Тиск в рідинах і газах

      Здійснення двох видів шкільного  експерименту: демонстрації дослідів та проведення лабораторних робіт - дозволяє успішно вирішувати задачу фізики з технікою. Цим і пояснюється величезний інтерес, що проявляється вчителями фізики до постановки шкільного фізичного експерименту.

  Демонстраційний  експеримент є однією зі складових  навчального фізичного експерименту  і являє собою відтворення  фізичних явищ вчителем на  демонстраційному столі за допомогою  спеціальних приладів.

    Він відноситься до ілюстративних емпіричних методів навчання. Роль демонстраційного експерименту в навчанні визначається тією роллю, яку експеримент грає у фізиці-науці як джерело знань і критерій їх істинності, і його можливостями для організації навчально-пізнавальної діяльності учнів.

      Значення демонстраційного фізичного  експерименту полягає в тому, що:

      -Учні знайомляться з експериментальним  методом пізнання у фізиці, з роллю експерименту в фізичних дослідженнях (у результаті у них формується науковий світогляд);

      -В учнів формуються деякі експериментальні  вміння: спостерігати явища, висувати  гіпотези, планувати експеримент,  аналізувати результати, встановлювати  залежності між величинами, робити висновки і т.п.

      Демонстраційний експеримент, будучи  засобом наочності, сприяє організації  сприйняття учнями навчального  матеріалу, його розуміння і  запам'ятовування; дозволяє здійснити політехнічне навчання учнів; сприяє підвищенню інтересу до вивчення фізики та створення мотивації навчання. Але при проведенні вчителем демонстраційного експерименту учні тільки пасивно спостерігають за досвідом, проведеним вчителем, самі при цьому нічого не роблять власними руками. Отже, необхідна наявність самостійного експерименту учнів з фізики.

      Навчання фізиці не можна уявити  тільки у вигляді теоретичних  занять, навіть якщо учням на  заняттях показуються демонстраційні  фізичні досліди. До всіх видів чуттєвого сприйняття треба обов'язково додати на заняттях "роботу руками". Це досягається при виконанні учнями лабораторного фізичного експерименту, коли вони самі збирають установки, проводять вимірювання фізичних величин, виконують досліди.

    Лабораторні  заняття викликають в учнів  дуже великий інтерес, що цілком  природно, тому що при цьому  відбувається пізнання учнем навколишнього світу на основі власного досвіду та власних відчуттів.

      Значення лабораторних занять  з фізики полягає в тому, що  в учнів формуються уявлення  про роль і місце експерименту  в пізнанні.

    При  виконанні дослідів в учнів формуються експериментальні вміння, які включають в себе як інтелектуальні вміння, так і практичні.

    До  першої групи відносяться вміння: визначати мету експерименту, висувати  гіпотези, підбирати прилади, планувати експеримент, обчислювати похибки, аналізувати результати, оформляти звіт про виконану роботу.

   До другої  групи відносяться вміння: збирати  експериментальну установку, спостерігати, вимірювати, експериментувати.

      Крім того, значення лабораторного  експерименту полягає в тому, що при його виконанні у  учнів виробляються такі важливі  особистісні якості, як акуратність  в роботі з приладами; дотримання чистоти і порядку на робочому місці, в записах, які робляться під час експерименту, організованість, наполегливість в отриманні результату. У них формується певна культура розумової та фізичної праці.

      Фронтальні лабораторні роботи - це такий вид практичних робіт,  коли всі учні класу одночасно виконують однотипний експеримент, використовуючи однакове устаткування. Фронтальні лабораторні роботи виконуються найчастіше групою учнів, що складається з двох осіб, іноді є можливість організувати індивідуальну роботу.

 Відповідно  в кабінеті повинно бути 15-20 комплектів  приладів для фронтальних лабораторних робіт. Загальна кількість таких приладів буде становити близько тисячі штук.

Назви фронтальних  лабораторних робіт наводяться в  навчальних програмах. Їх досить багато, вони передбачені практично по кожній темі курсу фізики. Перед проведенням роботи вчитель виявляє підготовленість учнів до свідомого виконання роботи, визначає разом з ними її мету, обговорює хід виконання роботи, правила роботи з приладами, методи обчислення похибок вимірювань. Фронтальні лабораторні роботи не дуже складні за змістом, тісно пов'язані хронологічно з досліджуваним матеріалом і розраховані, як правило, на один урок. Описи лабораторних робіт можна знайти в шкільних підручниках з фізики.

