Программа элективного курса "Аквамир"(8класс)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа элективного курса по физике предназначена для учащихся 8 классов в рамках предпрофильной подготовки, рассчи­тана на 34 часа.

 

Целью курса является создание условий для формирования и развития  у обучающихся:

•  интеллектуальных и практических умений в области физиче­ского эксперимента, позволяющих оценить физические характери­стики человека;

•  интереса к изучению физики;

•  умения более осознанно применять на практике физические законы, правильно (оптимально и безопасно для жизни) действо­вать в реальном мире;

•  умения самостоятельно приобретать и применять знания;

•  умения работать с источником информации;

 

•  творческих способностей, умения работать в группе, вести дискуссию, отстаивать свою точку зрения;

•  способности ориентироваться в мире профессий: физика, медицинского работника, эколога, биофизика.

В процессе обучения учащиеся приобретают следующие кон­кретные умения (компетентности), которые позволяют ему быть успешным на следующей ступени образовательной вертикали и заботиться о своем здоровье:

•  определять физические характеристики человека;

•  определять факторы, отрицательно влияющие на здоровье че­ловека;

•  организовывать свою жизнь с учетом сложившихся объектив­ных экологических условий, устранять нежелательные факторы или снижать их воздействие, сводить к минимуму их вредное влия­ние на человеческий организм;

•  описывать результаты опытов;

•  отбирать и изготавливать необходимые приборы;

•  выполнять измерения;

•  представлять результаты измерений в виде таблиц и графи­ков;

•  делать выводы.

Перечисленные умения формируются на основе следующих знаний:

•  роль эксперимента в познании;

•  правила пользования измерительными приборами,

•  основные физические законы и явления природы;

•  строение тела человека;

•  гигиенические основы жизни человека;

• ответственность за собственное здоровье.
Данный курс обеспечен:

• наличием в фонде библиотеки специальной литературы; на­личием необходимого физического оборудования:

-   деревянный метр;

-   пружины;

-   легкоподвижные тележки;

-   секундомер;

-   сантиметровая лента;

-   воздушный шарик;

-   номограмма для определения площади поверхности тела че­ловека;

-   прибор для измерения давления;

-   фонендоскоп;

-   электроизмерительные приборы;

 

-   свинцовые пластинки - электроды, применяемые для элек­тропроцедур;

-   звуковой генератор;

-   осциллограф;

-   ширма с двумя отверстиями.

В работе с данным содержанием возможны следующие виды деятельности:

•  выполнение лабораторных работ;

•  самостоятельные исследования;

•  составление и решение физических задач как расчетного, так и оценочного характера;

•  составление таблиц;

•  устные сообщения учащихся с последующей дискуссией;

•  работа над проектами;

•  работа со справочной литературой, энциклопедиями.

Учащиеся могут выполнить любые три вида работ, названных выше (кроме лабораторных работ, которые являются обязательны­ми). При этом самостоятельно выбирают:

•  тему исследования;

•  тему проекта;

•  литературу, с помощью которой они будут готовить собст­венные работы.

 

Критерии успешности.

Ученик получает зачет (оценка не ниже «4») при условии:

• выполнения не менее трех обязательных работ, представлен­ных в установленный срок, в предложенной учителем форме с со­блюдением стандартных требований к их оформлению.

Дополнительные баллы выставляются (за любые из названных ниже дополнительных условий):

-   инициативно качественно выполненное задание помимо обя­зательных;

-   инициативную публичную презентацию своей работы (проекта) в школе или за ее пределами (конкурс, смотр, публикации и т. д.).

Динамика интереса к курсу фиксируется:

•  анкетированием на первом и последнем занятии;

•  собеседованием.в процессе работы.

Завершается изучение курса проведением защиты проектов, от­четами по выбранным видам деятельности.

•     Самое необыкновенное в мире «обыкновенное» вещество.

•    Смачивание и капиллярность.

•    Поверхностное натяжение.

•    Плотность жидкости.

•    Давление в жидкости.

•    «Загадки» простой воды.

 

 

 

Тематический план

 

№ п/п	Тема	Всего часов	Теоретических занятий	Практических занятий
1	Самое необыкновенное в мире «обыкновенное» вещество	2	1	1
2	Смачивание и капиллярность	2	1	1
3	Поверхностное натяжение	2	0,5	1,5
4	Плотность жидкости	2	0,5	1,5
5	Давление жидкости	2	0,5	1,5
6	«Загадки» простой воды	2	-	2
7	Сообщающиеся сосуды. Фонтан	2	0,5	1,5
8	Шлюзование	2	-	2
9	Закон Архимеда	2	0,5	1,5
10	Условия плавания тел	2	-	2
11	Кипение и плавление льда	2	0,5	1,5
12	Лабораторная работа  «Определение степени загрязнения воды»	2	-	2
13	Теплопроводность. Устройство теплового фонтана	2	0,5	1,5
14	Электрификация и охрана природы. Решение задач	2	-	2
15	Оптические явления в воде	2	0,5	1,5
16	Решение задач на построение изображений с помощью линз	3	1	2
17	Защита проектов	1	-	1
	всего	34	7	27

 

ЛИТЕРАТУРА

 для учителя и учащихся

 

1.Балашов, М. М. О природе. - М: Просвещение, 1991.

1.Блудов, М. И. Беседы по физике. - М.: Просвещение, 1964.

2.Горев, Л. А. Занимательные опыты по физике. - М.: Просвещение, 1989.

3.Демченко, Е. А. Нестандартные уроки физики. 7-11 классы. - Вол­гоград: Учитель ACT, 2002.

4.Дик, Ю. И., Турышев, К. К. Межпредметные связи курса физики в средней школе. М:    Просвещение, 1987.

5. Ланге, В. Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку. М.: Наука, 1974.

6. Панина, И. Я. Внеклассная работа по физике. - М: Просвещение, 1977.

7. Лыков, В. Я. Эстетическое воспитание при обучении физике. - М: Просвещение, 1986.

