"способы уменьшения и увеличения давления". Урок физики

§ 1 Давление. Единицы измерения давления

Для введения понятия «давление» поставим простой опыт: с одинаковой по модулю силой надавим на бумагу острым концом карандаша и тупым концом. Почему результат разный? Мы можем сделать вывод, что при равных силах результат действия зависит от площади опоры.

Физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется ДАВЛЕНИЕМ

Давление обозначается латинской строчной буквой «p». Зная обозначение силы (F) и площади (S), можем

Итак, чтобы определить давление тела, нужно модуль силы, действующей перпендикулярно к опоре, разделить на площадь поверхности опоры.

По определению видно, что давление скалярная величина, так как модуль силы и площадь являются скалярными величинами.

Установим единицу измерения давления. Сила измеряется в ньютонах, площадь поверхности -

Единица давления названа в честь французского ученого Блеза Паскаля.

За единицу давления принято давление, производимое силой в 1 Н на поверхность площадью 1 м2 перпендикулярно этой поверхности.

Давление может быть выражено в кратных единицах:

1 килопаскаль = 1 кПа = 1000 Па

1 мегапаскаль = 1 МПа = 1 000 000 Па

1 миллипаскаль = 1 мПа = 0,001 Па

§ 2 От чего зависит давление

Рассчитаем, какое давление на землю оказывает мальчик массой 40 кг. Мальчик своим весом давит на опору (пол), значит, сила давления равна весу:

F = P = mg = 40 кг ⋅ 10 Н/кг = 400 Н.

Мальчик опирается подошвами обуви на поверхность площадью примерно

500 см2 = 0,05 м2.

Изменится ли давление этого же мальчика, если он встанет на одну ногу? Площадь опоры уменьшится в 2 раза, значит, давление увеличится в 2 раза. Если он встанет на лыжи? Если будет кататься на коньках? Вес мальчика не изменится, то есть его сила давления останется прежней, но меняется площадь опоры и давление тоже будет другим.

Сделаем вывод: давление тела на опору зависит от приложенной силы и площади опоры.

§ 3 Примеры увеличения и уменьшения давления

Можно ли изменить давление тела на опору? Да, для этого нужно изменить или приложенную силу, или площадь соприкосновения тел, или и то, и другое. Человек изобрел множество способов увеличения или уменьшения давления, не меняя при этом приложенную силу. Значительно уменьшая площадь соприкосновения тел при неизменной силе, можно в десятки и сотни раз повысить давление. И наоборот, увеличив площадь опоры, мы уменьшим давление на поверхность или тело.

Приведем примеры увеличения и уменьшения давления.

Грузовые автомобили намного тяжелее легковых, поэтому их шины делают широкими. Танки, гусеничные тракторы могут проехать по любой местности, потому что опираются на широкие гусеницы, что значительно уменьшает давление на землю. То же самое можно сказать о шасси самолетов.

Если же нужно увеличить давление, не прилагая при этом больших усилий, уменьшают площадь соприкосновения тел. Например, ножи, пилы, резцы и другие инструменты остро затачивают. Заточенной лопатой копать грядки легче, чем тупой, острой иглой шить легче, чем тупой. Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это когти, клыки, клювы, шипы и другие. Все они остро отточены, очень твердые и служат для добывания пищи или защиты.

§ 4 Краткие итоги по теме урока

Давление - скалярная физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади поверхности. Давление вычисляется по формуле силы и площади поверхности. Способы изменения давления: изменить приложенную силу, изменить площадь соприкосновения тел. Основной способ уменьшения давления - увеличение площади поверхности опоры. Для увеличения давления при неизменной приложенной силе нужно уменьшить площадь опоры.

Список использованной литературы:

Волков В.А. Поурочные разработки по физике: 7 класс. – 3-е изд. – М.: ВАКО, 2009. – 368 с.
Волков В.А. Тесты по физике: 7-9 классы. – М.: ВАКО, 2009. – 224 с. – (Мастерская учителя физики).
Кирик Л.А. Физика-7. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. М.: Илекса, 2008. – 192 с.
Контрольно-измерительные материалы. Физика: 7 кл./ Сост. Зорин Н.И. – М.: ВАКО, 2012. – 80 с.
Марон А.Е., Марон Е.А. Физика 7. Дидактические материалы. – М.: Дрофа, 2010. – 128 с.
Перышкин А.В. Физика. 7 класс - М.: Дрофа, 2011.
Тихомирова С.А. Физика в пословицах и поговорках, стихах и прозе, сказках и анекдотах. Пособие для учителя. – М.: Новая школа, 2002. – 144 с.