      Фізичний практикум проводиться  з метою повторення, поглиблення,  розширення і узагальнення отриманих  знань з різних тем курсу фізики; розвитку та вдосконалення в учнів експериментальних умінь шляхом використання більш складного обладнання, більш складного експерименту; формування в них самостійності при вирішенні завдань, пов'язаних з експериментом. Фізичний практикум не пов'язаний у часі з досліджуваним матеріалом, він проводиться, як правило, в кінці навчального року, іноді - в кінці першого і другого півріч і включає серію дослідів з тієї чи іншої теми. Роботи фізичного практикуму учні виконують у групі з 2-4 чоловік на різному устаткуванні; на наступних заняттях відбувається зміна робіт, що робиться за спеціально складеним графіком. Складаючи графік, враховують кількість учнів у класі, кількість робіт практикуму, наявність обладнання. На кожну роботу фізичного практикуму відводяться дві навчальних години, що вимагає введення в розклад здвоєних уроків з фізики. Це представляє труднощі. З цієї причини і з-за недостачі необхідного обладнання практикують одногодинні роботи фізичного практикуму.

   Слід  зазначити, що кращими є двогодинні  роботи, оскільки роботи практикуму складніші, ніж фронтальні лабораторні роботи, виконуються на більш складному устаткуванні, причому частка самостійної участі учнів значно більше, ніж у випадку фронтальних лабораторних робіт. До кожної роботи вчитель повинен скласти інструкцію, в якій повинні бути : назва, мета, список приладів і обладнання, коротка теорія, опис невідомих учням приладів, план виконання роботи. Після проведення роботи учні повинні здати звіт, який повинен містити: назву роботи, мету роботи, список приладів, схему або малюнок установки, план виконання роботи, таблицю результатів, формули, за якими обчислювалися значення величин, обчислення похибок вимірювань, висновки. При оцінці роботи учнів у практикумі слід враховувати їх підготовку до роботи, звіт про роботу, рівень сформованості умінь, розуміння теоретичного матеріалу, використовуваних методів експериментального дослідження.

Демонстрація "Відерце Архімеда"

  Прилад складається з відерця, циліндра і пружинного динамометра. Внутрішні розміри відерця з достатнім ступенем наближення відповідають розмірам циліндра. У відерця зверху є дужка, а знизу невелика дротяна петля. За дужку під час досліду відерце підвішують до динамометра, а до петлі за допомогою нитки прив'язують циліндр, який для цієї мети забезпечений гачком. Циліндр заповнений сумішшю піску з алебастром так, що середня густина циліндра трохи перевищує густину води. Динамометр представляє собою відкриту пружину, верхній кінець якої надітий на гачок скоби, а на нижній підвішений стрижень з покажчиком у формі диска і з гачком для підвішування відерця. Стрижень протягнуто через отвори в скобі, які служать для нього напрямними. Розтягування пружини динамометра помічають фіксатором; він пересувається по пластині, яка, у свою чергу, може переміщатися по скобі.

    Прилад  служить для демонстрації явища  виштовхування рідиною навантаженого в нього тіла та вимірювання величини виштовхувальної сили.

              1                                2                                   3

1.На штативі підвішують динамометр з комплекту «відерця», потім до його пружини закріплюють відерце, показавши, що його внутрішній об'єм дорівнює об'єму циліндра. За гачок, який розташований на дні відра, на нитці підвішують циліндр. Показником динамометра відзначаємо розтяг пружини, вказавши додатково, що вага відерця й циліндра урівноважений силою пружності розтягнутої пружини.

2. Занурюємо  циліндр у посудину з водою і спостерігаємо зменшення ваги циліндра.

3.Заливаемо воду в відро й спостерігаємо за показаннями динамометра. Як тільки відерце наповниться доверху, стрілка динамометра зупиниться біля показника. Робимо висновок, що виштовхувальна сила скомпенсована вагою води у відрі. Тут важливо підкреслити, що об’єм цієї води дорівнює вазі циліндра.

Демонстрація  «Куля Паскаля»

  Прилад являє собою порожню металеву кулю з трубкою і поршнем, посадженим на стрижень з рукояткою; трубка має по кінцях металеві оправи. У нижню оправу вільно ввертається куля, а у верхню - шайба, яка служить направляючою для стрижня. У кулі зроблено кілька однакових отворів, розташованих у вертикальній площині по окружності великого кола.