8.Перелъман, Я. И. Занимательная физика. - М.: Наука, 1991.

 

10.Петряков, И. В. Самое необыкновенное вещество в мире. - М.: Педагогика, 1981.

11. Синичкин, В. В., Синичкина, О. П. Внеклассная работа по физике. Саратов: ОАО «Лицей», 2002.

12.Стоцкий, Л. Р. Физические величины и их единицы. - М.: Про­свещение, 1984.

13.Физика наших дней. - М.: Знание, 1972.

      14.Школьникам о современной физике. - М.: Просвещение, 1978.

                                                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

ЗАНЯТИЕ 1

САМОЕ НЕОБЫКНОВЕННОЕ В МИРЕ «ОБЫКНОВЕННОЕ ВЕЩЕСТВО»

Наверное, нет более привычного нам и столь же часто встре­чающегося вещества, как вода.

Вода по многим своим свойствам отличается от других ве­ществ. Она встречается в жидком, твердом и парообразном состоя­ниях. Приведенный ниже ряд задач-вопросов поможет вам больше узнать о свойствах самого удивительного «обыкновенного вещест­ва» - воды.

Задание

Какую форму имеет вода?

Решение.

Утверждение, что вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет, неверно. Вода обладает собственной формой. Ее форма -шар, но на Земле она искажена земным притяжением. В космосе вода принимает форму шариков, но увидеть это можно и на Земле: посмотрите на падающую каплю или дуйте на мыльный пузырь. Во всех этих случаях действие веса исключено, и вода принимает свою собственную форму.

Ответ: вода имеет форму шара.

Задание

За счет чего происходит круговорот воды в природе?

Решение.

Круговорот воды в природе происходит за счет энергии Солн­ца. Вода испаряется, под действием воздушных течений разносится по свету, конденсируется, выпадает на земную поверхность, стека­ет в океан.

Задание

Имеется стакан цилиндрической формы, до краев наполненный жидкостью. Как разделить содержимое стакана на две совершенно равные части, имея еще один сосуд произвольной формы и мень­шего размера?

Подсказка. Подумайте, как можно провести плоскость, раз­деляющую цилиндр на две равные части. Нарисуйте чертеж.

Решение.

Если через точки М и N провести плоскость так, как это пока­зано на рис. а, то она рассечет цилиндр на две симметричные и равные по объему фигуры. Теперь лишь остается, постепенно на­клоняя стакан, осторожно отливать содержащуюся в нем жидкость до тех пор, пока чуть-чуть не покажется дно (рис. б). В этот момент в стакане останется ровно половина жидкости.

 

Задание

При каком условии из опрокинутого вверх дном ведерка вода не выливается?

Решение.

Вода не выливается из ведра, которое вращается, даже тогда, когда ведро перевернуто вверх дном. Правда, вращать ведро надо достаточно быстро. Указанное явление есть не что иное, как прояв­ление инерции, а всякое движение по инерции (по первому закону Ньютона) осуществляется без участия сил. Обращаясь к вращению ведра с водой, попытаемся ответить на вопрос: куда направится струя воды, если в стенке ведра сделать отверстие?

Не будь силы тяжести, водяная струя по инерции направилась бы по касательной АК к окружности АВ (рис. 2). Сила тяжести же заставляет струю снижаться и описывать параболу АР. Если круго­вая скорость достаточно велика, эта кривая будет вне окружности АВ. Теперь понятно, что вода вовсе не стремится выливаться из ведерка.

Расчеты показывают, что для радиуса вращения R - 70 см доста­точно круговой скорости v = 2,6 м/с, что соответствует частоте вра­щения руки - полтора оборота в секунду. Это вполне достижимо.

Ответ: вода не выливается из вращающегося ведра вследст­вие своей инерции.

 

Задание

Как образуется ледяная сосулька?

Решение.

Чтобы могли образоваться ледяные сосульки, необходимо на­личие двух температур: таяния снега - выше нуля и замерзания во­ды - ниже нуля. Идеальным местом для протекания такого процесса является покатая крыша (см. рис. 3): снег на склоне крыши тает под дейст­вием солнечных лучей, нагретый до температуры выше нуля, а сте­кающие капли воды у края крыши замерзают, потому что здесь температура ниже нуля.

Даже при морозе в 1-2 °С снег на крыше может растаять, так как здесь солнечные лучи падают не полого, как на землю, а круче, под углом, более близком к прямому (см. рис. 3). Но под крышей температура ниже нуля, и капля замерзает. На замерзшую каплю натекает следующая и тоже замерзает. Постепенно образуется ле­дяной бугорок который со временем удлиняется и образует ледя­ную сосульку.

Ответ: сосулька образуется как результат таяния и замерза­ния снега.

 

ЗАНЯТИЕ 2

 СМАЧИВАНИЕ И КАПИЛЛЯРНОСТЬ

Задание

Как достать из воды монету, не намочив пальцев?

Положите монету на большую плоскую тарелку. Налейте столько воды, чтобы она покрыла монету. А теперь предложите гостям или зрителям достать монетку, не намочив при этом паль­цев. Для проведения опыта необходим еще стакан и несколько спичек, воткнутых в плавающую на воде пробку (см. рис. 4). За­жгите спички и быстро накройте плавающий горящий кораблик стаканом, не захватив при этом монетки. Когда спички погаснут, стакан наполнится белым дымом, а затем под ним сама собой собе­рется вся вода из тарелки. Монета останется на месте, и вы можете взять ее, не намочив пальцев.

Объяснение.

Сила, вогнавшая воду под стакан и удерживающая ее там на определенной высоте, - атмосферное давление. Горящие спички нагрели в стакане воздух, давление его возросло, и часть газа вы­шла наружу. Когда спички погасли, воздух снова остыл, но при ох­лаждении его давление уменьшилось, и под стакан вошла вода, вгоняемая туда давлением наружного воздуха.

