Сообщающиеся сосуды
Цель урока: создать условия для усвоения учащимися понятия о сообщающихся сосудах и их свойстве; повторить закон Паскаля и зависимость давления жидкости от высоты ее столба и плотности. С целью развития кругозора учащихся познакомить их с практическим применением свойства сообщающихся сосудов.
Ход урока
1. Оргмомент
2. Проверка домашнего задания
3. Проверка усвоения ранее изученного материала
Какой закон проявляется на этом опыте? |
Почему вода вытекает из отверстий? Из чего следует, что давление воды увеличивается с глубиной? |
|
В трех сосудах с одинаковой площадью дна налита вода до одного уровня.
С одинаковой ли силой давит вода на дно этих сосудов? |
4. Изучение нового материала
В начале изучения нового материала я хочу продемонстрировать вам небольшой видеофрагмент.
Видео «Наводнение».
На фоне видеофильма
"Я видел гнев стихии водной...
Себя почуявши свободной,
И широка, и глубока,
Неслася бешено река.
Всё беспощадно сокрушая
И всё ломая на пути –
Живое, мёртвое смывая,
Она неслась, не уставая –
Кто от неё нас мог спасти?"
Два века назад в 1783 году сильное половодье на Москве-реке повредило опоры Большого каменного моста.
По поводу этого происшествия Московский главнокомандующий граф Чернышёв сообщал Екатерине II:
«Обвалились три арки моста и бывшие на них 11 лавок каменных с разными мебелями купца Епанишникова, суммой на 1100 руб. Упал один стоявший в это время на мосту и убит, а развалинами задавлены бывший под мостом рыбак и две женщины, у берега для мытья платья находившиеся».
Итак, москвичи столкнулись с проблемой – наводнения.
Вы сегодня работаете в рабочих листах.
Прочитайте текст, сформулируйте определение понятия «наводнение» и укажите способы, позволяющие предотвратить наводнение.
Физический смысл: поднимается уровень воды.
Как избежать:
- Сооружение водохранилищ, которые регулируют сток воды
- Расширение русла реки
- Укрепление набережных гранитными стенками
Но существует еще один способ решения этой проблемы.
Это техническое решение так и осталось с тех пор на карте Москвы. Что это?
Водоотво́дный кана́л (Обводно́й канал, Водоотводно́й канал, Обво́дный канал, Канава)
Действие водоотводного канала основано на принципе действия сообщающихся сосудов. Именно о них и пойдет речь сегодня на уроке.
Запишите в рабочих листах тему урока «Сообщающиеся сосуды».
1. Понятие о сообщающихся сосудах.
Свойства сообщающихся сосудов издревле используются человеком.
Давайте посмотрим фрагмент из известного вам мультфильма.
Видео «Алиса. Чаепитие».
Герои мультфильма пьют чай. И мы каждый день мы пользуемся тем, что вода в чайнике и его носике находится на одном горизонтальном уровне. При медленном наклоне чайника этот уровень не меняется, в результате вода из носика начинает выливаться.
В современных электрических чайниках нет длинного носика, но часто имеется указатель уровня воды, который также представляет собой колено сообщающегося сосуда, в котором плавает на поверхности яркий индикатор.
Сформулируйте определение понятия «сообщающиеся сосуды».
Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой трубкой.
Научное открытие сообщающихся сосудов датируется 1586 годом (голландский ученый Симон Стевин), но, судя по устройству священной неиссякаемой чаши, оно было известно еще жрецам Древней Греции.
2. Свойство сообщающихся сосудов
Демонстрационный опыт «Сообщающийся сосуд» (Проводит ребенок под руководством учителя – комментировано).
Задание. Установите зависимость формы и сечения сообщающегося сосуда и уровня поверхности однородной жидкости. Подчеркните верный ответ.
Для этого заполним сообщающийся сосуд водным раствором перманганата калия (KMnO4).
Вывод: в сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на (разных уровнях/одном уровне).
3. Зависимость высоты столба жидкостей от их плотностей
Физика – наука экспериментальная. Физический эксперимент может выполнять двойственную функцию: во-первых, служит источником нового знания, во-вторых, подтверждает или опровергает имеющееся суждение.