Использованные изображения:

Мальчик 10 лет, идущий по земле, производит давление на нее в размере примерно 15 кПа. А огромный и мощный гусеничный трактор, весом в сотни раз больше мальчика, производит давление на землю около 50 Кпа, то есть, всего лишь в три раза больше. Это достигается за счет применения гусениц и увеличения площади соприкосновения трактора с Землей. Это пример уменьшения давления.

Твердую металлическую проволоку часто очень трудно согнуть, не то что сломать, и она может выдержать приличные нагрузки, но при этом, применив специальные ножницы по металлу, почти всякому по силам разрезать проволоку на части. В данной ситуации при небольшой, казалось бы, силе давления достигается ощутимый эффект благодаря уменьшению площади соприкасающихся поверхностей. Острые грани ножниц во много раз усиливают наши пальцы и помогают разрезать крепкую проволоку почти так же легко, как хлеб или колбасу. Это пример увеличения давления.

Человек изобрел множество способов увеличения или уменьшения давления, в зависимости от потребности. Значительно уменьшая площадь, и незначительно увеличивая силу производимого давления, можно в десятки и сотни раз повысить производимое давление. И наоборот, увеличив площадь опоры, мы в разы уменьшим давление на поверхность или тело. Приведем примеры увеличения и уменьшения давления.

Примеры увеличения и уменьшения давления

Шины тяжелых грузовых автомобилей и шасси самолетов делают очень широкими по сравнению с легковыми. Все знают, что вездеход может проехать по практически любой местности, часто недоступной для человека. А достигается это во многом именно благодаря применению гусениц, во много раз увеличивающих площадь соприкосновения с Землей. Для увеличения проходимости луно- и марсоходов увеличивается количество и площадь поверхности их колес.

С другой стороны, часто встречаются ситуации, когда нам, наоборот, необходимо увеличить давление, не увеличивая в разы применяемую силу. Например, чтобы вдавить в дерево канцелярскую кнопку, нам не нужен молоток и другие методы силового воздействия. Достаточно надавить пальцем. Это достигается уменьшением площади соприкасающихся поверхностей или, если по-простому, то кнопка имеет очень тонкое острие. С той же целью максимально затачивают ножи, ножницы, пилы, иглы, резцы и прочие инструменты. Острые края имеют маленькую площадь соприкосновения с обрабатываемой поверхностью, благодаря чему малой силой воздействия создается значительное давление, и работа с такими инструментами становится заметно легче. С той же целью остро отточены когти, клыки и шипы в дикой природе. Это колющие либо режущие приспособления, с помощью которых облегчают себе жизнь братья наши меньшие.

Данный урок относится к комбинированному типу урока и проведен в виде ответов на поставленные проблемные вопросы, так же использовался объяснительно-иллюстративный метод-при объяснении нового материала заполняли таблицу.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема урока : Способы уменьшения и увеличения давления..

Тип урока : урок изучения нового материала и первичного закрепления .

Дидактическая цель урока : создание условий для осознанного изучения нового материала и включение знаний учащихся в процесс познания.

Цели урока:

Образовательная – осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений. Продолжить формирование логического мышления, умения находить объяснения природных явлений и применять к наблюдаемым явлениям изученный закон;

Развивающая – создать условия для развития творческих и исследовательских навыков, формировать умения выделять главное, сопоставлять, делать выводы; развивать мотивацию изучения физики. Воспитательная – способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу.

Задачи урока:

Знать:

способы увеличения и уменьшения давления;

выяснить, пути получения малого и большого давления;

формулы:

давления твердого тела;

силы давления;

площади поверхности, на которую производится давление.

Уметь:

решать расчетные задачи, используя формулы давления, силы давления;

рассчитывать площади поверхности, на которую производится давление.

переводить единицы измерения давления;

Формы организации учебной деятельности:

индивидуальная, фронтальная, групповая, парная.

Методы и приемы обучения:

используется словесно-иллюстративный метод, репродуктивный метод, практический метод, проблемный метод, беседа-сообщение, метод письменного текущего контроля; проверка ранее изученного материала, организация восприятия новой информации,постановка цели занятия перед учащимися; обобщение изучаемого на уроке и введение его в систему ранее усвоенных знаний.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, две дощечки с вбитыми гвоздями шляпками вниз и вверх, набор грузов, рисунки, картинки, презентация.

Учебно-методический комплект:

А.В. Перышкин. Учебник физики 7 класс.

А.В. Перышкин. Сборник задач по физике 7-9 класс.

