Элективный курс
Скачать 0.66 Mb.
|
МОУ Раменская средняя общеобразовательная школа №6  ( Элективный курс) Учитель физики МАКАРОВА О.В. Содержание.Глава I: Изучение темы «Гидроаэродинамика» в школьном курсе…....4 §1. Движение жидкостей и газов. Закон Бернулли на уроках основного курса………………………………………………………………………………………….....4 §2.Обоснование необходимости проведения факультатива по теме «Гидроаэродинамика»…………………………………………………………………………………………9 Глава ΙΙ: Основы гидроаэродинамики…………………………………….11 §1.Основные понятия и уравнения гидродинамики……………………………………..11
§2. Уравнение Бернулли, следствия из уравнения………………………………………15 2.1.Вывод уравнения Бернулли…………………………………………………………...15 2.2.Следствия из уравнения Бернулли……………………………………………………17 2.2.1.Скорость истечения из отверстия. Формула Торричелли………………………...18 §3.Примеры применения уравнения Бернулли………………………………………….19 3.1. Расходомер. Трубка Вентури…………………………………………………………19 3.2 Трубка Пито-Прандталя………………………………………………………………20 3.3 Трубка Орлова………………………………………………………………………….21 §4. Физические основы полёта………………………………………………………........22 4.1Строение крылового аппарата…………………………………………………………26 4.2.Подходы нестационарной аэродинамики………………………………….................28 4.3.Эволюция аэродинамики полёта насекомых…………………………………………30 Глава ΙΙΙ : Факультативный курс по теме «Гидроаэродинамика»………………………………………………………………………………36 §1.Содержание и материал для проведения факультативного курса «Основы гидроаэродинамики»………………………………………………………………………………36 § 2.Занятие 1.Введение. Основные понятия, изучаемые в гидродинамике. Различие жидкостей и газов. Ламинарное и турбулентное течение жидкости…………………...37 § 3.Занятие 2.Вывод уравнения Бернулли……………………………………..................41 § 4.Занятие 3. Практикум по решению задач на тему «Течение жидкости. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли»…………………………………………….45 § 5.Занятие 4. Лабораторная работа « Изучение стационарного течения жидкости по трубе переменного тока»…………………………………………………………………..47 § 6.Занятие 5.Экскурсия в музей « Покорение неба» города Жуковского и музей Центрального Аэрогидродинамического Института………………………………………...48 § 7.Занятие 6. Подъёмная сила крыла самолёта. Условия возникновения подъёмной силы. Эффект Магнуса. Опыты, демонстрирующие эффект Магнуса…………………48 § 8.Занятие 7.Почему самолёт способен летать? Демонстрационный эксперимент «Обнаружение подъемной силы крыла самолёта»…………………………………………..54 § 9.Занятие 8. Практикум по решению задач на тему « Подъёмная сила»…………….59 § 10.Занятие 9.Итоговый урок-конференция…………………………………………….61 § 11.Занятие 10. Экскурсия в музей Авиации г.Монино……………………..................61 Заключение…………………………………………………………................62 Литература…………………………………………………………………….64 Глава 1. Изучение темы «Гидро- и аэродинамика» в школьном курсе. §1. Движение жидкостей и газов. Закон Бернулли на уроках основного курса. В данной теме даются некоторые сведения об элементах гидроаэродинамики, главным образом под углом зрения применения закона сохранения энергии к движущимся без трения массам идеальной несжимаемой жидкости или газа. Тема рассчитана на 1 час учебного времени по утверждённой программе министерства образования. Уравнением, выражающим закон сохранения энергии применительно к стационарному движению идеальной несжимаемой жидкости, является уравнение Бернулли, который интерпретируется как закон сохранения энергии для единицы объёма жидкости в трубке тока В 10 классе в учебнике Кикоина  закон Бернулли изучается качественно.Вначале повторяют некоторые известные учащимся из курса физики 7 класса сведения по гидро- и аэростатике: закон Паскаля и способы измерения давлений с помощью жидкостных и металлических манометров. После этого ставят задачу: изучить распределение давления в движущихся потоках жидкости и газа. При этом следует показать практическую важность такой задачи: измерение врачом давления крови в кровеносных сосудах человека; измерение давления воды, текущей в водопроводных трубах, нефти, газа в нефте- и газопроводах. В качестве интересного исторического примера можно привести рассказ «Сражение с невидимкой», в котором описывается борьба с авариями водопровода на заре его строительства в старой Москве. После этого, используя демонстрации(рис. Ι.1. ), следует ввести общее понятие о ламинарном, турбулентном и стационарном течении жидкости. Затем вводится понятие о неразрывности потока, согласно которому через любое сечение трубы( или трубки тока) должно за единицу времени протекать одинаковое количество несжимаемой жидкости  Рис Ι.1. Прибор для демонстрации линий тока. Это даёт возможность получить теорему неразрывности струи:  , которую для избранных двух сечений записывают в виде . Вывод следует подтвердить демонстрациями.