   Куля  Паскаля призначена для демонстрації двох дослідів: рівномірна передача тиску, виробленого на рідину або газ в закритому посуді і підйом рідини за поршнем під впливом атмосферного тиску.

Якщо набрати води в кулю і  всунути в трубку поршень, то вода поллється з усіх отворів кулі. У цій демонстрації поршень тисне  на поверхню води в трубці. Частинки води, які знаходяться під поршнем, ущільнюючись, передають його тиск іншим шарам, що лежать глибше. Таким чином, тиск поршня передається в кожну точку рідини, що заповнює кулю. У результаті частина води виштовхується з кулі у вигляді струмків, що витікають з усіх отворів. 

Демонстрація  «Картезіанський  водолаз»

   Прилад представляє з себе скляний циліндр, наповнений водою, в якому вертикально плаває фігурка чоловічка. Фігурка знаходиться у верхній частині посудини. Коли натискаємо на гумову плівку, що закриває верх циліндра, фігурка повільно опускається вниз, на дно. Коли перестаємо натискати, фігурка піднімається вгору.

   Можна  проробити цю демонстрацію простіше. Роль водолаза буде виконувати  скляна пробірка.

Наповнимо циліндр  водою, залишивши два-три сантиметри до краю горловини. Візьмемо пробірку, наберемо у неї трохи води і опустимо в горлечко циліндра. Вона повинна своїм верхнім кінцем бути на рівні або трохи вище рівня води в циліндрі. При цьому потрібно добитися, щоб від легкого поштовху пальцем пробірка занурювалася, а потім сама знову спливала. Натягнемо на шийку циліндра шматочок плівки від повітряної кульки.

    Перевіряємо роботу водолаза.

Натиснемо пальцем  на плівку - пробірка опускається вниз. Відпускаємо палець - пробірка піднімається.

   Спочатку  виштовхувальна сила врівноважує силу тяжіння, що діє на плаваючу пробірку. При натисканні на плівку збільшуємо тиск води в циліндрі - тиск усередині пробірки стає менше, ніж в циліндрі, і в неї починає надходити вода. Діюча на пробірку сила тяжіння збільшується. Пробірка опускається.

   При знятті  пальців зменшуємо тиск всередині  рідини, частина води з пробірки виходить і водолаз піднімається.

  Якщо на  початку досліду «водолаз» не слухається, значить, треба відрегулювати початкова кількість води в пробірці.

Демонтрація «Яйце в пляшці»

Це дуже відомий  дослід, який і досі справляє сильне враження - особливо на тих, хто погано розібрався у фізиці .

Зваримо яйце круто. Візьмемо порожню пляшку з-під кефіру. Очистимо яйце від шкаралупи. Візьмемо аркуш паперу, скрутимо його трубкою, підпалимо і палаючий папір швидко опустимо в пляшку.

  Почекаємо,  поки папір прогорить, а потім покладемо очищене яйце на горлечко пляшки. Мине небагато часу, і яйце протиснеться через шийку всередину пляшки.

   При горінні  паперу повітря всередині пляшки зігріється і, розширившись, вийде назовні. Коли ми заткнули горлечко пляшки яйцем, то повітря всередині пляшки, поступово остигаючи, стало стискатися, його тиск став менше атмосферного, і яйце засмоктало всередину.

                       

Демонстрація  «Сухим з води»

Покладемо монету на велику плоску тарілку, наллємо стільки води, щоб вона покрила монету. Запалимо папірець, покладемо її палаючої всередину склянки і швидко поставимо склянку на тарілку поблизу монети, дном вгору. Папірець згасне, склянку наповниться білим димом, а потім під них сама собою збереться вся вода з тарілки. Монета ж, звичайно, залишиться на місці, і через хвилину, коли вона обсохне, ми зможемо взяти її, не замочивши пальців.

 Яка сила увігнала воду  в стакан і підтримує її на певній висоті? Атмосферний тиск. Палаючий папірець нагрів в склянці повітря, тиск його від цього підвищився, і частина газу вийшла назовні. Коли папірець згас, повітря знову охололо, але при охолодженні його тиск послабився і під склянку увійшла вода, яка була загнана туди тиском зовнішнього повітря. 

Демонстрація  «Яйце в солоній воді»

   Для цієї демонстрації  нам знадобляться: 3 банки, сире  яйце, вода, сіль.