Марон А.Е., Е.А Марон Дидактический материал 7 класс.

Марон А.Е., Е.А Марон Сборник качественных задач по физике. 7-9 класс.

В.И. Лукашик. Сборник задач по физике 7-9 класс.

Ход урока

1.Повторение и анализ основных фактов, явлений.

1. Фронтальный опрос.

– Оказывают ли твердые тела давление?

– Какой буквой обозначается давление?

– Формула, по которой можно найти давление?

– В каких единицах измеряется эта величина?

Выразите в паскалях давления: 3 МПа; 4 Н/см 2 ; 250 Н/мм 2 ;1,5 МПа; 1,5 кН/см 2 ; 40 Н/дм 2 .

2.Постановка цели урока

Учитель: На практике давление иногда надо уменьшить. А иногда увеличить. Как это можно сделать?

Рассмотрим первый случай. Слайд1 Когда мы лежим на кровати мягко не правда ли, если на ровной поверхности- не очень. Почему? Казалось в обоих случаях на опору действует одна и та же сила.- вес тела. Лежа в постели человек при весе 60 Н опирается на 0,5м 2 поверхности тела, а на ровной площади- 0,01м 2

Задание классу: Определите давление при весе 60 Н в обоих случаях. Сделайте вывод.

Ученики: решают пример и делают вывод-сила одинакова, но давление различно. Уменьшая или увеличивая площадь опоры на которую действует сила, тем самым увеличиваем или уменьшаем давление. В первом случае давление 1200 Па, во втором- 60 000 Па. Это различие в давлении и ощущается как мягко и жестко.

Учитель: Рассмотрим второй случай. Слайд 2. Давление на грунт тяжелого трактора и человека примерно одинакова. Почему если трактор проедет по кирпичу он его раздавит,а человек наступает на кирпич- нет.

Ученики: Действия тела на опору зависит от величины силы давления;

Практическое задание: Слайд 3 У вас на столах две дощечки с вбитыми гвоздями шляпками вниз и вверх, набор грузов.Исследуйте глубину погружения доски с гвоздями в песок, в зависимости от массы груза в двух случаях. Сделайте вывод.

Ученик: Гвозди установили сначала острием вниз. Измерили глубину погружения. Затем гвозди повернули острием вверх и снова измерили глубину погружения. В первом случае гвозди погрузились в песок на большую глубину, чем во втором. Анализ результатов опытов приводит к следующим заключениям: глубина погружения зависит от величины действующей силы – чем больше сила, тем погружение больше при неизменной площади и от площади опоры. Чем больше площадь, тем меньше давление при одной и той же силе.

Учитель: Обобщим результаты исследований. Действия тела на опору зависят:

– от величины силы давления;

– от площади опоры.

Мы учитываем взаимосвязь давления с силой и площадью, по которой эта сила распределена.

В нашей жизни мы имеем возможность давление регулировать. Сама природа неплохо вооружила живой мир для создания большого давления небольшим усилием – иглы, клювы, когти, жала, зубы, клыки

Любая поверхность выдерживает только определенное давление. Если это давление будет выше, то опора разрушается. Человеческая кожа выдерживает давление 3000000Па.

Поэтому, в зависимости от того, какой результат хотят получить, давление можно увеличивать или уменьшать.

Каковы способы изменения давления?

Заполнение таблицы: Слайд 4

3. Закрепление изученного материала Слайд 5

Учитель: Решаем качественные задачи и заполняем 3 строку нашей таблицы.

Группа1

1.Известен случай: Во время Великой Отечественной войны наши солдаты чтобы перейти через топкое болото использовали лыжи сделанные из веток. Почему?

2.Каково назначение широких копыт у верблюда – жителя пустыни?

3.Вам даны три кирпича. Как их следует расположить их, чтобы давление, оказываемое ими на пол было минимальным?

4.Зачем нужны животным острые клыки, рога, когти, зубы, иглы?

5. Шины машин-вездеходов делают значительно шире, чем у легковых машин. Почему?

Группа 2

1.При соединении деревянных деталей болтами под гайку подкладывают шайбы.Почему?

2.Почему режущие и колющие инструменты оказывают на тела очень большое давление?

3. Даны три кирпича. Как их следует расположить их, чтобы давление, оказываемое ими на пол было максимальным?

4.Объясните назначение наперстка, надеваемого на палец при шитье?

5.Для чего перед строительством дома обязательно возводят его фундамент?

Ученики отвечают на вопросы и заполняют таблицу.