Опыт «Давление в потоке жидкости». Прибор для демонстрации давления в потоке жидкости изготовлен из пластинки органического стекла размером 80-40-15мм (рис.Ι.2) . В нижней части прибора сделан канал 1. Он имеет поперечное сечение8*8мм и оканчивается двумя ниппелями 2 и 3, на которые надеваются соединительные резиновые трубки. Канал имеет две высверленные в пластинке манометрические трубки 4 и 5 диаметром 3мм. Одна из трубок оканчивается наконечником 6, изогнутым под прямым углом к потоку. Прибор имеет металлический опорный стержень для установки в рейтере проекционного аппарата или на подставке (для хранения).  Рис.Ι.2. Прибор для демонстрации давления в потоке жидкости.Перед опытом собирают установку по рисунку Ι.2. Располагают прибор перед конденсатором проекционного аппарата и при помощи объектива с оборотной призмой получают на экране прямое изображение. К ниппелю 3 присоединяют резиновую трубку с закрытым краном на конце, который опускают в кювету для стока воды. Ниппель 2 соединяют со склянкой. Затем поднимают её на подставку так, чтобы вода заполнила прибор, и уровни в манометрических трубках установились несколько выше середины. Демонстрацию начинают с наблюдения давления в одной трубке, другую, с изогнутым концом, закрывают на время картонной шторкой. Постепенно открывают кран и на экране наблюдают, как с увеличением скорости потока уменьшается давление текущей жидкости на стенки канала. Медленно закрывают кран( уменьшают скорость); давление возрастает до первоначального. Эту часть опыта не следует затягивать, чтобы не вводить поправку на уменьшение уровня жидкости в склянке. Далее снимают картонную шторку, которой была закрыта вторая трубка, и обращают внимание учащихся, что у этой трубки открытый конец обращён навстречу потоку и плоскость отверстия расположена перпендикулярно направлению течения. Однако пока движения жидкости нет, уровни жидкости в обеих трубках находятся на одной высоте. Затем открывают кран почти полностью и постепенно поднимают склянку с водой, чтобы уровень жидкости в прямой трубке установился приблизительно на ⅓ её высоты. В это время в другой трубке уровень будет значительно выше: здесь жидкость, поступающая в отверстие трубки, останавливается и её кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию поднятой воды в трубке. В этом случае уровень жидкости в трубке показывает так называемое полное давление, представляющее собой сумму статического и скоростного давлений. Разность давлений в трубках можно сделать ещё больше, если увеличить скорость течения. Для этого надо кран открыть полностью, а склянку приподнять ещё выше. Выразителен также следующий опыт (рис Ι.3.). В трубу 1 переменного сечения впаивают трубки 2 и 3 , которые с помощью резиновых трубочек соединяются со стеклянными трубками 4,5, опущенными в сосуд с водой 6, продувая с помощью аэродинамической трубы, воздуходувки или пылесоса воздух через трубку 1, наблюдают наибольшее поднятие воды в трубке 5. Вода может даже засасываться и затем разбрызгиваться потоком (принцип действия пульверизатора, карбюратора)  Рис.Ι.3. Прибор для наблюдения поднятия воды в трубке.Для закрепления материала полезно решить следующие экспериментальные задачи: № 1.Как будет вести себя целлулоидный шарик от настольного тенниса, если его поместить в вертикальную струю воздуха? (рис. Ι.4.)  Рис.Ι.4.Целлулоидный шарик в струе воздуха.№ 2.В какую сторону и почему отклоняются лёгкие алюминиевые листки прибора(рис. Ι.5), если подуть между ними? Рис.Ι.5. Прибор для демонстрации экспериментальной задачи №2. В заключение рассматривают вопрос об аэродинамических силах, действующих на крыло самолёта, основной опыт показан на рис. Ι.6. Рис. Ι.6. Опыт с воздуходувкой. Вариантом может служить опыт с моделью крыла, в которое вмонтированы трубки 1 и 2 ; отверстия трубок выведены соответственно на верхнюю и нижнюю плоскости крыла( рис. Ι.7.). Трубки можно присоединить к коленам чувствительного наклонного жидкостного манометра 3.  Рис.Ι.7.