Тема: Плавание судов. Воздухоплавание.

Цель урока: рассмотреть физические основы плавания тел, судов, воздухоплавания; дать понятие осадки судна, ватерлинии, водоизмещения судна, его грузоподъемности.

Задачи урока:

• Познакомить учащихся с условиями плавания тел, судов, воздухоплавания и с историей развития отраслей судостроения и воздухоплавания.

• Прививать культуру умственного труда, развивать познавательный интерес к предмету.

• Развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать; продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Оборудование урока: компьютер, мультимедийный проектор, экран, авторская презентация “Плавание судов”, слайд-шоу «Полет на воздушном шаре», стакан с газированной водой и металлический шарик, оборудование для фронтальной работы (сосуд с водой, фольга, монеты, гвоздь), набор тел разной плотности; пластилиновый и пенопластиковый кубики одинаковых размеров; клубень картофеля; пробирка с поваренною солью.

Методы обучения: частично-поисковый (по типу познавательной деятельности) и творчески-исследовательский (по источнику получения знаний).

Ход урока

• I.Организационный момент.

• II.Проверка домашнего задания

Давайте вспомним основные понятия изученный на прошлом уроке:

• 1.На любое тело, погруженное в жидкость или газ, со стороны жидкости или газа действует выталкивающая сила.
• 2.Выталкивающую силу называют силой Архимеда.
• 3.Закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела, направленная вертикально вверх и приложенная в центре давления.

Демонстрация: проделаем опыты с кубиками из: пенопласта, картофеля и пластилина.

Сделаем выводы:

1) про соотношение плотностей,

2) про соотношение силы тяжести и Архимедовой силы

Демонстрация: опыты с яйцом и разной соленостью воды

Демонстрация: опыты с разными шариками в воде

Вывод: Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая его часть погружена в жидкость.

• III.Изучение нового материала

- А как плавают живые организмы в воде?

(Их средняя плотность почти не отличается от плотности воды, поэтому их вес практически полностью уравновешивается силой Архимеда.)

Демонстрация. Проведем опыт. В сосуд с водой поместим железную гайку. Как видим, она утонула. Значит, железо тонет в воде.

- Какие металлические сооружения вы знаете, которые не тонут? (корабли)

- Сформулируйте тему сегодняшнего урока.

Тема нашего сегодняшнего урока «Плавание судов. Воздухоплавание»

Говоря о плавании судов, можно заметить, что необходимость в таком способе передвижения у человека была всегда. Первыми плавательны­ми средствами были стволы деревьев, надутые мешки из шкур живот­ных, плоты, позднее - лодки.

Развитие цивилизации привело к необходимости расширения торгов­ли, перевозки различных видов товаров, открытие новых морских пу­тей. При этом не только изменились размеры плавающих судов, ни и их конструкция.

Более 4 тысяч лет назад стали использовать паруса. Парусный флот достиг истинного расцвета к середине XIX. Некоторые парусники раз­вивали скорость до 20 узлов (1 узел = 1,852 км/ч).

Переворот в строительстве судов произошел в 1807 году, когда Р. Фултон построил первый пароход в США, который работал на энер­гии водяного пара.

«Клермонт» - первый пароход Фултона мог развивать скорость 9 км/ч. Строительство пароходов быстро вытеснили парусный флот.

Таким образом, существуют многотонные танкеры, перемещающиеся на огромные расстояния, находящиеся на поверхности воды.

Строительство современных плавательных судов основано на приме­нение материалов, плотность которых выше плотности воды. Почему же танкеры, крейсеры, изготовленные из стали и железа держатся на воде?

- Как это объяснить?

При строительстве судна используют различные материалы, корпус и внутренние перегородки, на которые оказывается значительная нагрузка, изготавливают из металла. Однако в трюмах корабля находится много воздуха. Если мы разделим вес корабля на его объем, то полученная средняя плотность будет меньше плотности воды.