Работа в группах (по рядам) (Фоновая музыка)
Группа 1 |
Группа 2 |
Однородные жидкости |
Разнородные жидкости |
Задание: используя формулу давления жидкости на дно сосуда, установите, как зависит высота столба однородных жидкостей от их плотности. Экспериментально подтвердите полученный вывод.
|
Задание: проделайте интерактивный опыт (стр. 7), который покажет, как установятся уровни жидкости в сообщающихся сосудах, если в них налить разнородные жидкости. Объясните полученные результаты, используя формулу давления жидкости на дно сосуда. |
Жидкость покоится, не перемещается из одного сосуда в другой, значит, давления ее в обоих сосудах на любом уровне одинаковы. p = ρgh; p1 = ρgh1; p2 = ρgh2; p1 = p2; ρgh1 = ρgh2; h1 = h2; |
Если же в одни из этих сосудов налить одну жидкость ρ1, а в другую — другую жидкость ρ2, то уровни этих жидкостей окажутся разными. Однако поскольку жидкости и в данном случае будут покоиться, то давление создаваемое обоими столбами жидкостей равны. p1 = p2 ; ρ1gh1 = ρ2gh2, ρ1h1 = ρ2h2; Т.к. r1 > r2, то h1 < h2. |
В сообщающихся сосудах, содержащих однородные жидкости, высота столба жидкостей одинакова. |
В сообщающихся сосудах, содержащих разные жидкости, высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью. |
|
|
4. Применение сообщающихся сосудов
На реке или канале для перевода судов с одного уровня на другой, например, перед плотиной, используя ШЛЮЗЫ. Это гидротехническое сооружение представляет собой камеру, огражденную продольными стенками и воротами.
Шлюзы – камеры, расположенные между водоемами с различными уровнями воды.
По материалам пермской газеты «Новый компаньон» от 18 мая 2004 года.
10 мая 1962 года в 14 часов 45 минут капитан парохода «Дмитрий Фурманов», на борту которого находились 423 пассажира, 52 человека команды и капитан груженного лесом грузового теплохода «Криуши» с командой в 11 человек получили разрешение для прохода в шлюз.
В 15 часов 05 минут швартовка судов была закончена, и с них подали сигналы о готовности к шлюзованию. В это время на участке протяженностью 110 метров, в пределах 1-4 секций, произошло обрушение правой стенки левой камеры в сторону межкамерного пространства.
...В связи с обрушением... поток воды хлынул в образовавшийся проран и мгновенно заполнил межкамерное пространство и правую камеру шлюза. Мощным потоком корму парохода «Дмитрий Фурманов» занесло в проран стенки…
Работу шлюза можно описать с помощью строгой последовательности действий, которая приводит к заданному результату. Как в информатике называется такая последовательность? Алгоритм.
Как называется алгоритм, в котором определенная последовательность действий повторяется многократно? Циклический алгоритм (цикл).
Исполнитель «Шлюз» может выполнять 3 команды:
- Открыть ворота
- Закрыть ворота
- Выровнять уровень воды
Задание. Используя команды исполнителя, составьте циклический алгоритм, позволяющий оптимально (не выполняя лишних действий) и безопасно функционировать гидротехническому сооружению – шлюзу. Проверьте правильность алгоритма с помощью интерактивной модели.
(9 шагов)
Молодцы! Зная свойство сообщающихся сосудов и умея составлять циклический алгоритм, мы успешно справились с передвижением судна по каналу.
Судоходные каналы с применением шлюзов связали внутренние водоемы европейской части России с морями: Чебоксарский шлюз, Шекснинский шлюз и др.
В Липецкой области на Матырском водохранилище уровень воды такде регулируется с помощью шлюзов.
По шлюзам Панамского канала суда могут одновременно проходить в обе стороны. На Панамском канале 3 каскада шлюзов.
Чебоксарский канал |
Шекснинский канал |
Матырское водохранилище Липецкая область |
Панамский канал |
Панамский канал |
Панамский канал |
Фоновая музыка.
Александр Николаевич Бенуа сказал «Фонтаны в Версале - изящное украшение, без которого можно обойтись. Петергоф - резиденция царя морей. Фонтаны в Петергофе не придаток, а главное».
Видеоролик «Петергоф».
