Элективный курс
Скачать 0.66 Mb.
|
| Глава ΙΙΙ: Факультативный курс по теме «Основы гидроаэродинамики в средней школе». При разработке данной главы были поставлены следующие задачи: -теоретическая- более глубоко рассмотреть физическую сущность явления движения жидкости и газа, выраженную в уравнении Бернулли; -образовательная- раскрыть понятия турбулентного и ламинарного течения жидкости, подъёмной силы крыла самолёта; -практическая- научиться применять полученные знания при решении задач по данной теме; -воспитательные –воспитание интереса к научным физическим исследованиям; -профориентационные- посетить градообразующие предприятия. Факультативный курс рассчитан на учащихся 10 класса. Данная глава включает материал для 10-11 занятий. §1.Содержание и материал для проведения факультативного курса «Основы гидроаэродинамики». 1. Введение.( Видеофильм об истории города, салоне Макс, предоставить темы рефератов и докладов, организовать работу редколлегии для оформления отчётов по проведённым экскурсиям и впечатлениям о посещении салона МАКС). Основные понятия, изучаемые в теме гидродинамика. Различие жидкостей и газов. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. 2. Вывод уравнения Бернулли. 3. Практикум по решению задач по теме «Течение жидкости. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли». 4. Лабораторная работа « Изучение стационарного течения жидкости по трубе переменного тока». 5. Экскурсия в музей «Покорение неба» города Жуковского и музей Центрального аэрогидродинамического института. 6.Подъёмная сила крыла самолёта. Принципы возникновения подъёмной силы крыла самолёта. Эффект Магнуса. Опыты, демонстрирующие данный эффект. 7. Почему самолёт способен летать? Демонстрационный эксперимент «Обнаружение подъёмной силы крыла самолёта». 8. Практикум по решению задач по теме «Подъёмная сила ». 9.Итоговое занятие. Конференция на тему: « Гидроаэродинамика вокруг нас» ( доклады, рефераты, сообщения). 10. Экскурсия в Музей авиации под открытым небом г. Монино. §2.Занятие 1. Введение. Основные понятия, изучаемые в гидроаэродинамике. Различие жидкостей и газов. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Цель: объяснить необходимость изучения темы,показать возможность её практического применения, изучить свойства жидкости и газа; дать понятие ламинарного и турбулентного течения жидкости. Темы рефератов. 1.Гидродинамические парадоксы. 2.Определение гидродинамического сопротивления. 3.Смерч у вас дома. 4. Движение крови по сосудам. 5.История развития воздухоплавания 6. Основатели русской воздухоплавательной школы. 7. Николай Егорович Жуковский. 8. Аэродинамические трубы. 9. Аэродинамические явления в природе. 10. Перспективы развития самолётостроения в России. 11. Почему самолёт не может летать в сильный дождь. 12. Использование в технике зависимости давления в жидкости от величины её скорости. Материал к проведению данного занятия содержится в главе ΙΙ §1. §3.Занятие 2. Вывод уравнения Бернулли. Цель: вывести уравнение Бернулли. Практическое применение уравнения. 1. Повторение основных понятий темы. 2. Вывод уравнения Бернулли ( см.Глава ΙΙ § 2). 3. Пример уравнения Бернулли в природе. Многие из вас слышали о жалобах речных лоцманов на коварные мели, которые почему- то так и притягивают к себе пароходы(ΙΙΙ.1). Происходит это даже на спокойных реках в хорошую погоду. - Почему мели ведут себя так коварно? Между судном и мелью давление понижено, т.к. скорость течения больше, чем снаружи ( это своеобразная труба), и потому наружное давление направляет судно на мель.  Рис.ΙΙΙ.1.Движение судна по мелководью.-Кстати, почему даже в открытом океане возможно столкновение двух кораблей, идущих близко друг у другу параллельными курсами? 4.