2. Нма «давление»

Формирование этого понятия можно начать с рассмотрения примеров, хорошо известных учащимся из их жизненного опыта (хождение по снегу без лыж и на лыжах, вкалывание кнопки с острым и тупым концом в доску и др.). При анализе этих примеров необходимо подвести учащихся к выводу: результат действий силы одного тела на другое (деформация) зависит от значения силы и площади той поверхности, перпендикулярно которой эта сила действует. Этот вывод целесообразно подтвер­дить экспериментально.

Возникает необходимость уравнять условия сравнения — рассмотреть силу, действующую на единичную площадь. Сообщают, что эту новую физическую величину называют давлением, обозначают ее буквой р и записывают способ ее измерения в виде математического выражения:p=F/S (здесь F—модуль силы, но надо обязательно подчеркнуть, что эта сила действует перпендикулярно поверхности соприкосновения тел: ее не следует называть «силой давления», иначе у учащихся возникает путаница в терминах «давление» и «сила давления»). Далее устанавливают единицу давления — 1 Па. Конкретизацию единицы давления можно осуществить с помощью таблицы и фронтального экспериментального задания, где учащиеся определят давление, которое производит: а) стиральная резинка, положенная на тетрадь разными гранями; б) сам ученик, стоя на полу одной и двумя ногами; в) стул. Система заданий должна быть подобрана так, чтобы школьники научились правильно определять площадь соприкосновения взаимодействующих тел. Давление газа. При рассмотрении этого вопроса необходимо обратить внимание семиклассников на то, что давление газа на стенки сосуда, в котором он заключен, по всем направлениям одинаковое. Это очень характерно для газа и является следствием беспорядочного движения его молекул. Используя молекулярно-кинетические представления, предсказывают, что давление газа зависит от его объема и от температуры. Предсказание проверяют экспериментально. Закон Паскаля. Этот закон является теоретической основой для изучения практически всех вопросов, связанных с давлением в жидкости и газе. Его вводят вначале на основе мысленного эксперимента. С учащимися разбирают вопрос о распределении частиц газа при изменении его объема. Для этого теоретически рассматривают сосуд с газом (или жидкостью). Первоначально частицы газа (жидкости) распределены по всему объему сосуда равномерно. Обсуждают с ребятами, какие изменения произойдут в расположении частиц, если объем сосуда уменьшить (сдвинуть, например, поршень). Подчеркивают, что благодаря подвижности частицы будут перемещаться по всем направлениям, вследствие чего возникшее в первый момент при сжатии неравномерное расположение частиц вновь станет равномерным, но более плотным. Следовательно, давление газа (жидкости) на стенки сосуда должно возрасти. Это рассуждение подготавливает к формулировке закона Паскаля: «Давление, производимое на жидкость (газ) из вне, передается без изменения в каждую точку жидкости или газа». Хорошей иллюстрацией практического применения закона Паскаля являются гидравлические и пневматические машины и инструменты. Приступая к изучению архимедовой силы, вводят формулировку архимедовой силы: «На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости, вытесненной телом». Эта формулировка требует дополнительных пояснений понятия «жидкость, вытесненная телом» и при буквальном понимании данных слов могут привести к ошибке. Например, вес тела, плавающего в сосуде, может быть во много раз больше не только «вытесненной» им, но и всей вообще жидкости, налитой в сосуд, если зазор между стенками сосуда и телом невелик. Кроме того, замечено, что понятие «вытесненная жидкость» плохо воспринимается учащимися, когда речь идет о плавании судов, поскольку здесь неясно, где эта «вытесненная жидкость».

Поэтому в формулировке архимедовой силы должны быть четко выделены следующие моменты: архимедова сила действует на тела и в жидкости, и в газе; сила направлена вверх; сила равна весу жидкости или газа в объеме тела, если оно погружено целиком; сила равна весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела, если тело погружено в них частично. Поэтому желательнее более общая формулировка, например: «погруженное в жидкость или газ тело, выталкивается вертикально вверх с силой, равной весу жидкости или газа в объеме тела (или его погруженной части)». При изучении архимедовой силы возможны два основных подхода: 1) архимедову силу устанавливают с помощью опытов и затем объясняют теоретически на основе закона Паскаля и весового давления жидкости; 2) архимедову силу выводят теоретически и потом подтверждают с помощью эксперимента.

Второй способ изложения материала труднее, поэтому в ряде случаев можно использовать первый или некоторый средний путь: использование жизненного опыта учащихся для постановки проблемы; обнаружение выталкивающей силы на опыте; качественное объяснение на основе весового давления и закона Паскаля существования выталкивающей силы; установление значения архимедовой силы на опыте; решение задач. Теоретический же вывод архимедовой силы можно дать при решении задач или повторении материала.

2. Демонстрирование закона Архимеда. 1) Сначала показывают, что емкость ведерка в точности соответствует объему груза в виде цилиндра. Для этого 1—2 раза вкладывают цилиндр в ведерко, обращая внимание на то, что между ними нет зазора и что цилиндр заполняет ведерко до его верхнего края. Далее к пружине динамометра, зажатого в лапку штатива, подвешивают за дужку ведерко, а за ним на тонкой проволочке – ГРУ. Обращают внимание учащихся на величину растяжения пружины, т. е. на положение диска-указателя, к которому подводят передвижную стрелку. 2) Затем под груз подводят банку с водой, уровень которой должен обеспечить полное погружение цилиндра. При этом указатель растяжения пружины переместится вверх и расположится выше стрелки. Объясняют учащимся, что сила, выталкивающая цилиндр из жидкости, очевидно, будет равна весу такого добавочного груза, который возвратил бы диск-указатель на прежнее место, т. е. к стрелке. 3) Для определения величины выталкивающей силы берут стакан с водой и медленно наливают ее в ведерко. Показывают, как благодаря весу воды пружина вновь растягивается и диск, медленно опускаясь вниз, приходит к указателю Как только диск достигнет стрелки, наливать воду прекращают. Объясняют, что в этом случае вес воды в ведерке равен силе давления, оказываемого жидкостью на груз снизу вверх.