Опыт с моделью крыла для определения аэродинамических сил, действующих на крыло. Как видно из приведённого материала, урок получается очень насыщенным по теоретическим данным, совсем не остаётся времени на применение полученных знаний на практике, т. е. на решение задач по данной теме, а они имеют большое практическое значение. Из этого следует необходимость введения факультативного курса по данной теме. §2.Обоснование необходимости проведения факультатива по теме «Гидроаэродинамика» В современных программах по физике изучаются все основные темы , однако, не все выделены в минимуме образования и перечислены в основных критериях знаний , умений и навыков учащихся. Одна из них гидроаэродинамика. Движение жидкостей и газов подчиняется законам механики Ньютона. Однако, так как жидкости и газы в отличие от твёрдых тел не сопротивляются изменению формы, то их движение обладает особенностями. Поэтому принято выделять учение о движении этих тел в особый раздел. В изучении этих вопросов в основной школе можно было выделить две ступени: изучение гидростатики в 7 классе и непосредственно гидродинамики в курсе механики 10 класс ( учебник Кикоина И.К. ). На первой ступени изучается: - давление в жидкостях и газах; -сообщающиеся сосуды; -закон Паскаля; -гидростатический парадокс; -гидравлический пресс; -Архимедова сила. Эти темы рассмотрены подробно во всех действующих сейчас программах, им уделяется достаточное время. Но в настоящее время гидродинамика изучается в курсе физики 10 класса автор Кикоин И.К. и по учебнику Громова С.В.  так же в 10 классе. В каждом учебнике на данную тему отводится только один час. Однако данный вопрос имеет большое практическое значение и вызывает интерес учащихся. Многие процессы и явления окружающего мира связаны с вопросами гидро- и аэродинамики: движение воды в реке и по трубам водопроводов, движение огромных масс атмосферного воздуха, крови в кровеносных сосудах, движение самолёта, пули, ракеты, автомобиля, лопастей вентилятора, парашюта, полёт птиц и насекомых, семечка от одуванчика. Вопросы этой темы лежат в основе устройства многих приборов- фонтанов, пульверизаторов. Уравнение Бернулли позволяет просто и наглядно объяснить многие природные явления и устройства технических конструкций.Задачи данной работы заключаются в анализе учебной, методической, научной и научно-популярной литературы; отбор содержания по теме; разработка методики изучения данного учебного материала . Тема дает обширный и интересный материал для факультативных занятий учащихся, на которых можно продемонстрировать различные опыты, провести лекции, дать возможность учащимся поработать с дополнительной литературой и сделать доклады на интересующие их темы, провести серии опытов в домашних условиях, а так же решать задачи, на основании общности действия основных законов науки. Глава ΙΙ: Основы гидроаэродинамики. §1Основные понятия и уравнение гидроаэродинамики. 1.1.Свойства жидкости. Основные отличия механики жидкостей, т.е. гидромеханики, от механики твердого тела обусловлены различием свойств изучаемых тел. Жидкости вследствие текучести не могут, как твёрдые тела, сохранять неизменной форму своего объёма. Если жидкость поместить в некоторый ограниченный объём, то она, деформируясь, будет стремиться принять форму этого объёма или его части, причём длительность процесса завершения этой деформации зависит от рода жидкости. Такое различие в поведении разного рода жидких тел, а также между жидкими и твёрдыми телами зависит от их структуры. В твёрдых телах возможны два типа структуры- кристаллическая и аморфная. Кристаллическая структура характеризуется правильным расположением колеблющихся около равновесного расположения атомов и пространственной периодичностью всех свойств. У аморфных тел атомы колеблются около хаотически расположенных неподвижных точек пространства. В обоих случаях сила сцепления между молекулами, несмотря на тепловое движение, удерживает их около положения равновесия. В жидкостях и газах молекулярная структура иная. Особенностью газов является то, что их частицы, движущиеся свободно, не связаны молекулярными силами притяжения и стремятся равномерно заполнить весь объём, в который помещён газ, т.