Задание

Почему вода поднимается вверх, когда ее «втягивают» че­рез соломинку?

Решение.

Если нас мучит жажда, мы подносим стакан с водой ко рту и «втягиваем» в себя жидкость.

При питье мы расширяем грудную клетку и тем самым разре­жаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким об­разом проникает в наш рот. Здесь происходит то же самое, что и с жидкостью в сообщающихся сосудах: если бы над одним из этих сосудов мы стали разрежать воздух, под давлением атмосферы жидкость (рис. 5) из соседнего сосуда стала бы переходить в первый и уровень в нем повысился бы.

Захватив губами горлышко бутыл­ки, никакими усилиями нельзя втянуть из нее воду в рот, так как давление воз­духа во рту и над водой одинаково.

Опуская же соломинку в бутылку (см. рис. 5), мы не мешаем действию атмосферы, которая давит на поверх­ность жидкости с силой F . За счет рас­ширения легких происходит разреже­ние, и жидкость через соломинку устремляется к нам в рот.

 

    Ответ: вода поднимается вверх по соломинке за счет расши­рения легких и давления атмосферы.

ЗАНЯТИЕ 3

 ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

Задание

Опыты с мыльными пузырями.

Приготовьте раствор хозяйственного мыла, в который добавьте 1/3 глицерина (по объему). Лучше всего для раствора пользоваться дождевой или снеговой водой. Но если такой нет - хорошо исполь­зовать охлажденную кипяченую воду. С поверхности раствора убирают пену и погружают в него узкую трубочку, конец которой вымазан мылом. Можно пользоваться и соломинкой (10 см), кре­стообразно расщепленной на конце.

а) Цилиндр из мыльной пленки:

Осторожно выдуйте мыльный пузырь и опустите его на прово­лочное кольцо, укрепленное на штативе (рис. 6). Затем сверху к пузырю приложите такое же кольцо, смоченное раствором. Куском раскаленной проволоки проткните пузырь в верхней точке. Мыль­ная пленка внутри верхнего кольца лопнет, внутри нижнего кольца будет плоской, а между кольцами выгнется внутрь (рис. 6).

Объяснение.

Давление воздуха внутри мыльного пузыря уравновешивает давление мыльной пленки и внешнее атмосферное давление. После прокалывания пузыря давление внутри получившейся фигуры бу­дет равно атмосферному, а давление мыльной пленки падает до нуля, так как в каждой точке между кольцами пленка имеет двой­ную кривизну, причем радиусы кривизны равны и имеют противо­положные знаки.

б) Убегающий пузырь.

Подберите две такие соломинки, чтобы конец одной плотно входил в конец другой. Выдуйте на этих соломинках два мыльных пузыря как можно более разных диаметров. Соедините соломинки концами так, чтобы получилась одна целая трубка с мыльными пу­зырями на концах (рис. 7). Пузырь с меньшим диаметром будет уменьшаться, а воздух из него перейдет в большой пузырь.

Объяснение.

Давление поверхностной пленки пузыря на находящийся в ней воздух вызывается силами поверхностного натяжения. Это давле­ние будет тем больше, чем меньше диаметр пузыря, поэтому воз­дух из маленького шарика устремится по трубке в большой, а сам мыльный пузырь станет еще меньше. Создается впечатление, что он «убегает» в большой мыльный пузырь.

Задание

Как насекомые используют силу поверхностного натяже­ния воды?

Решение.

1. Водяное насекомое водомерка использует поверхностную пленку воды в качестве опоры для передвижения. Она опирается на воду только конечными члениками широко расставленных лапок, которые не смачиваются водой. Водомерка может даже делать ог­ромные прыжки на воде, не прорывая ее поверхностного слоя.

2. Личинка комара подвешивается снизу к поверхностной плен­ке с помощью особых крючков, окружающих ее органы дыхания. Так, используя силы поверхностного натяжения, личинка комара может дышать и развиваться.

Ответ: насекомые используют поверхностное натяжение во­ды как опору и как подвес.

Задание

Можно ли бегать по поверхности воды? Может ли вода течь вверх?

Решение.

Да, благодаря исключительно большому поверхностному натя­жению (72 мН/м) - силе, стягивающей поверхность жидкости. Эта сила придает мыльному пузырю, падающей капле форму шара. Она поднимает воду в почве, поддерживает бегающих по поверхности пруда жуков, лапки которых водой не смачиваются.

Ответ: все это возможно благодаря поверхностному натяже­нию.

Задание

Как болотные птицы бегают по воде?

Уточнение. Птицы бегают по плавающим на воде листьям.

Решение.

Плавающие листья очень тонкие и тяжелые, так что, если птица задержится на одном из них хотя бы на несколько секунд, лист опустится под воду.

Но ловкая птица не делает остановок. Она бежит с листа на лист, отталкиваясь с силой, превосходящей ее собственный вес. При этом лист почти не успевает погрузиться в воду. Откуда у тон­кого листа такая инерция? Все дело в его присоединенной массе. Когда птица давит на лист, последний начинает двигаться с уско­рением, испытывая не только гидродинамическое сопротивление (которым можно пренебречь), но и силу, вызванную инерцией воды.

Эта сила подчиняется второму закону Ньютона, то есть про­порциональна ускорению и массе, участвующей в движении.

Какая же масса участвует в движении, когда тело двигается в воде? Двигаясь в воде, тело приводит в движение всю окружаю­щую его массу воды, причем близлежащие слои двигаются со ско­ростью самого тела. За счет этих слоев и создается фиктивная мас­са, называемая присоединенной.

Величина присоединенной массы зависит от формы плавающе­го предмета. Чем шире лист, тем больше его присоединенная мас­са. При поперечном движении она может в сотни раз превосходить массу самого листа.

Поэтому болотные птицы так легко бегают по листьям. Ведь убегать от хищника или охотника намного надежнее, чем уплы­вать: скорость больше.

Ответ: присоединенная масса листьев растений позволяет бо­лотным птицам бегать по воде.