3. НМА «МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ» (работа, мощность,кинет-я и пот-я эн-гии, простые механизмы) В этой теме рассматривают сведения по кинематике и динамике, взаимодействие тел, вводят фундаментальные понятия о массе и силах (тяжести, упругости, трения и взаимодействия молекул).

Понятие работы было введено для обозначения процесса превращения одного вида движения в другой и количественного измерения этого превращения. Под действием сил, изменяется скорость движения тел, происходит их деформация. Говорят, что во всех этих случаях совершается механическая работа. Механическая работа всегда связана с действием силы и перемещением тела под действием этой силы. В том случае, когда нет перемещения тела или нет действующей силы, механическая работа не совершается. В этих случаях действуют силы, но нет перемещений, и поэтому не совершается механическая работа.

Используя знания учащимися инерции, сообщают, что если на тело не действуют другие тела и оно движется по инерции, то при этом не совершается механическая работа, так как в этом случае есть перемещение, но нет действующей силы.

Далее на ряде конкретных примеров с числовыми данными устанавливают зависимость работы от силы и от расстояния, на котором действовала эта сила. Вывод: работа зависит и от действующей силы, и от пути, на котором она действует. Сообщают, что работа измеряется произведением силы на путь, на котором действует эта сила. A=Fs, s—это путь, пройденный по направлению силы.

В том случае, когда направление силы совпадает с направлением перемещения точки приложения силы, в физике принято считать механическую работу положительной. Если же направление перемещения противоположно направлению силы, тогда работу этой силы считают отрицательной. Затем вводят единицу работы 1 Дж —1 Н-1 м.

Методику формирования понятия мощности. Это понятие вводят с помощью примеров, показывающих, что люди или различные машины могут выполнять за одно и то же время различную работу.

Для лучшего уяснения понятия мощности полезно срав­нить работу, которую совершает двигатель при различных ре­жимах эксплуатации. Учащиеся видят, что двигатель может поднять груз на одну и ту же высоту за разное время. Зная вес груза и измерив высоту, вычисляют совершенную работу. Измеряют время поднятия груза и вычисляют работу, выполненную двигателем за 1с.

После этого на основе простых числовых примеров вводят формулу мощности N=A/t и единицу мощности 1Дж/с=1Вт Простые механизмы. В этой теме используют, обобщают в углубляют понятия силы, работы и мощности. В ней учащиеся получают первоначальные сведения о рычагах и блоках, которые находят широкое применение в технике и быту.

Уч-ся должны понять, что выигрыш в силе или скорости, получаемый с помощью простых механизмов, часто позволяет человеку выполнять такие действия, которые без них оказались бы для него невозможными. Но при этом всегда остается в силе правило: простые механизмы выигрыша в работе не дают. Рычаги. На уроке учащимся сообщают, что каждая машина имеет ряд взаимодействующих между собой простых механизмов, к числу которых относятся рычаг, блок, ворот и др. Далее дают понятие о рычаге как твердом теле, имеющем ось вращения или точку опоры, вокруг которой он может вращаться под действием сил. Затем рассматривают устройство рычага и вводят понятия точки приложения, линии действия и плеча силы. После этого на демонстрационном рычаге слева подвешивают две одинаковые гири на расстоянии, например, 10 см от оси, а справа — одну такую же гирю на расстоянии 20 см. Аналогичные действия проводят с другим количеством гирь, подбирая их так, чтобы отношение числа гирь и длин плеч выражалось простыми кратными числами. На основе этих опытов делают вывод: рычаг находится в равновесии в том случае, если плечи сил обратно пропорциональны силам: l₁/l₂=F₂/F_1.

Блоки. Учащимся рассказывают о применении блока на стройке и в различных механизмах и машинах. На опытах вместе с учащимися выясняют, что неподвижный блок по существу является равноплечим рычагом и поэтому не должен давать выигрыша в силе. Таким образом приходят к выводу: с помощью неподвижного блока можно только изменить направление действия силы и создать удобства при выполнении работы.

Подвижной блок рассматривают как рычаг с отношением плеч 1 : 2, откуда следует, что он должен давать выигрыш в силе в 2 раза.

Кинетическая энергия. Для того чтобы пояснить учащимся, от чего зависит кинетическая энергия тела, следует показать опыт по перемещению движущимся шариком или тележкой бруска, поставленного на их пути на некоторое расстояние s. Затем видоизменяют опыт с тележкой. Пуская ее с разной скоростью (с разной высоты), делают вывод: чем больше скорость тела, тем больше и совершенная им работа и, следовательно, тем больше его энергия. Используя тележки разной массы, показывают, что энергия зависит также от массы движущегося тела. Обобщая наблюдения, приходят к заключению: чем больше масса движущегося тела и чем больше его скорость, тем больше и его кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Растягивают пружину, к концу которой прикреплен груз. Сжимаясь, пружина поднимает груз, т. е. совершает работу. Таким образом, вводят понятие потенциальной энергии как энергии, которая зависит от взаимного расположения тел или частей тела.

Затем на опыте можно выяснить, от чего зависит потенциальная энергия тела, поднятого над землей. Чем выше тело поднято над землей и чем больше сила тяжести, действующая на него, тем большей энергией оно обладает. Обращают внимание учащихся на то, что при поднятии тела на высоту h совершается работа против силы тяжести, поэтому потенциальная энергия тела может быть найдена по формуле E_p = Fh и измерена в джоулях.