- А что такое средняя плотность?

Демонстрация опыта с шариком и корабликом из пластилина.

На этом опыте показываем понятие средней плотности кораблика.

- Показ слайда для выведения понятия средней плотности на примере домика из глины

Демонстрация опыта с алюминиевым листом и лодочкой

Лист алюминия опускается в воду. Он тонет. Из такого же листа дела­ется коробочка (лодочка). На весах можно показать, что массы листа и коробочки равны. Коробочка опускается на поверхность воды. Почему она плавает? Ведь материал один, массы одинаковы. В чем различие?

Различие между простым алюминиевым листом и алюминиевой коро­бочкой в разном объеме вытесненной жидкости. Значит сила Архимеда, действующая на коробочку, больше действующей на лист. В нашем слу­чае коробочка - модель судна.

Демонстрация опыта по плаванию модели металлического и пластмассового ко­раблика.

При этом необходимо обратить внимание учащихся на то, что в корпусе модели много пустот с воздухом. Точно также и в больших кораблях. Это — отсеки между переборками в трюме, ка­юты и т.д.

Демонстрация: плавание тел, плотность которых больше плотности воды: одна алюминиевая крышка от упаков­ки для диафильмов помещаем на поверхность воды - сначала вверх дном (она не тонет), потом - вниз дном (она плавает) и берем монету 5 рублей – она сразу утонет.

Демонстрация: вытесненной воды пластмассовым стаканом при наложении в него разного груза.

• 1)Помести стакан в аквариум с водой и поместим в него немного груза. Отметим маркером уровень воды на аквариуме.
• 2)Добавим в стакан еще груза и отметим новый уровень воды в аквариуме.
• 3)Сделаем вывод.

Вывод: Суда, изготовленные из тяжелых материалов, плава­ют в воде потому, что вес воды, вытесненной подводной частью судна (это сила Архимеда), равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, дей­ствующей на судно с грузом.

Демонстрация. Осадка и ватерлиния у пластмассового стакана.

Берем пластмассовый стакан и наливаем в него закрашенной воды, до тех пор, пока стакан не утонет. Повторим опыт, но наливаем жидкости до предела, но чтобы стакан не утонул.

• ü Часть утонувшего стакана называется осадкой,
• ü Предельное значение жидкости в стакане находится на уровне ватерлинии.

При определенной осадке сила тяжести корабля уравновешивается силой Архимеда.

Опр. Осадкой корабля называется глубина погружения суд­на в воду.

Опр. Наибольшая допускаемая осадка судна обозначена на корпусе судна красной линией, называемой ватерлинией.

При полной загрузки судно не должно опускаться ниже грузовой ва­терлинии. Иначе это может привести к потере устойчивости и перево­роту корабля.

Осадка океанских кораблей может достигать более 20 м, а надводная часть при этом составляет 8- 10 м.

Рассмотрите рисунки.

- На какой из кораблей действует большая сила Архимеда и почему? Плотность воды в обоих случая одинаковая.

(Большая сила Архимеда действует на второй корабль. Чем больше объем погруженной части, тем больше сила Архимеда.)

- Как изменится осадка корабля при переходе из реки в море? И почему?

(Осадка корабля уменьшится. При увеличении плотности жидкости выталкивающая сила станет больше силы тяжести, действующей на корабль. Он будет подыматься на поверхность до тех пор, пока сила тяжести и сила Архимеда не сравняются. Объем погруженной части при этом станет меньше.)

Опр. Масса воды, вытесненная судном, называется водоизмещением.

Эта величина выражается обычно в тоннах. Большие танкеры имеют водо­измещение от 100000 до 500000 тонн.

Современные танкеры для перевозки нефти имеют водоизмещение более 500 000 тонн. Если вычесть из этого показания массу самого корабля, то мы узнаем грузоподъемность судна.

Опр. Грузоподъемность - разность между водоизмещением судна и весом самого судна.