Задание

Из неисправного крана капает вода с периодом времени t = 1 с. Диаметр шейки капли в момент отрыва считается равным внутрен­нему диаметру трубы крана d = 2 см. Определить массу вытекаю­щей за сутки воды.

Решение.

Отрыв капли происходит тогда, когда сила поверхностного на­тяжения F = d становится равной весу капли mg (рис. 8), то есть

mg = 5d, где т - масса капли; - коэффициент поверхностного натяжения воды; Н/м.

Масса капли выразится формулой

                      m=

Если t - время между каплями, то за время t из крана вытечет

капель, тогда масса М вытекаемой воды за время t будет равна

 За сутки из крана вытечет    

 

 

 

 

Ответ: за сутки из крана вытекает  40,4 кг воды.

 

Вода в решете

Возьмите проволочное решето с не слишком мелкими ячейками (около 1 мм) и окуните его сетку в растопленный парафин. Затем выньте решето из парафина - проволока оказалась покрытой тон­ким слоем парафина, едва заметным для глаз.

Решето осталось решетом: в нем есть сквозные отверстия, через которые свободно проходит булавка, но теперь вы можете на гла­зах изумленной публики, в буквальном смысле слова, носить в нем воду. В таком решете удерживается довольно высокий слой воды, не проливаясь сквозь ячейки; надо только осторожно носить воду и оберегать решетку от толчков.

Объяснение.

Вода не проливается, потому что, не смачивая парафин, она об­разует в ячейках решета тонкую пленку, обращенную выпуклостью вниз, которая и удерживает воду (рис. 9). Поверхностная пленка воды, стремясь распрямиться, оказывает давление вверх.

Опыт-фокус можно продолжить: парафинированное решето положить на воду, и оно будет держаться на ней. Следовательно, плавать может и дырявая посудина.

Копейка, которая в воде не тонет

Возьмите стакан и наполните его водой. Положите на поверх­ность воды лоскуток папиросной бумаги, а на него - совершенно сухую монетку. Проще всего опыт получается с монетой из алю­миниевого сплава. Теперь остается только осторожно удалить па­пиросную бумагу из-под монеты, Делается это так: вооружившись иглой или булавкой, слегка погружают края лоскутка в воду, по­степенно подходя к середине; когда лоскуток весь намокнет, он упадет на дно, монетка же будет продолжать плавать (рис. 10). Правда, для того, чтобы монетка оставалась на плаву, надо предва­рительно потренироваться.

Объяснение.

Причина плавания монетки состоит в том, что вода плохо сма­чивает металл побывавший в наших руках и поэтому покрытый тончайшим слоем жира. Оттого вокруг плавающей монеты на по­верхности воды образуется вдавленность, которую можно видеть. Поверхностная пленка жидкости, стремясь распрямиться, оказыва­ет давление вверх на монетку и тем поддерживает ее.

ФОКУСЫ К ЗАНЯТИЮ 5

1. Капризная вода.

Бутылку с широким горлом закрыть пробкой, в которую вста­вить стеклянную воронку. Налить в бутылку немного воды. Потом попросить зрителей долить воды в бутылку. Это оказывается не­возможным. Секрет фокуса в маленьком отверстии в пробке, кото­рое вначале надо открыть, а потом незаметно залепить кусочком пластилина.

2. Склеивание водяных струй.

В пустой консервной банке пробить гвоздем три отверстия, расстояния между которыми 2-3 мм. Вода из банки вытекает тремя струйками. Объявить зрителям, что струйки можно склеить в одну обычным клеем. Для вида обмакнуть пальцы в клей и сдавить ими струйки. Образуется одна струя.

ЗАНЯТИЕ 6

 «ЗАГАДКИ ПРОСТОЙ ВОДЫ»

Вода... Кажется, мы так много знаем о ней. Мы узнаем ее в виде жидкости и твердого тела, мы любуемся ее парами, проплываю­щими над нами в виде белых облаков.

Совсем еще недавно, в 30-х годах XX века, химики были уве­рены, что состав воды им хорошо известен. Но однажды один из них измерил плотность остатка воды после электролиза. Оказалось, что плотность на несколько стотысячных долей выше нормальной. Эта ничтожная разница потребовала объяснения. В результате ис­следований было обнаружено, что вода очень сложна. Вода пред­ставляет собой гидрид кислорода - элемента шестой группы. Хи­мические аналоги воды: H₂S, H₂Fe, H₂Se, H₂Po. Для каждого из них известна температура кипения, равномерно изменяющаяся от серы к полонию. Если мы нанесем эти температуры на график и про­должим линию точек кипения в сторону воды, то окажется, что для воды температура кипения 80 °С. Но мы хорошо знаем, что вода кипит при 100 °С. Оказывается, что это одно из ее необычных и удивительных свойств. Гидрид кислорода на основании его поло­жения в таблице Менделеева должен был бы отвердевать при тем­пературе -100 °С. Но вода замерзнет при 0 °С. Это второе удиви­тельное свойство.

Некоторые свойства воды можно продемонстрировать на опыте.

Опыт 1. Горение натрия на воде.

Опыт 2. Испарение эфира за счет тепла, выделяющегося при реакции воды с серной кислотой.

Опыт 3. Получение и разложение воды.

Если подсчитать все возможные различные соединения с обра­зующей формулой Н₂0, то окажется, что могут существовать 48 различных вод. Из них 39 радиоактивны, а 9 стабильны, устойчи­вы. Самая легкая вода 'Н₂^1бО, но пока такая вода существует толь­ко в нескольких крупнейших лабораториях мира.

А существует ли антивода? Если не на Земле, то, может быть, в антимирах Вселенной? Физики, химики и астрономы серьезно об­суждают этот вопрос. Но сейчас это еще научная тайна.

Вода один из самых сильных растворителей. Вода разрушает

горные породы, даже гранит, выщелачивая из них легкораствори­мые соединения.

