Меню
Разработки
Разработки  /  Физика  /  Планирование  /  10 класс  /  Методическая разработка урока по физике на тему: «Воздухоплавание»

Методическая разработка урока по физике на тему: «Воздухоплавание»

Методическая разработка урока по физике на тему: «Воздухоплавание» Цель урока: рассмотреть физические основы воздухоплавания и историю развития полетов; дать понятие подъемной силы воздушного шара и 1м3газа; показать область использования воздушных шаров-зондов.
02.12.2020

Содержимое разработки


Методическая разработка урока по физике на тему: «Воздухоплавание»

Цель урока: рассмотреть физические основы воздухоплавания и историю развития полетов; дать понятие подъемной силы воздушного шара и 1м3газа; показать область использования воздушных шаров-зондов.

Ход урока

  1. Проверка домашнего задания

  1. Дайте определение осадки судна и его ватерлинии. (Глубина, на которую погружается судно называется осадкой. Наибольшая допускаемая осадка судна обозначена на корпусе судна красной линией, называемой ватерлинией).

2. Что называют водоизмещением судна? Грузоподъемностью судна? Вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом, называется водоизмещением судна. Грузоподъемность – разность между водоизмещением судна и весом самого судна.

3. В чем заключается преимущество речного и морского транспорта по сравнению с железнодорожным, автомобильным транспортом и авиацией?

4. При каких условиях тело:

а) тонет в жидкости. Ответ – (F тяж FA)

б) находится в равновесии в любой ее точке. Ответ – (F тяж= FA)

в) всплывает на поверхность? Ответ - (F тяж A)

5. Как показать на опыте, что вес жидкости, вытесненной плавающим телом, равен весу тела в воздухе? (Путем сравнения массы вытесненной жидкости с массой погруженного в нее тела и путем опыта можно доказать, что вес жидкости, вытесненной плавающим телом равен весу тела в воздухе).

6. Как зависит глубина погружения в жидкость плавающего тел от его плотности? (Глубина погружения растет с увеличением плотности).

Решение задачи: Плавающее тело вытесняет керосин объемом 120см3. Какой объем воды будет вытеснять это тело?

Дано: g= 10Н/кг

V1 = 120см3 = 0,000120м3

ρв =1000кг/ м3

ρк =800кг/ м3

Найти: V2 =?

Решение: FА1 = mg; FА2 = mg – условия плавания тела в керосине. Отсюда FА1 = FА2 ;

ρкgV1 = ρвgV2 → ρкV1 = ρвV2 → V2 = = = 0,000096м3= 96см3

m = ρV


II. Изучение нового материала

Тысячи лет человек мечтал о полете над облаками. Но сила тяжести прочно привязывала его к земле. Впервые оторваться от нее удалось с помощью теплого воздуха. Братья Жозеф и Этьен Монгольфье во Франции летом 1783г. соорудили воздушный шар и, надув его теплым воздухом, отправили в полет. Первыми пассажирами стали баран и петух. Убедившись, что полеты безопасны, на монгольфьерах стали летать люди. Первый полет совершили французы Пилатр де Розье и д"Арланд. Монгольфьеры использовали в основном для развлекательных прогулок, как только остывал в них воздух они тот час же опускались.

Для военных и научных целей стали использовать воздушные шары, надуваемые гелием и водородом. На таком шаре совершил полет русский ученый Д.И.Менделеев для наблюдения солнечного затмения в 1887г.

Подъемную силу шара можно найти по формуле

FА = ρвозд ρgVж

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

Летательные аппараты, которые реализуют этот принцип называются аэростатами. Они бывают управляемыми, неуправляемыми и привязные.

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.

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

Согласно формуле FА = ρвозд ρgVж аэростат будет подниматься вверх, если плотность воздуха или газа внутри него меньше плотности воздуха за оболочкой.