е. не образуют границы раздела, или свободной поверхности. При этом среднее расстояние между частицами намного превосходит их размеры. Описание законов движения частиц и исследование связанных с этим свойством газов является задачей кинетической теории газов. Молекулярная структура капельных жидкостей характеризуется наличием определённого порядка в расположении ближайших молекул. Однако этот порядок нарушается по мере увеличения расстояний между молекулами. существование такого ближнего порядка обусловливает характерные свойства капельных жидкостей, которые, кроме того зависят от индивидуальных особенностей молекул жидкости и процессов их взаимодействия. Сущность теплового движения этих жидкостей заключается в колебаниях молекул около равновесного положения в течении некоторого малого промежутка времени, после чего центр этого равновесия скачком меняет своё положение в пространстве. Под действием внешней силы направленность этих скачков может изменяться, упорядочиться, результатом чего является течение капельной жидкости в сторону действия силы. Характерным свойством капельных жидкостей является их способность к образованию свободной поверхности, или поверхности раздела с газом или другой капельной жидкостью. Вдоль этой поверхности действуют капиллярные силы поверхностного натяжения. 1.2.Различие жидкостей и газов. Идеальная жидкость. Жидкости и газы существенно отличаются друг от друга. Различие между жидкостями и газами обусловлено большой сжимаемостью газов. Несмотря на это, явления, происходящие в них аналогичны. В этом наглядно можно убедиться на опытах при демонстрации законов Паскаля и действия силы Архимеда. При движении в жидкостях и газах эта аналогия во многом сохраняется. Опыты и расчёты показывают, что при скоростях, значительно меньших скорости звука, можно не учитывать сжимаемость воздуха и других газов( она достаточно мала). Это даёт право применять к газам те же законы, что и к очень мало сжимаемым жидкостям. Поэтому в дальнейшем, под словом жидкость мы будем понимать как жидкость, так и газы в обычном значении этих слов. Заметим, что при скоростях, близких к скорости звука и превосходящих её, сжимаемость газов становится существенной. При этом газы сильно разогреваются. Такого рода процессы нельзя исследовать только законами механики, не учитывая тепловые явления. В общем случае движения жидкости нужно учитывать наличие сил внутреннего трения или вязкости. Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению своих частей. Явления, связанные с вязкостью и сжимаемостью, усложняют исследование движения жидкости. Поэтому вначале полезно отвлечься от усложнений, вносимых ими в картину движения жидкостей. Это легко сделать, рассматривая идеальную жидкость, жидкость, вязкостью и сжимаемостью которой можно пренебречь. 1.3. Ламинарное и турбулентное течение жидкости и газа. Жидкость (или газ) можно привести в движение различными силами: силой тяжести, разностью давлений, силами трения между слоями, движущимися с разными скоростями. Движение жидкости ( или газа) можно теоретически описать, рассматривая движение каждой её частицы. Практически же такой метод неосуществим, поэтому необходим другой подход. Если движение жидкости не изменяется с течением времени, то такое течение называется установившимся. Внутри этой жидкости можно мысленно провести плавную линию так, чтобы в каждой её точке мгновенная скорость частиц в один и тот же момент времени была направлена по касательной к этой линии. Такую линию называют линией тока. В установившемся (стационарном) потоке жидкости (или газа) форма и расположение линий тока, а значит, и значения скоростей в каждой её точке со временем не изменяются. Таких линий можно провести в жидкости бесконечно много. Густота этих линий будет характеризовать скорость движения, а их искривление- направление движения частиц. При установившемся движении линии тока являются одновременно и траекториями частиц. Изучая установившееся движение, удобно весь поток жидкости мысленно разбить на так называемые трубки тока и изучать движение в каждой такой трубке. Трубкой тока называется мысленно выделенная часть потока, боковая поверхность которой составлена из линий тока(рис.ΙΙ.1).  Рис.