На фоне фильма:
Под руководством русского мастера Василия Туволкова в течение лета 1721 года были построены канал и другие водоводы общей длиной 24 километра, по ним из водоемов Ропшинских высот вода самотеком пошла в накопительные бассейны Верхнего сада Петродворца. Здесь можно было уже устроить небольшие по высоте струи-фонтаны. А вот в Нижнем парке, раскинувшемся у подножия террасы на 16 метров ниже Верхнего сада, вода по трубам из накопительных бассейнов по принципу сообщающихся сосудов взмывает вверх множеством высоких струй в фонтанах парка. Далее она по прямому Морскому каналу, обрамленному множеством фонтанов, стекает в Финский залив.
Многие уверены, что шикарные фонтаны дворцового комплекса работают на насосах. Однако из-за дороговизны такого процесса даже фонтаны во французском королевском дворце Версале включают только на 2 часа 2 раза в неделю. А в России, благодаря гениальной задумке Петра I и точному расчету русского инженера, тысячи российских и иностранных туристов могут наслаждаться великолепием этих фонтанов ежедневно в течение всего лета.
В 2007 году учащиеся 7 Г класса, ныне 11 Б Алексеева Ольга, Бирюкова Дарья, Крутова Дарья и Лебедева Татьяна в рамках фестиваля проектов изготовили действующую модель фонтана.
Рассказ о фонтане (Алексеева Оля)
Приборы и материалы, которые мы использовали: кусок фанеры, башню из ДВП, металлическую банку, соединительную трубку, сливную короткую трубку, овальную пластиковую банку. Принцип работы фонтана заключается в том, что по действию сообщающихся сосудов вода из основного резервуара выливается в приемные резервуар. Высота струи зависит от высоты, на которой находится основной резервуар и от диаметра трубки.
Проект «Волшебным миром я фонтанов очарован…» был представлен на гимназическом фестивале учебных проектов, где занял 1 место и был признан одним из лучших по школе.
В мае 2008 года данная работа была отправлена на Всероссийский конкурс «РОССИЯ – СТРАНА, КОТОРУЮ ВЫ НЕ ЗНАЛИ», организованный национальным туристическим проектом «Время отдыхать в России». Работа отмечена специальным призом за самый творческий проект.
Образ фонтанов всегда был привлекателен.
В форме фонтана были представлены стихи.
Образ фонтана становиться арт-объектом.
Липецкие фонтаны стали неотъемлемой частью образа города.
Где же еще применяются сообщающиеся сосуды.
Работа с текстами в парах.
Применение сообщающихся сосудов
Артезианский колодец. Действие артезианского колодца основано на принципе сообщающихся сосудов. Местоположение скважины колодца выбирают в самой нижней точке ландшафта, по которому текут подземные воды. По принципу сообщающихся сосудов вода начинает подниматься по скважине.
Природный сообщающийся сосуд. На материках существуют участки, расположенные ниже уровня моря. Моря и находящиеся на одном уровне с ними низменности суши образуют сообщающиеся сосуды. Вода пытается выровнять уровни в двух сосудах, вот почему в областях, расположенных ниже уровня моря, очень сыро. Мертвое море является самым низким участком суши (392 м ниже уровня мирового океана).
Чайники, кофейники, лейки.
Водопровод. По принципу сообщающихся сосудов были устроены и водопроводы в Древнем Риме.
РИМСКИЕ АКВЕДУКИ
«Акведуки — главное свидетельство величия Римской империи», — утверждал сенатор Юлий Фронтин, заведовавший в начале II в. водоснабжением Рима.
Само слово произошло от двух латинских слов: aqua — вода и duco — веду. А называют так мосты или эстакады, на которых располагаются трубы для воды. Иначе говоря — это часть водопровода.
Необходимость снабжения огромного, с миллионным населением, Рима водой заставляла создавать каналы, шлюзы, резервуары для регулировки воды, длинные акведуки. Вода бралась из колодцев, но большей частью доставлялась из горных источников водопроводами. Там, где на дороге встречались овраги, ущелья или склоны холмов, ставились каменные арочные акведуки. Эти постройки римлян того времени свидетельствуют о высоком уровне их мастерства и достижениях инженерной мысли.