Судостроение зародилась в глубокой древности. Развитое судостроение существовало Древнем Египте, Финикии, Древнем Китае. В Средние века суда в значительных количествах строились в Византии, в государствах Средиземноморья и Северной Европы, в Древней Руси.

Развитие торговли способствовало прогрессу в этой области.

Вначале для движения судна по воде использовали парус. Парусный флот достиг рассвета к середине девятнадцатого века.

- Какие морские путешествия вы знаете?

(Открытие Колумбом Америки, кругосветное путешествие Магеллана и многие другие).

Все они стали возможны благодаря развитию судостроения.

Изобретение парового двигателя и создание парохода, быстро вытеснило парусный флот.

Ведения понятий “Судно” и “Корабль”.

Опр. Су́дно— плавучее сооружение, предназначенное для транспортных, промысловых, военных, научных, спортивныхи других целей.

Опр. Корабль — судно, входящее в состав военно-морского флотавооружённых силгосударства, боевая и организационная единица ВС государства способная решать определённые боевые или специальные задачи, в мирноеи военное время;

2) многомачтовое парусное судно с прямыми парусами

3) в общем смысле — крупное морское судно.

О водном транспорте и пойдет наш разговор, а вы заполните таблицу

(у каждого учащегося в тетради есть заготовка):

Водный транспорт.

Надводный транспорт

Подводный транспорт

Корабли весельные, парусные, пароходы, тепло­ходы;

Подводные лодки

Суда пассажирские, китобойные, сухогрузы, па­ромы, траулеры, ледоколы, танкеры;

Батисферы;

Корабли военные (линкоры, эсминцы, крейсеры, миноносцы).

Батискафы.

Надводный транспорт

Подводный транспорт. (Подводные лодки)

Опр. Подво́дная ло́дка(подлодка, ПЛ, субмарина) — класскораблей, способных погружаться и длительное время действовать в подводном положении.

Первая подвод­ная лодка была построена в 1620 году в Англии,

а в России — спустя сто лет, в 1724 году.

Демонстрационный эксперимент: В стакан со свеженалитой газировкой бросим виноградину (средней плотности шарик). Он чуть тяжелее воды и опустится на дно. На него начнут садиться пузырьки газа, и когда их станет довольно много, шарик (виноградина) всплывёт. На поверхности пузырьки лопаются, газ улетает, и отяжелевший шарик (виноградина) снова опускается на дно. Так будет продолжаться до тех пор, пока газировка не “выдохнется”.

По аналогии плавает подводная лодка.

Любая подводная лодка состоит из прочного герметичного корпуса с множест­вом отсеков. Принцип погружения и всплытия основан на заборе воды из моря в балластные системы и выдавливания воды сжатым воздухом при всплытии.

У неё внутри есть специальные балластные цистерны, которые заполняются забортной водой. Если надо опуститься на глубину, то цистерны открываются, в них устремляется забортная вода. Она вытесняет воздух, и лодка опускается. Если же надо снова всплыть, то в цистерны пускают сжатый воздух из специальных баллонов. Он вытесняет воду, и облегчённая лодка всплывает.

Современные (атомные) подводные лодки имеют высоту с пятиэтаж­ный дом и длину более 150 метров.

На них устанавливают атомный реактор, который может работать без дозаправки более года.

Лодки оснащены современным оружием и представляют большую опасность для противника.

Введение понятия Ареометр

Опр. Ареометр - прибор для определения плотности жидкостей.

Демонстрация ареометра.

Показывается заводской ареометр. У него имеется стеклян­ная трубка, сужающаяся в верхней части, внутри которой - дробь. Ареометр помещают в жидкость вертикально и он показывает ее плотность.

Шкалы у приборов разные, т.к. бывают ареометры для определения значительно большей, чем у воды, плотности жидкости и меньшей.

Ареометр для определения плотности раствора сахара называется «сахарометр», жирности молока - «лактометр», содержания спирта в воде «спиртометр» и т.д.

