: высота подъема воды в фонтане
ниже уровня воды в широком колене.)
Учитель. Почему ваши предсказания не совпали с опытом? Что мешает струе фонтана
подняться до уровня воды в широком колене? (Выслушиваю ответы.)
Верно: трение при движении жидкости по трубке и сопротивление воздуха.
Демонстрация моделей практической направленности
Учитель. Продемонстрирую вначале красочные модели действующих фонтанов, сделанные учащимися в предыдущие годы (выполняю сказанное).
А теперь покажу действующую модель водоснабжения дома (рис. 5), тоже изготовленную
учащимися в прошлые годы.
Рис. 5.
Так ли действует водопровод в современных городах? (Нет. Теперь нет водонапорным
башен, и вода в дома подается насосами.)
Действие шлюза — гидротехнического устройства, с помощью которого суда проходят из
водного бассейна с одним уровнем воды в другой — с иным уровнем — рассмотрите и
разберите по кодограмме. (На кодоскоп ставлю в определенной, последовательности
кодограммы, иллюстрирующие процесс шлюзования; они заранее подготовлены
учениками; ребята работают самостоятельно.)
Учитель. Выслушаем сообщение-рассказ ученика « О первом водопроводе в Риме,
подготовленное по книге Я.И.Перельмана «Занимательная физика» (1971. Ч. КС. 79). 3
Соревнование команд
Учитель задает вопросы команда поочередно, а жюри за ответы проставляет личные и
командные баллы.
Вопрос команде I. Вновь рассмотрит рис. 1. Что вы ответите рыбаку? (Отсек лодке и
русло реки представляют собой сообщающиеся сосуды. Вода, вливающаяся отсек, не
дойдет до края борта, а будет находиться на таком же уровне, как и в реке Лодку не зальет,
и она будет плавать. Показываю опыт с моделью лодки, о которой шла речь в задаче.)
Вопрос команде II. Горизонтальна ли по верхность воды в реке? А в озере? (В реке нет:
она наклоняется в сторону течения реки в озере — да.)
Вопрос команде I. Перед вами два кофейни ка одинаковой ширины, но один высокий
другой — низкий (рис. 6). Какой из ни вместительнее?
(Емкость кофейника и носик — сообщающиеся сосуды. Так как отверстия носиков
расположены на одной высоте, то низкий кофейник оказывается столь же вместительным,
как и высокий; жидкость в них входит только до уровня носика.)
Вопрос команде II. Во время ремонта актового зала школы возникла необходимость
наметить на стенах горизонтальную линию. Как это можно сделать, используя сообщающиеся сосуды? (Две стеклянные трубки, соединенные длинным резиновым шлангом,
заполнить водой. Держа одну из трубок у стены, сделать отметку уровня, отойти вместе с
другой трубкой и вновь сделать отметку; точки соединить. Операцию повторить.)
Учитель. Прошу жюри объявить предварительный счет команд. (Жюри объявляет.)
Продолжим соревнование.
Вызываются представители от каждой команды, которые должны решать задачи на доске
(с обратной ее стороны). Класс решает эти задачи в тетрадях.
Задача команде I. В сельской водопроводной башне бак находится на высоте 15 м.
Высота колонки, из которой берут воду, 1 м. Под каким давлением вода выходит из колонки? Где здесь сообщающиеся сосуды?
Задача команде II. В одной из подстанций московского водопровода водонапорный резервуар расположен на высоте 75 м над уровнем Москвы-реки. Определите давление в
водопроводном кране дома, если он находится на высоте 12 м над уровнем реки. Где здесь
сообщающиеся сосуды?
(Решения задач классом сверяются с решениями на доске; жюри выставляет личные и
командные баллы.)
Задание команде I. Откройте учебник и найдите рисунок с изображением водомерного
стекла парового котла. Объясните, опираясь на изученный сегодня материал, как
действует это устройство, дающее информацию об уровне воды в котле.
Задание команде II. Найдите в учебнике рисунок артезианского колодца. Рассмотрите его
и объясните, как и почему работает этот водоисточник, сам подающий наверх глубинную
воду.
Учитель. Слово предоставляется жюри. (Жюри объявляет оценки учащимся, ориентируясь
на набранные каждым разноцветные жетоны, и объявляет команду-победительницу.)
На дом даю вам такое задание: сделать и красиво оформить в соответствии со своей
фантазией любую из моделей; а) фонтан, б) оросительную систему для дачи, в) лодку для
рыбалки (типа рис. 1), г) системы водоснабжения, д) любого другого устройства,
действующего по принципу сообщающихся сосудов.
Я заметила: именно после этого урока у учащихся появляется творческий «огонек»,
который стремлюсь поддерживать и дальше.