На экране Слайд 6

4. Решение задач с выборочными ответами Слайд 7

1.Толщина льда на реке такова, что он выдерживает давление 40 кПа. Пройдет ли по льду трактор массой 5,4 т, если он опирается на гусеницы общей площадью 1.5 м 2 .

2.Лыжник массой 80 кг идет на лыжах. Длина каждой лыжи1,5 м, а ширина-12 см.Какое давление оказывает спортсмен на снег?

3. Кирпичная стена производит на фундамент давление 80 кПа. Какова её высота?

1. а) пройдет б) не пройдет

2. а) 1111 Па б) 2222 Па в) 3333 Па

3. а) б) в)

5. Физическая пауза Слайд 8

Это интересно! Использование краеведческого материала:

Стрелы,топоры,иголки,наконечники

(Пазырыкский курган)

6. Самопроверка знаний Слайд 9

Тест

1. В каких единицах измеряется давление?

А) Н.

Б) Па.

В) м 2 .

2. Чем…площадь опоры, тем… давление, производимое одной и той же силой на эту опору?

А) больше; меньше.

Б) больше; больше.

В) меньше; меньше.

3. Давление тела на поверхность зависит …

А) от модуля силы и площади поверхности, перпендикулярно которой он действует;

Б) от модуля силы и не зависит от площади поверхности, на которую действует сила;

В) площади поверхности, перпендикулярно которой действует сила.

4. Выразите в Па давление 10 кПа?

А) 10000Па.

Б) 100Па.

В) 1000Па.

5. Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности называется…

А) силой давления.

Б) давлением.

В) весом тела.

6. Станок весом 12000 Н имеет площадь опоры 2,5 м 2 . Определите давление станка на фундамент?

А) 48 Па.

Б) 25000 Па.

В) 4800 Па.

7. Как изменится давление книги на стол, если поставить ее на ребро?

А) не изменится.

Б) уменьшится.

В) увеличится.

8. Ящик весом 960 Н оказывает на опору давление 5 кПа. Какую площадь опоры имеет ящик?

А) 0,192 м 2

Б) 19,2 м 2 .

В) 1,92 м 2

Проверка Слайд 10 1. Б 2. А 3. А 4. А 5. Б 6. В 7. В 8. А

Учитель: Ответы вам предлагаются, и вы сами можете оценить свою работу:

0 ошибок – 5

1-2 ошибки – 4

3-4 ошибки – 3

5-6 ошибок – 2

9. Итог урока

Учитель: Сегодня на уроке мы узнали как можно увеличить и уменьшить давление. Достигли мы цели, какую поставили в начале урока?

Ученики:

– выяснили способы изменения давления в быту т технике;

– изучили способы увеличения и уменьшения давления;

– обобщили знания о давлении, закрепили изученный материал;

– проверили и закрепили полученные знания

Учитель: Ответьте на вопрос: “Для чего же нам нужно знать, что такое давление, способы уменьшения и увеличения давления”

Ученики: Без знания о давлении, мы не сможем построить дом, даже режущие и колющие предметы: иглы, ножи, ножницы не сможем использовать в быту и др.

Учитель: Да, действительно, человеку необходимы знания о давлении и еще много интересного и полезного мы узнаем при изучении законов физики.

Домашнее задание

§ 34 Упр 13. задание 6

Способы уменьшения и увеличения давления.

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 - 50 кПа, т. е. всего в 2 - 3 раза больше, чем давления мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется на бóльшую площадь. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм², то давление, производимое ею, равно:

p = 50 Н/ 0, 000 001 м² = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.

Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Потому-что острое лезвие имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большее давление, и таким инструментом легко работать.

Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. - все они из твердого материала, гладкие и очень острые.

Давление газа.

Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч.При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры, или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ (рисунок 1). Молекул в газе много, потому что и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см² за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, оно и создает давления газа.

Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.

Рассмотрим следующий опыт (рисунок 2). Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму шара.
Как объяснять этот опыт?

В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково . Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.

Наоборот, при увеличении объема это же массы газа, число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшается. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда - давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объем воздуха увеличивается, пленка прогибается внутрь сосуда. Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился бы любой другой газ.

Итак, при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

А как изменится давление газа, если нагреть его при постоянном объеме? Известно, что скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку будет сильнее. Вследствие этого, стенки сосуда будут испытывать большое давление.

Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объем не изменяются .

Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы необходимо заключать в специальные, очень прочные баллоны. В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов. Конечно же, мы должны навсегда запомнить, что газ, и баллоны нельзя нагревать, тем более, когда он накрепко заполнен газом. Потому, что как мы уже понимаем, может произойти взрыв, с очень неприятными последствиями.