В I в. н.э. в Риме был воздвигнут грандиозный акведук императора Клавдия. «Ничего более удивительного не было на всем земном шаре», — писал о нем видный римский ученый Плиний Старший. Сложенный из грубых каменных, блоков-квадр, он производит впечатление особенной мощности. Он достигал высоты 27 м и пересекал сближающиеся около Рима и идущие у городской стены почти рядом Лабиканскую и Пренестинскую дороги. Под акведуком в этом месте построены огромные двухпролетные ворота, называемые Порта Маджоре.
Замечательным инженерным и в то же время художественным памятником II в. н. э. является знаменитый акведук через реку Гард на юге Франции, современное название которого Пон-дю-Гар — Гардский мост.
В испанском городе Сеговия возвышается 30-метровый акведук, сооруженный из насухо уложенных блоков гранита. Это одна из самых грандиозных построек римской эпохи. Первоначально вода из акведука поступала в большую цистерну, носившую название Касерон, а уже оттуда распределялась по системам городского водопровода. В XI столетии акведук был частично разрушен маврами, но в XV в. восстановлен. До сих пор это сооружение римской эпохи снабжает водой кварталы Сеговии.
Такой же по замыслу акведук был построен и в Москве еще в конце XVIII века для Мытищинского водопровода и сохранился до наших дней.
В XIX и XX веке уже строили водонапорные башни, которые заполнялись водой с помощью паровых, а затем электрических насосов.
Так, Рублевский водопровод, построенный в Москве в 1903 г., подавал насосами воду из Москвы-реки после очистки в резервуар на Воробьевых горах. Поскольку это место в Москве располагалось выше самого высокого здания в городе, то вода далее самотеком по системе труб распределялась по улицам и переулкам города. Резервуар и трубы в домах образовывали сообщающиеся сосуды водопровода, и при открывании крана вода фонтанировала или мощной струей лилась в домашнюю посуду, причем с постоянным напором.
Водомерное стекло парового котла
На принципе сообщающихся сосудов устроены водомерные трубки для баков с водой. Такие трубки имеются, например, на умывальных баках в железнодорожных вагонах.
В открытой стеклянной трубке, присоединенной к баку, вода стоит всегда на том же уровне, что и в самом баке. Если водомерная трубка (“водомерное стекло”) устанавливается на паровом котле, то верхний конец трубки соединяется с верхней частью котла, наполненной паром. Это делается для того, чтобы давления на свободной поверхности воды в котле и в водомерной трубке были одинаковыми. Тогда уровень воды в трубке лежит на той же высоте, что и уровень воды в котле.
Обсуждение.
5. Закрепление изученного материала.
Тестирование
1 |
Какие сосуды являются сообщающимися? |
|
2 |
Какой кофейник вместит больше кофе? |
|
3 |
Будет ли перетекать жидкость из одного сосуда в другой, если открыть кран?
|
Т – нет; С – да; Р – не всегда. |
4 |
В каком колене находится пресная, а в каком соленая вода?
|
Л – слева соленая, справа пресная; К – слева пресная, справа соленая. |
5 |
В каком из сообщающихся сосудов уровень жидкости изображен неверно?
|
I –О; II – У; III – А; IV – И. |
6 |
Какой отметке соответствует уровень жидкости в левом сосуде? |
|
7 |
На каком рисунке изображены сообщающиеся сосуды?
|
|
Музыка «Высоцкий».
Сегодняшнюю встречу мы начали с разговора о наводнении.
Но есть сила, которая может противостоять этому стихийному бедствию, а также все другим жизненным проблемам. Эта сила – любовь. Любовь к истине, любовь к науке, любовь к ближнему. И мне хочется, что вы всегда помнили об этом.
Спасибо за урок!
6. Домашнее задание
§39
Интерактивная задача – опыт (стр. 4)
С помощью данной интерактивной модели проследите, как будут изменяться уровни воды в сообщающихся сосудах, если наклонять их в разные стороны. Сделайте вывод, заполнив пропуски в тексте необходимыми словами (в т.ч. и на рабочем листе).
Оставьте свой комментарий к работе, нажав на кнопку «Написать». Расскажите, что именно вас не устраивает в работе, а если вы считаете, что работа содержит ошибки и неточности – нажмите на соответствующую галочку в форме отклика.
Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственность за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.