Опыты, объясняемые законом Бернулли Опыт1. Для опыта используйте стеклянную воронку и по её размерам сделайте бумажный конус(рис. ΙΙΙ.2. ). На трубку воронки наденьте резиновую трубку. Расположите воронку раструбом вниз и продувайте воздух. Почему бумажный конус не выпадает из воронки? (Явление объясняется законом Бернулли. При продувании воздуха скорость его движения между стенками воронки и бумажного конуса больше, чем за основанием конуса. А где скорость меньше, там давление воздуха больше. Следовательно, давление воздуха на основание конуса больше. Это давление удерживает его в раструбе воронки)  Рис. ΙΙΙ.2. Стеклянная воронка с конусом внутри.Опыт2.Возьмите стеклянную воронку вместимостью 80-100 см3 , вставьте её в отверстие резиновой пробки, находящейся на конце шланга, надетого на выходной патрубок пылесоса. Включите пылесос, и на ладони поднесите к воронке шарик от настольного тенниса (возможно, шарик внутри воронки надо будет приподнять). Хотя поток воздуха идёт через воронку наружу, шарик приподнимается и прочно удерживается там (рис.ΙΙΙ.3). Почему? (Объяснение похоже на объяснение данное в предыдущем опыте).  Рис.ΙΙΙ.3. Стеклянная воронка с теннисным шариком внутри.Опыт3.Сделайте из тонкой и плотной бумаги цилиндр диаметром 4-5 см, длиной 15см. Положите его на стол перед двумя вертикальными стойками: ножкой стула и какой-либо палкой. Расстояние между ними примерно 5см. Если направить горизонтальный поток воздуха на цилиндр и поднимать шланг пылесоса. То цилиндр поднимается вдоль стоек на 10-15см. Указанную демонстрацию можно провести по-другому. Наденьте цилиндр на тонкий прямой стержень и вносите в поток воздуха. При этом ось цилиндра должна быть перпендикулярна потоку( рис.ΙΙΙ.4 ). Как только верхняя поверхность цилиндра коснётся потока воздуха, он сейчас же будет, втянут в него. Почему? (Сверху цилиндра давление будет меньше, а снизу больше, поэтому он поднимается.)  Рис. ΙΙΙ.4.Цилиндр в потоке воздуха.Опыт4. Скатывающийся с наклонной плоскости деревянный цилиндр падает по параболе впереди наклонной плоскости ( в точке а, рис.ΙΙΙ.5), а бумажный движется по кривой, которая заканчивается в точке б под наклонной плоскостью. Проделайте опыт и объясните наблюдаемое явление. Цилиндр изготавливают из папиросной бумаги следующих размеров: длина 20см, диаметр 3см.  Рис. ΙΙΙ.5. Скатывающийся деревянный цилиндр.( Каждый цилиндр совершает сложное движение, участвуя одновременно в поступательном и вращательном движении. При вращении поверхность цилиндра увлекает слой воздуха. Прилегающий к нему. В результате скорость движения воздуха относительно цилиндра с одной стороны (слева) будет меньше, а с другой стороны (справа)- больше. Давление на цилиндр будет больше со стороны воздуха там, где его скорость меньше, и наоборот. Что следует из закона Бернулли. Это добавочное давление очень мало и сказывается только на бумажном цилиндре. Опыт 5. Получите струю воздуха от пылесоса и внесите в неё шарик от настольного тенниса. Наклоните патрубок пылесоса на 20º-30º , следовательно, струя воздуха будут иметь такой же наклон. Сверху струи, чуть выше того места, где висит шар, поместите тонкостенный стакан. Его ось должна быть перпендикулярна потоку воздуха( рис.ΙΙΙ.6). При этом шар приподнимается и начинает барабанить по стакану. Почему?  Рис.ΙΙΙ.6. Шарик и тонкостенный стакан в струе воздуха.(Струя воздуха, проходя между стаканом и шаром, понижает здесь давление. Тогда шар с другой стороны испытывает большое давление, которым он прижимается к стакану и производит удар. В момент соприкосновения поток воздуха прерывается между ними и шар отходит от стакана, но описанное явление повторяется. В итоге мы слышим периодические удары шара по стакану.) 5. Задача на применение уравнения Бернулли. У нижнего отверстия вертикальной трубы с уменьшающимся вверх сечением скорость потока  =1м/с и давление в потоке р1=2атм, а у верхнего отверстия скорость потока  =2м/с и давление р2=0,5 атм. Какова высота трубы? Р ис. ΙΙΙ.7. Вертикальная труба с уменьшающимся вверх сечением. Решение. Примем за нулевой уровень потенциальной энергии воды уровень mn, на котором расположено нижнее отверстие трубы (рис. ΙΙΙ.7). Тогда в уравнение Бернулли высота h1 будет равна нулю, и оно примет вид:  ,откуда ,тогда  Расчёты производятся после перевода всех данных в систему СИ : 2 атм=2  1,013105 Па=2,026105 Па.0,5атм=0,506 105 Па, 15см=0,15м. .