Можно провести демонстрационный опыт по определению плотнос­ти пресной и соленой воды; и керосина, налитых в две мензурки.

Пагубные последствия судоходства.

Вопрос ученикам:

Н.А. Некрасов. “Дедушка Мазай и зайцы”

…Мимо бревно суковатое плыло,
Сидя, и стоя, и лежа пластом,
Зайцев с десяток спасалось на нем.
“Взял бы я вас – да потопите лодку!”
Жаль их, однако, да жаль и находку –
Я зацепился багром за сучок
И за собою бревно поволок…

Вопрос: Почему Мазай зацепил бревно, а не посадил зайцев в лодку?

Воздухоплавание

Мечта о полете зародилась в умах людей давно. Сколько сказочных способов перемещения хранит народный фольклор! Наука двигалась вперед и мечты стали былью.

Опр. Воздухоплавание (аэронавтика) – это учение о создании летательных средств легче воздуха.

Для воздухоплавания используют воздушные шары. Их еще называют аэростатами (от греческих слов аэр – «воздух» и стато – «стоящий»).

Это летательные аппараты, которые легче воздуха, по воздуху они перемещаются только под действием ветра.

Основоположниками полетов на воздушных шарах были братья Жозеф и Этьен Монгольфье. Летом 1783 года был осуществлен первый полет воздушного шара, который был наполнен теплым воздухом.

Успешный запуск обнадежил братьев, и вскоре в полет отправились первые пассажиры – баран, петух и утка. Убедившись в безопасности полетов, в воздух были подняты люди.

Для того чтобы шары поднялись в воздух, их наполняют различными газами, плотность которых меньше плотности воздуха (это гелий и водород) или нагретым воздухом. В связи с тем, что водород горючий и взрывоопасный газ, от его использования быстро отказались.

Полеты на шарах, наполненных гелием, совершают и сейчас, однако для этого необходимо их согласовать с управлением гражданской авиации.

И если в небе вы видите улетающий вверх шар, значит, он наполнен именно этим газом.

Рассмотрим, каким образом происходит подъем на воздушном шаре?

Просмотр видеоролика.

Вывод 1: Для подъема шара в воздух, необходимо, чтобы сила Архимеда (выталкивающая сила воздуха), была больше силы тяжести, действующей на шар. FA > Fтяж

Вывод 2: С увеличением высоты плотность воздуха становится все меньше. Поэтому если необходимо подняться выше, с шара сбрасывают балласт, специальный груз — мешки с песком или дробью. Для того чтобы спуститься вниз, выпускают часть газа из шара.

Если шар наполнять горячим воздухом с помощью горелки, то регулировать высоту его подъема проще. Увеличивая или, наоборот, уменьшая пламя – можно контролировать высоту полета.

-Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но и может поднять некоторый груз: людей, приборы.

- Как можно определить подъемную силу аэростата?

Опр:Подъемная сила - это разность между архимедовой силой и силой тяжести.

Для водорода подъемная сила равна 12,1 Н, для гелия - 1 1,2 Н.

Если подъемная сила шара станет больше силы тяжести, действующей на тело, то оно поднимается, оторвавшись от земли. На этом и основан принцип воздухоплавания.

Ясно, что чем меньше плотность газа внутри шара, тем больше подъ­емная сила.

Виды летательных аппаратов

Опр. Аэростат - летательный аппарат, в котором можно создать подъемную силу преодолевающую силу тяжести.

Неуправляемые аэростаты свободно перемещаются по воздуху и имеют форму шара. Это - воздушные шары.

Управляемые аэростаты — дирижабли, имеют двигатель и воздушные винты. Они могут перемещаться по заданному маршруту.

Дирижабль – управляемый аэростат удлиненной формы, с двигателем, под действием которого он может передвигаться независимо от воздушных потоков.

Пассажиры находятся под корпусом в специальной гондоле.