Существуют и другие загадки воды. Например, еще никто не знает, что происходит с водой в магнитном поле. Опыт показывает, что вода проявляет магнитные свойства. Из обычной воды в паро­вом котле выделяемые соли откладываются твердым и плотным слоем на стенках котельных труб, а из воды, обработанной в маг­нитном поле, - в виде рыхлого осадка, взвешенного в воде. На мно­гих тепловых электростанциях давно уже установлена магнитная подготовка воды.

Задание

Почему мыло смывает грязь?

Подсказка. Речь идет о тех загрязнениях, которые только водой не смываются.

Решение.

Когда грязь растворяется в воде, она легко смывается с рук и без мыла. Но если вы имели дело с каким-нибудь маслянистым ве­ществом или испачкались сажей и т. д., тогда надо энергично на­мылить руки мылом. Образуется пена - множество мельчайших мыльных пузырьков. Частицы грязи, не растворимые в воде, при­ходя в соприкосновение с оболочкой воздушного пузырька, при­стают к ней или обволакиваются (см. рис. 11). После этого надо поднести руки к струе воды - она смоет мыльную пену вместе с грязью.

Но более наглядно действие мыла будет в том случае, если вы моете руки в тазу. Здесь крупинки грязи вместе с мыльной пеной всплывают на поверхность воды: каждый пузырек пены как воз­душный шар в атмосфере, поднимающий гондолу (частицу грязи).

Этот факт и послужил толчком к развитию способа флотации -«обогащения» руд с помощью водно-маслянистой смеси, переме­шиваемой с воздухом.

Ответ: пузырек мыльной пены захватывает частичку грязи.

Задание

Почему вода гасит огонь?

Решение.

Прикасаясь к горящему предмету, вода превращается в пар, от­нимая при этом много теплоты у горящего тела. Чтобы превратить крутой кипяток в пар, нужно в пять раз больше теплоты, чем для нагревания того же количества холодной воды до 100 °С.

Пары, образующиеся при этом, занимают объем в сотни раз больший, чем породившая их вода. Окружая горящее тело, пары оттесняют от него воздух, а без воздуха никакое горение невоз­можно.

Ответ: вода гасит огонь, так как ее пары оттесняют воздух.

ЗАНЯТИЕ 9 ЗАКОН АРХИМЕДА

Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы

Если вы не умеете плавать, вам на помощь придут надувные резиновые игрушки (показ). Эти игрушки обладают большой подъ­емной силой, потому что их вес намного меньше действующей на них со стороны воды выталкивающей силы.

В существовании выталкивающей силы легко убедиться на опыте. Для этого прикрепим небольшой груз к резиновой тесьме. Измерим длину растянувшейся при этом резинки. Держа резинку за верхний конец, опустим груз в сосуд с водой. Объясним причину укорачивания резиновой тесьмы. (Объяснение.)

Величина выталкивающей силы зависит от плотности жидко­сти. Опустим в банку с водой яйцо - оно тонет. Будем подсыпать в воду соль. По мере солености воды яйцо всплывает (опыт).

Законы плавания тел использованы в устройстве детской иг­рушки «водолаз». Вес «водолаза» подобран таким образом, что при заполнении полости игрушки водой ее вес становится больше вы­талкивающей силы, и «водолаз» погружается на дно, а при заполнении полости воздухом, выталкивающая сила становится больше веса игрушки, и «водолаз» всплывает.

Можно игрушечного «водолаза» применить и по-другому, уст­роив «картезианского водолаза».

Для опыта обычно используют плавание перевернутой пробир­ки - внутри цилиндра с водой, затянутого пленкой. Целесообразнее вместо пробирки взять яркую фигурку водолаза-игрушки, предва­рительно залепив верхнее отверстие игрушки пластилином.

Если нажать пальцем на перепонку, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество во­ды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тя­желее и опускается на дно.

Можно самим сделать интересную игрушку - «плавающий подсвечник». Воткнем снизу посредине свечи кнопку или неболь­шой гвоздик, для того чтобы свеча, плавая у поверхности воды, сохраняла вертикальное положение и не опрокидывалась. Если плавающую свечу зажечь, ее вес будет постепенно уменьшаться, но и объем погруженной в воду части свечи также будет становиться все меньше и меньше. Равенство между весом свечи и выталки­вающей силой не будет нарушаться.

Задание

В каком море нельзя утонуть?

Решение.

Нельзя утонуть в Мертвом море. Высокая соленость Мертвого моря обусловливает одну его особенность: вода этого моря значи­тельно тяжелее обыкновенной морской воды. Утонуть в такой тя­желой жидкости нельзя: человеческое тело легче ее.

По закону плавания, человек не может утонуть в Мертвом мо­ре, так как вес тела человека меньше веса равного объема сильно­соленой воды.

Ответ: нельзя утонуть в море с сильносоленой водой.

Задание

Становится ли озеро тяжелее, когда по нему плавает лодка?

Решение.

Озеро вместе с плавающей по нему лодкой и озеро без лодки имеют одинаковый вес. Конечно, в озере с лодкой воды будет меньше: плавающая лодка вытесняет некоторый ее объем. Но, по закону плавания, всякое плавающее тело вытесняет своей погру­женной частью ровно столько жидкости (по весу), сколько весит все это тело. Лодка вытеснила по весу столько жидкости, сколько весит сама, поэтому вес озера в целом не изменился.

Отметим, что решение справедливо, если первоначально озеро было наполнено водой до краев, а при погружении лодки часть во­ды из озера ушла.

О т в е т: с лодкой озеро тяжелее не делается.

Задание

Лед плавает в воде. Это свойство воды - аномалия в природе, замечательное исключение. Что было бы, если бы лед был тяжелее воды?

Решение.

Зимой, намерзающий сверху более плотный лед тонул бы в во­де, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять. Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы и превратились в ледяные ги­гантские глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы сплошной ледя­ной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды.

Ответ: произошло бы промерзание водоемов.