ΙΙ. 1. Трубка тока. Сечение трубки следует выбирать достаточно малым, чтобы скорость частиц в пределах данного сечения можно было считать одинаковой Течение жидкости называется ламинарным, если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ним. Движение жидкости, сопровождающееся перемешиванием её различных слоёв с образованием завихрений, называется турбулентным. Всё многообразие движений жидкости можно разделить на эти два движения. Ламинарным является движение воды в спокойных реках. Оно наиболее просто и поэтому хорошо изучено. Однако, наиболее распространённым является турбулентное движение. Именно с ним чаще всего имеют дело при изучении явлений в атмосфере, в потоках быстрых рек и океанских течений. Примерами турбулентного движения может служить беспорядочное движение дыма заводских труб, завихрения воды в реках со сваями мостов и за кормой быстроходного катера, движение газов, выбрасываемых из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания и ракетных двигателей, образование смерчей. Ламинарное течение переходит в турбулентное, если увеличивается скорость течения. Течение жидкости удобно наблюдать с помощью прибора, изображённого на рис.ΙΙ.2. Рис.ΙΙ.2. Ламинарное и турбулентное течение жидкости.Прибор состоит из широкой стеклянной трубки, соединённой через боковой отросток с водопроводом. В торец трубки через пробку введена тоненькая трубочка, соединённая с сосудом, в котором налита подкрашенная жидкость. Пока скорость воды невелика, струйка подкрашенной жидкости спокойно, не распадаясь, движется вместе с водой по трубе. Это ламинарное течение. ( рис.ΙΙ.2а). Постепенно открывая водопроводный кран, мы можем так увеличить движение воды, что возникает турбулентное течение. Жидкость завихряется и окрашенная струйка размывается в широкую ленту с неровными краями(рис.ΙΙ.2б) Ламинарное течение жидкости может быть стационарным и нестационарным, а турбулентное течение только нестационарным. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Элективный курс по химии Элективный курс «Рациональное питание» разработан в соответствии с концепцией предпрофильного образования |  | Элективный курс «Задачи с параметром» Элективный курс предназначен для реализации в 11классе общеобразовательной школы |
| Элективный курс по физике «Элементы биофизики»» Автор : Лимонов Н.... Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... | | Элективный курс по математике «решение сюжетных задач» Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов. На его изучение отводится 17 часов |
| Элективный курс «Some Pages of British History» (From ancient time... Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов, как курс по выбору в рамках предпрофильной подготовки | | Элективный курс по теме «Алгебра матриц. Методы решения систем линейных... Данный элективный курс рассчитан на 14 часов. Разработаны конспекты всех уроков элективного курса |
| Элективный курс по страноведению «Знакомьтесь: Соединенные Штаты Америки» Пояснительная записка Данный элективный курс заканчивается викториной on-line, позволяющей учителю закрепить и проконтролировать знания учащихся по всему... | | Элективный курс по алгебре «Практикум по решению задач» Данный элективный курс во время уроков работают по учебнику А. Г. Мордковича «Алгебра 9» и изучают алгебру по программе для общеобразовательных... |
| Элективный курс «Симметрия вокруг нас» Автор: Соктоева Любовь Жамбаловна... Для учащихся данный элективный курс призван помочь представить математику в констексте биологии | | Название: Элективный курс Название: Элективный курс «Вычислительный эксперимент как новая методология научных исследований» |
| Элективный курс 9 кл. Мир профессий Составитель курса Шааф О. В.,... Назначение документа – руководители спецкурсов, классные руководители, учителя, желающие вести элективный курс | | Элективный курс по биологии Загадки и тайны генов Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов и имеет целью вызвать интерес к биологии, желание изучать данный предмет в средней... |
| Элективный курс по английскому языку «The Hotel Business» для учащихся... Данный элективный курс призван создать у учащихся дополнительную мотивацию к изучению английского языка и стимулировать их речевую... | | Элективный курс "История русской культуры" Элективный курс предназначен для учащихся 10-11 классов общеобразовательных школ, проявляющих интерес к истории русской культуры |
| Программа элективного курса Пояснительная записка. Элективный курс «индикаторы» Элективный курс «индикаторы» предназначен для предпрофильной подготовки учащихся 9-х классов. На изучение данного курса отводится... | | Элективный курс «введение в психологию» 9 класс 17 часов Элективный курс «Введение в психологию» разработан учителем 1 квалификационной категории Тукубаевой Ильсияр Амировной ( Зам директора... |