Небольшие радиоуправляемые дирижабли используют сейчас в рекламных целях.

Привязные аэростаты при помощи тороса фиксируются над данной точкой земной поверхности.

В XIX и начале XX веков воздушные шары использовали лишь в раз­влекательных целях. Затем их стали использовать для изучения свойств атмосферы, для транспортировки грузов.

Если на моделях воздушных шаров начала века и даже до середины прошлого столетия высоту подъ­ема регулировали при помощи балласта, то на современных шарах это делают, меняя температуру воздуха в шаре.

Есть специальные воздушные шары, которые могут подниматься на вы­соту до 30 километров. Они называются стратостатами. Подъемная сила стратостатов должна быть достаточно велика.

По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность для создания новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и легкими.

Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили создать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используются для изучения воздушных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

Воздушные шары применили для зондирования атмосферы Венеры. Они были доставлены туда советскими автоматическими станциями Вега—1 и Вега-2.

- Подумайте, будет ли зависеть подъемная сила стратостата от времени суток?

(Да, так как солнечные лучи нагреют газ в стратостате, тем самым увеличат его объем и, как следствие, подъемную силу.)

Закрепление изученного материала

• 1.Что такое грузоподъемность судна?
• 2.Какие в России судоходные реки, большие озера и моря вы знаете?

(Беломоро -Балтийский, Волго-Донской и другие су­доходные каналы)

• 3.Как в мире осуществляется сохранение чистоты воды в ре­ках, озерах и морях?
• 4.Что дают полученные в школе знания по физике?

(Обеспечивают понимание физических законов, ле­жащих в основе повседневной жизни, а также характерных особен­ностей проявления этих законов в технике)

• 5.В чем причина уменьшения архимедовой силы при подъеме шара вверх?

(Причина состоит в уменьшении плотности воз­духа)

• 6.Что дает сброс балласта? Какова предельная высота подъема воздушного шара? Как осуществляется выпуск газа из ша­ра при спуске? Расскажите о применении шаров в метеорологии и для исследования верхних слоев атмосферы.

Домашнее задание: §51, 52; вопросы к параграфу; упр. 26, 27;

Самостоятельная работа

Вариант 1

• 1.Сможет ли человек массой 50 кг пройти по льду, выдержи­вающему давление 30 кПа, если площадь подошвы каждого ботин­ка равна 125 см2?
• 2.Масса бревна 130 кг, объем его 0,2 м3. Будет ли оно плавать в воде?

• 3.На баржу длиной 50 м и шириной 10 м погрузили поварен­ную соль, при этом глубина осадки увеличилась на 1 м. Какова масса погруженной соли?

Вариант 2

• 1.Какое давление на дно сосуда оказывает вода, если уровень ее находится на высоте 80 см над ним?
• 2.В сосуд налиты три несмешивающиеся жидкости: вода, керо­син, ртуть. Покажите на рисунке порядок их расположения.

• 3.Вес бетонной балки 8,8 кН, объем 0,4 . Какую нужно при­ложить силу, чтобы удержать балку в воде?

Самостоятельная работа

Вариант 1

• 1.Сможет ли человек массой 50 кг пройти по льду, выдержи­вающему давление 30 кПа, если площадь подошвы каждого ботин­ка равна 125 см2?
• 2.Масса бревна 130 кг, объем его 0,2 м3. Будет ли оно плавать в воде?

• 3.На баржу длиной 50 м и шириной 10 м погрузили поварен­ную соль, при этом глубина осадки увеличилась на 1 м. Какова масса погруженной соли?

Вариант 2

• 1.Какое давление на дно сосуда оказывает вода, если уровень ее находится на высоте 80 см над ним?
• 2.В сосуд налиты три несмешивающиеся жидкости: вода, керо­син, ртуть. Покажите на рисунке порядок их расположения.

• 3.Вес бетонной балки 8,8 кН, объем 0,4 . Какую нужно при­ложить силу, чтобы удержать балку в воде?