ЗАНЯТИЕ 10

УСЛОВИЕ ПЛАВАНИЯ ТЕЛ

Обратите внимание на наш бассейн. Вы видите здесь много ко­рабликов-лодочек... Представьте себе, что вот этот катер - большой корабль. Его только что построили и должны узнать предельный вес груза, который может принять этот корабль. Но не могут же нагружать корабль до тех пор, пока он не утонет, и таким образом узнать предельный вес груза. Наибольший допустимый вес груза узнают заранее. (Демонстрация плавания железной коробки.)

Опыт с плавающей железной коробкой показывает, что коробка вытесняет своей подводной частью количество воды, равное ее ве­су. В этом отношении все суда похожи на нашу коробку.

Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой. Наибольшую допускаемую осадку судна отмечают на корпусе красной линией, называемой ватерлинией (показываем на рисунках или фотографиях больших кораблей и игрушках). Вес вы­тесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести судна с грузом, называется водоизмещением судна.

Практическая работа: «Определение ватерлинии маке­тов судов, игрушек из подсобного материала и различных плаваю­щих приспособлений».

Из заданий узнаем, как осуществляют плавание «братья мень­шие».

Задание

Какую роль играет при плавании рыбы ее пузырь?

Подсказка. Изменять объем своего плавательного пузыря рыба не в состоянии, так как стенки его лишены мышечных воло­кон.

Решение.

Так как рыба не может произвольно раздувать или сжимать свой плавательный пузырь, изменения его объема происходят пас­сивно, под действием усиленного или ослабленного наружного давления, согласно закону Бойля-Мариотта: при постоянной тем­пературе объем данной массы газа (воздуха в плавательном пузы­ре) обратно пропорционален его давлению. Эти изменения объема для рыбы не только не полезны, но, напротив, приносят вред, так как обусловливают либо неудержимое падение на дно, либо не­удержимый и ускоряющийся подъем на поверхность. Пузырь же помогает рыбе в неподвижном положении сохранять равновесие, но равновесие это неустойчивое. Пузырь помогает рыбе оставаться на определенной глубине, именно на той, где вес вытесняемой ры­бой воды равен весу самой рыбы (закон Архимеда). Когда же рыба хочет погрузиться ниже этого уровня или всплыть вверх, она это делает с помощью плавников. В случае погружения тело рыбы ис­пытывает большое наружное давление со стороны воды, сжимает­ся, сдавливая пузырь. То же самое, только в обратном порядке, происходит при всплытии. «Сжимать» пузырь рыба не в состоянии, так как стенки ее плавательного пузыря лишены мышечных воло­кон.

Ответ: плавательный пузырь помогает рыбе сохранять поло­жение равновесия и оставаться на определенной глубине.

Задание

Как медузы узнают о приближении шторма?

Решение.

Во время шторма трение волн о воздух порождает инфразвуки, которые с большой скоростью распространяются по воде. Недос­тупные для человеческого слуха звуки воспринимают морские жи­вотные - медузы. Они за много часов узнают о приближении шторма.

У медузы есть стебелек, оканчивающийся шариком с жидко­стью, в которой плавают камешки, опирающиеся на окончания нерва. Первой воспринимает «голос» шторма - инфразвуки с час­тотой 8-13 Гц - колба с жидкостью, затем через камешки этот «го­лос» передается нервам.

Изучение органов медузы, воспринимающих инфразвуки, по­зволило ученым построить прибор, предсказывающий приближе­ние шторма за 15 часов.

Ответ: медуза узнает о приближении шторма благодаря орга­ну, улавливающему инфразвуки.

На рис.  12 сопоставлены три температурные шкалы: абсолютная (К), стогра­дусная (°С) и Фарен­гейта (°F). Хотя меж­дународная система единиц СИ признает только абсолютную шкалу, в литературе можно встретить и градусы Цельсия, и градусы Фаренгейта.

 

При какой температуре по шкале Фаренгейта отвердеет ртуть, если ее температура плавле­ния t_m = -38,87 °С? При какой температуре показания на шкалах Фаренгейта и Цельсия совпадают?

 

 

Решение.

Из рис. 12 следует, что 1 °С соответствует          = 1,8F

 

фор­мулы определения температуры по различным шкалам будут иметь
вид:

t°F= 1,8t°С + 32

      T°K= 1,8t°С+ 273

Ртуть твердеет при температуре по шкале Фаренгейта

1,8 • (-32,87) + 32 = -37,97 °F.

Чтобы узнать температуру, при которой показания стоградус­ной шкалы и шкалы Фаренгейта совпадут, надо решить уравнение: t=1,8t+ 32 из него следует, что

 

T=-_40(°C, °F)

 

Ответ: ртуть отвердеет при t= -37,97 °F; показания совпада­ют при t= -40 (°С, °F).

ЗАНЯТИЕ 11

КИПЕНИЕ И ПЛАВЛЕНИЕ ЛЬДА

Задание

Давайте понаблюдаем за поведением капли воды, попавшей на горячую сковороду. Поначалу вода будет растекаться по чистой поверхности, так как она смачивает ее, затем станет постепенно испаряться. Но при дальнейшем нагревании металла капли воды уже не испаряются, а начинают вести себя удивительным образом: приобретают форму сплюснутого шара - ту самую, которая харак­терна для несмачивающей жидкости. В таком виде капли могут находиться на сковороде в течение двух-трех минут, до тех пор, пока вода не испарится. Почему так происходит?

Решение.

Это происходит потому, что процесс испарения протекает по всем направлениям. На определенной стадии капля воды уже не соприкасается с раскаленной поверхностью сковороды: они разде­лены прослойкой воздуха, насыщенного водяными парами. Воздух -плохой проводник тепла, и поэтому капля, отделенная от горячей

поверхности, испаряется более медленно, может просуществовать довольно долго.

Поведение капли изучал около ста лет назад русский ученый Н. А. Гезехус. Пропуская через жидкость и металлическую поверх­ность электрический ток, он показал, что капля не соприкасается с раскаленной поверхностью: между ними находится насыщенный водяными парами воздух.