Говоря о подъемной силе воздушного шара, понимают разность между архимедовой силой, действующей на шар и силой тяжести шара с газом.

Fn = FA - Fм , или

FА = (ρвозд - ρгаза) gVшара

Вывод: чем меньше плотность газа внутри шара, тем больше подъемная сила.

Значит, причиной уменьшения архимедовой силы при подъеме шара вверх является уменьшение плотности воздуха.


Лучшими газами являются водород и гелий – самые легкие газы. Для водорода подъемная сила равна6 вес водорода объемом 1м3 = 0,9Н , а вес воздуха объемом 1м3 = 13Н, отсюда 13Н - 0,9Н = 12,1Н, для гелия – 11,2Н. Сейчас в целях безопасности используют воздух, который нагревают при помощи газовых горелок.

Пусть, например, в воздух запущен шар объемом 40 м3, наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна

ρ = m = ρV mг = ρг∙V= 0,1890 ∙ 40 м3 = 7,2 кг,

а его вес равен: Рг = gmг Рг = 9,8 ∙ 7,2 кг = 71Н

Выталкивающая сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе равна весу воздуха объемом 40 м3, то есть

FА = ρвозд gV FА = 9,8 ∙ 1,3 ∙ 40 м3 = 520Н


Fn = FA - Fм Fn = 520Н – 71Н = 449Н, значит, этот шар может поднять груз весом 449Н. Это и есть его подъемная сила. А если, заменить гелий на водород, то этот шар сможет поднять груз весом 479Н. значит, его подъемная сила больше, чем шара, наполненного гелием.

В 30-е годы было построено несколько высотных аэростатов для исследования верхних слоев атмосферы – из называли стратостаты. Гондола стратостата делалась герметичной, чтобы люди на большой высоте не страдали от недостатка кислорода. Стратостаты достигали высоты свыше 30 км.

Аэростат летит туда – куда его гонит поток воздуха. На смену аэростатам пришли дирижабли – управляемые аэростаты, и летательные аппараты тяжелее воздуха – самолеты и вертолеты. Во время первой и второй мировой войн в армиях многих стран появились аэростаты, связанные с землей прочным тросом. Они использовались в качестве подвижных наблюдательных пунктов, для подвески радиоантенн, в качестве воздушных ограждений против самолетов противника.

Современные воздушные шары используются в спортивных целях, а дирижабли для аэрофотосъемок.

Авиаконструкторы изобрели гидросамолет-амфибию, способный взлетать с водной поверхности и успешно приводняться. Разработан и совершенствуется летательный аппарат, представляющий собой гибрид воздушного шара, самолета и вертолета.

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


  1. Закрепление изученного материала.


Решение задачи

Шар-зонд объемом 20м3 наполнен водородом. Вычислите подъемную силу этого шара, если он находится на высоте 10км, где плотность атмосферы равна 0,414 кг/м3. (изменение объема шара при подъеме не учитывать)

Дано: Решение:

V = 20м3

ρ1 = 0,090кг/м3

ρ2 = 0,414кг/м3

F-?

Р1 = gm1 = ρ1 ∙Vg – вес водорода в объеме шара

Р2 = gm2 = ρ2 ∙Vg – вес воздуха в объеме шара (архимедова сила)

F = F2 - F1 , или F = (ρвозд - ρгаза) gVшара – подъемная сила шара

F = (0,414кг/м3 - 0,090кг/м3) ∙ 10Н/кг ∙ 20м3 = 64,8Н

Ответ: 64,8Н


  1. Домашнее задание


  1. § 52; вопросы к параграфу

  2. Повторить формулы для определения давления, плотности, силы тяжести.



-80%
Курсы профессиональной переподготовке

Учитель, преподаватель физики и информатики

Продолжительность 600 или 1000 часов
Документ: Диплом о профессиональной переподготовке
17800 руб.
от 3560 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Методическая разработка урока по физике на тему: «Воздухоплавание» (49.5 KB)