Ответ :15м. §4.Занятие 3. Практикум по решению задач на тему «Течение жидкости. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли.» Цель: научить решать задачи с применением уравнения Бернулли. Задача 1. Максимально допустимая скорость течения воды в трубе  =3м/с. Чему равен минимальный диаметр трубы  min при расходе воды  =5103 м3 за  =1ч?Решение . Согласно теореме Эйлера минимальной площади сечения трубы, а значит и минимальному диаметру соответствует максимальная скорость. Выберем некоторый объём воды в трубе длиной  и с площадью поперечного сечения .( рис. ΙΙΙ.8).Рис.ΙΙΙ.8.  Длина этого водяного цилиндра может быть выражена как произведение скорости перемещения переднего сечения , равной скорости течения  и времени :  .Поскольку  , где  откуда  . Ответ: 0,77м. Задача 2. В дне цилиндрического сосуда, доверху наполненного водой, проделали отверстие, площадь которого 1 значительно меньше площади дна сосуда. Чему будет равна площадь поперечного сечения струи 2, вытекающей из сосуда, на расстоянии  ниже его дна, если масса воды в сосуде  , диаметр и плотность воды . Рис.ΙΙΙ.9.Решение. Применим уравнение Бернулли к этому случаю. Тот факт, что площадь отверстия в дне сосуда много меньше площади самого дна , говорит о том, что скорость воды на высоте над дном значительно меньше скорости воды , вытекающей из отверстия в дне( это следует из уравнения неразрывности), поэтому скорость воды на высоте от дна можно считать равной нулю Тогда в левой части уравнения Бернулли остаётся  , а в правой, если за нулевой уровень потенциальной энергии принять уровень , где находится площадь сечения струи 2, остаётся  , где - скорость струи в этом месте. Давление  1 и 2 здесь соответствует атмосферному давлению, которое сокращается. Тогда получим или  (1).Скорость воды в сечении 2 найдём из уравнения неразрывности: , откуда  (2).А скорость у дна сосуда определим, приравняв согласно закону сохранения механической энергии потенциальную энергию  п некоторой массе воды о на высоте к её кинетической энергии  к у дна сосуда: где а  , поэтому = , откуда  . (3)Подставляем (3) в (2):  . (4)Теперь подставим (4) в (1). После этого нам останется выразить высоту Н через массу воды в сосуде m, и задача будет решена.  , сократив, получим  ,откуда  . (5)Здесь  ,где  - объём всей воды в сосуде и  площадь его основания. Тогда  (6)Подставив (6) в (5), получим окончательно  или  .Ответ : Задача 3. На поршень шприца площадью 1 действует сила .С какой скоростью будет вытекать в горизонтальном направлении из отверстия в игле с площадью 2 струя жидкого лекарства плотностью?Рис.ΙΙΙ. 10.  Решение. Выразим массу жидкости через её плотность и объём: (1)скорость  1 определим, воспользовавшись теоремой о непрерывности струи, согласно которой произведение скорости течения жидкости на площадь поперечного сечения трубки тока жидкости на площадь поперечного сечения трубки тока жидкости есть величина постоянная: , отсюда  . (2)Из уравнения Бернулли:  (3), причём  мало и им можно пренебречь, а  (4).Подставив в уравнение (3) уравнения (2) и (4), получим  .  Отсюда  . Задача решена.Задача 4. По каналу прямоугольного сечения с радиусом закругления  =40м течёт вода. При этом измерения показывают, что у наружной и внутренней стенок канала перепад давления воды составляет  = 2мм рт.ст. Определить скорость воды в канале. Ширина канала =4м, плотность воды 1000 кг/м3.  Рис.ΙΙΙ.11.Решение. По второму закону Ньютона произведение некоторой массы воды на её центростремительное ускорение  равно силе, возникающей вследствие перепада давлений воды на внутреннюю и наружную стенки канала площадью: (1)где массу воды можно определить через её плотность и объём : (2)Центростремительное ускорение определим по формуле  (3)И наконец, силу определим как произведение перепада давлений и площади стенки:  (4)Подставив (2), (3) и (4) в (1), получим  ,  , откуда  .Переведём с систему СИ давление: 2мм рт.ст.=2 133 Па=266Па.Произведём вычисления:  .Ответ:1,6 м/с. |
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... |