Ответ: между каплей и поверхностью сковороды имеется прослойка воздуха.

ЗАНЯТИЕ 13

 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОГО ФОНТАНА

Задание

 Как повысить температуру кипения воды?

Решение.

Для этого надо в кастрюлю с кипящей водой бросить горсть со­ли. Кипение тотчас прекратится. Однако уже через несколько ми­нут теперь уже соленая вода снова закипит. Соленая вода кипит при температуре несколько выше, чем 100 °С.

Ответ: температуру кипения воды можно повысить, добавив в нее соль.

Задание

Почему вода применяется в системах охлаждения машин?

Ответ: потому что вода имеет исключительно высокую теп­лоемкость.

Задание Почему скольжение тяжелых саней по ледяным дорогам происходит с довольно малым сопротивлением?

Ответ: скольжение по льду объясняется водяной пленкой, об­разующейся при таянии льда под действием повышенного давле­ния на него саней или лезвия конька.

                   Задание

 Почему вода, замерзая в трещинах, разрушает горные по­роды?

Ответ: замерзая, вода увеличивается в объеме. Это вызывает разрушение даже самых твердых пород.

Задание

Почему зимой в сильные морозы реки не промерзают до дна?

Ответ: вода при +4 °С имеет наибольшую плотность и нахо­дится у дна реки. Благодаря этому прекращается конвективное пе­ремещение воды в вертикальном направлении, и дальнейшее осты­вание воды не происходит.

Задание

Почему отработанный водяной пар используют как источ­ник тепла, направляя его в теплообменники?

Ответ: отработанный пар при превращении его в воду выде­ляет очень большое количество тепла, поглощенного при парооб­разовании.

Джинн из бутылки

В восточных сказках часто выпускают джинна из бутылки. Сначала из бутылки, красочно и причудливо изгибаясь, выходит белый дым, потом из клубов белого дыма появляется джинн. Соз­дать джинна в домашних условиях будет трудновато, а вот порадо­вать глаза ваших друзей красочными, водяными испарениями из бутылки вполне будет по силам. Возьмите большой прозрачный сосуд с широким горлышком или прозрачную глубокую миску и наполните очень хо­лодной водой. Теперь в маленькую, же­лательно керамическую или глиняную, бутылочку или кувшинчик с узким гор­лышком налейте горячую воду, предва­рительно подкрашенную гуашью, аква­рельными красками, зеленкой т. д.Плот­но закрыв отверстие кувшина пальцем, поставим его на дно сосуда и уберем руку. Из горлышка, причудливо извиваясь, будут подниматься вверх цветные струи воды (рис. 13).

Объяснение.

Горячие струи жидкости, как более легкие, устремляются вверх. Причудливость изгибов водяных линий обусловлена пере­мешиванием горячих водяных потоков с холодными.

ЗАНЯТИЕ 14

ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И ОХРАНА ПРИРОДЫ

I. Приливные электростанции.

Энергия морских приливов огромна. Однако практическое ис­пользование затруднено, поэтому моря и океаны могут удовлетво­рить только 1 % мировой энергопотребности.

Достоинства:

-   минимум поверхности на суше;

-   не загрязняется атмосфера;

-   даровой источник.

Недостатки:

- в море занимает очень большие пространства, опасно для су­доходства.

II. Геотермальная энергетика.

Геотермальная энергия - это теплота, которая генерируется внутри Земли в источники огромной силы (внутренняя энергия Земли).

Достоинства:

- практическая неиссякаемость и полная независимость от ус­ловий окружающей среды, времени года, суток.

Недостатки:

- необходимость закачки отработанной воды (в геотермальных водах содержится много токсических металлов - цинк, свинец, кадмий, мышьяк и химических соединений - аммиак, фенол) – это исключает сброс этих вод в природные водоемы, расположенные на поверхности.

III.         Гидроэнергетика (ГЭС).

Достоинства:

-   не загрязняется атмосфера;

-   создаются новые водоемы;

-   увлажняется атмосфера, меняется микроклимат;

-   гидроресурсы не надо добывать или как-то обрабатывать.

Недостатки:

-  затапливаются огромные пространства, создаются водохра­нилища;

-    разрушается естественная среда обитания флоры и фауны; отчуждаются плодородные пойменные земли;

-    плотины отрицательно влияют на ценные породы промысло­вых рыб;

-    по мнению некоторых ученых, последствием строительства ГЭС является «наведенная сейсмичность» в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объему водохранилищ. В 1967 г. в Индии была разрушена плотина высотой 103 м. Причина земле­трясения: эпицентр - под телом плотины.

Задачи

№1.

Скорость течения воды в реке Волга в районе Волгограда 0,7 м/с. За какое время плот, плывущий по течению реки, преодолеет 20 км?

№2.

Определите работу, совершаемую в течение часа насосами на Волго-Донском канале им. В. И. Ленина, если за 1с они поднимают 45 м воды на высоту 44 м?

№3.

Водосливная плотина Волжской ГЭС им. В. И. Ленина во время паводков пропускает каждую секунду объем воды, равный 45 000 м. Зная, что высота плотины 25 м, определите мощность водяного по­тока.

ЗАНЯТИЕ 15

 ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ВОДЕ

Задание

Почему опасно купаться или нырять в незнакомом месте?

Решение.

Всем, кто только еще учится плавать и кто считает себя отлич­ным и опытным пловцом, полезно знать об одном любопытном следствии закона преломления света: преломление «поднимает» все погруженные в воду предметы выше истинного их положения. Поясним вышесказанное на примере.

Положите на дно чашки пугови­цы и сядьте так, чтобы не видеть дна. Пусть кто-нибудь нальет в чашку во­ды, и тогда произойдет неожиданное -пуговица сделается для вас видимой. Только следует уточнить: пуговица должна лежать желательно в центре дна чашки и воды должно быть больше. Рис. 14 объясняет, почему пуговица кажется приподнявшейся. Глаз наблюдателя находится над водой в точке N. Пуговица т ле­жит на дне чашки МК. Лучи, идущие от пуговицы т в воде, при переходе в воздух преломляются и такими попадают в глаз. Глаз наблюдателя видит пуговицу т на продолжении лучей в положе­нии т на продолжении лучей в положении т1 \,то есть над т.

Поэтому дно реки или водоема кажется купальщикам в при­поднятом положении (приблизительно на третью часть глубины). Особенно важно знать это детям, для которых ошибка в определе­нии глубины может оказаться роковой.

Ответ: глубина реки кажется примерно на треть меньше, чем есть на самом деле.

 

 

Задание

Можно ли с помощью льда добыть огонь?

Решение.

Известно, что с помощью двояковыпуклой линзы, фокусируя солнечные лучи, можно поджечь сухой листик, соломинки и т. д. Материалом для двояковыпуклой линзы, а, следовательно, и для добывания огня может служить также лед, если он достаточно про­зрачен. Правда, лед достаточно хрупкий при обработке, поэтому трудно изготовить прозрачную ледяную линзу идеальной формы. Но если вспомнить, что лед - это замерзшая вода, то решение при­ходит само: надо налить чистую воду в чашу надлежащей формы и заморозить, а затем, слегка подогрев чашку, вынуть из нее ледяную готовую линзу.

Лед, преломляя лучи, сам не нагревается и не тает. Показатель преломления льда (1,3) лишь немногим меньше, чем воды (1,34), и немногим отличается от показателя преломления стекла (1,5-1,6), поэтому с помощью льда можно смело добывать огонь.

Ответ: огонь можно добывать с помощью ледяной двояковы­пуклой линзы.

Задание

Кто различает предметы под водой лучше: водолаз со шле­мом на голове или человек, нырнувший без шлема?

Решение.

Показатель преломления воды - 1,34, а показатель преломления хрусталика человеческого глаза - 1,43. Видно, что преломляющая способность хрусталика всего на 0,09 сильнее, чем у воды, поэтому под водой наш глаз фактически не преломляет лучи, идущие от предмета, и фокус таких лучей получается в глазе человека далеко позади сетчатой оболочки (т. А на рис. 15). Следовательно, на са­мой сетчатке изображение должно вырисовываться смутно, разли­чить что-либо можно с трудом.

 

 

 

 

Но почему тогда водолазы в своих скафандрах могут не только видеть, но еще и работать под водой? Дело в том, что в шлеме глаз отделен от воды слоем воздуха и стекла (см. рис. 14). Лучи света, выйдя из воды и пройдя через стекло, попадают сначала в воздух и только потом уже попадают в глаз.

Стекло скафандра В представляет собой плоскопараллельную пластину, поэтому лучи, падая из воды на стекло под определен­ным углом а, под таким же углом и выходят, а вот в воздухе, пока­затель преломления которого равен 1, лучи преломляются под большим углом р. Далее, при переходе из воздуха в глаз, лучи опять преломляются, но глаз в этих условиях действует совершен­но так же, как и на суше.

Ответ: под водой лучше видит водолаз со шлемом на голове.

Приложение.

 

Действие фонтанов.

 

Фонтан, основанный на свойстве сообщающихся сосудов.

Воздушный таран. Одной рези­новой трубкой соединить воронку и стеклянный тройник, другой, ко­роткой - тройник и стеклянную часть пипетки. Если в воронку на­лить воды, она будет выливаться из открытого колена тройника. Быстро закрыть его пальцем; из пипетки брызнет фонтаном вода выше уровня воды в воронке. Не проти­воречит ли этот опыт первому? (Для длительного действия фонтана следует брать воронку большого объема или постоянно подливать в нее воду.)

 

 

Фонтан в пустоте. В случае отсутствия специального фабрич­ного прибора можно использовать прибор «трубка Ньютона» или изготовить самодельный прибор из колбы, закрытой пробкой, с пропущенной сквозь нее тонкой стеклянной трубкой с оттянутым концом. На противоположный ее конец надеть резиновую трубку с зажимом.

 

Фонтан в банке. Не­большую бутылочку с подкрашенной водой за­ткнуть пробкой с пропу­щенной сквозь нее стек­лянной трубочкой (луч­ше всего взять трубочку из набора для писания тушью). Поставить буты­лочку в мелкую тарелку, куда предварительно налить немного воды и разложить на воде листки промокательной бумаги. Перевернутую трехлитровую стеклянную банку прогреть над спиртовкой, поставить ее краями

на бумагу и сверху утяжелить гирей 3-5 кг. Из трубочки забьет фонтан.

 

 Уксусный фонтан. Колбу на 3/4 заполнить столовым уксусом, бросить в него несколько кусочков мела, быстро закупорить проб­кой с вставленной в нее стеклянной трубкой. Из трубки забьет фонтан.

Фонтан Герона.

 

 

Модель фонтана Герона (рис. 18) состоит из двух шаров. Верхний напол­нен водой. Вода течет по трубке в ниж­ний шар. Вытесняемый ею воздух по­ступает в верхний шар. Под его давле­нием вода поднимается по трубке и бьет фонтаном. При создании модели фонта­на «изобретатели» взяли за основу ри­сунок в книге Ф. Бублейникова и И. Ве-селовского «Физика и опыт» (М.: Про­свещение, 1970). Модель дополнена краном для слива воды. Шары изготов­лены из отдельных частей детского на­бора кухонной посуды, сделанной из плексигласа.

Фонтан при нагревании воздуха в колбе (рис. 17).

 

 

 

 

 

Изменение формы струи фонтана. С помощью шланга из водопроводного крана или сосуда с боковым отверстием пустить наклонную струю высотой 50 см, недалеко от высшей точ­ки она разделится на части. Если поднести к потоку наэлектризо­ванное тело, то все струи соберутся вместе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-