Применение уравнения Бернулли. Подъемная сила крыла
Занятие элективного курса в 10 классе
физико-математического профиля
Цели и задачи:
Закрепить знания о закономерностях движения жидкости (газа).
Изучить принципы работы устройств, в которых используется закон Бернулли. Ввести понятие подъемной силы крыла самолета
Развивать умения применять знания для объяснения природных явлений, принципов работы некоторых технических устройств. Развивать аналитическое и конструкторское мышление.
Воспитывать культуру коллективного труда. Формировать готовить к осознанному выбору профессии
В кабинете заранее расставляем парты таким образом, чтобы обеспечить места для работы групп.
На партах раскладываем приборы и материалы для проведения опытов, карточки с заданиями для каждой группы.
До начала урока предлагаем учащимся объединиться в группы по 4 человека.
I. Вступительное слово учителя.
«Кто изведал непостижимое страстное самозабвение полета, тот заново перечитал историю человечества»
«Полет приобщает человека к вечным вопросам»
Антуан де Сент-Экзюпери «Планета людей»
Человек издавна пытался подняться в небо, взлететь над Землей как птица.
Сегодня мы попытаемся выяснить, какие принципы лежат в основе полета.
Для этого необходимо повторить закономерности движения жидкостей и газов.
II. Фронтальный опрос: (актуализация опорных знаний)
Как называется раздел механики, который изучает движение жидкости и газа?
Почему важно знать особенности движения жидкостей и газов?
Слайд с уравнением Бернулли:
p1 + ρgh1 + ρv12/2 = p2 + ρgh2 + ρv22/2
4. В каком сечении трубы скорость течения больше? Почему?
5. Как связано давление в жидкости со скоростью ее течения?
6. Можно ли применять уравнение Бернулли для газов? При каких условиях?
Объявляем тему и цель занятия. Тема на экране.
III. Работа в группах
Цель работы: используя знания уравнения Бернулли, объяснить некоторые опыты и принципы работы некоторых технических устройств. Обязательно регламентируем время работы над опытами и вопросами, время для ответов и демонстраций.
Приведем примеры некоторых опытов и вопросов, которые можно предложить для обсуждения в группах. Можно подготовить одного консультанта из числа учащихся либо воспользоваться помощью лаборанта при выполнении опытов.
Опыт № 1. Для опыта используйте стеклянную воронку и по ее размерам бумажный конус. Вложите конус в воронку. Продувайте воздух через трубку воронки. Вы ждете, что конус вылетит из воронки? Ничего подобного! Почему?
Опыт № 2. Поместите шарик для пинг-понга в струю воздуха от фена. Почему шарик парит в струе воздуха?
Опыт № 3. Объясните, используя схему, принцип работы пульверизатора?
[pic]
Опыт № 4. Объясните принцип работы водоструйного насоса.
[pic]
Опыт № 5. Объясните по схеме, как получают бензиново-воздушную смесь в двигателе внутреннего сгорания.
[pic]
Учащиеся демонстрируют опыты и объясняют работу технических устройств на основе знаний закона Бернулли. Схемы всех устройств вынесены на экран.
После выступления представителей всех групп подводим итоги, оцениваем работу каждой группы.
Вывод: Там, где скорость газа больше, давление – меньше, в результате возникает перепад давлений, следовательно, появляется сила давления.
IV. Изложение нового материала
Предлагаем учащимся фронтальный эксперимент: Возьмите в руку лист бумаги и подуйте на него. Почему лист поднимается вверх?
Ученики объясняют причину подъема листа возникновением перепада давлений над листом и под листом.
Введем определение подъемной силы крыла:
Равнодействующая сил давления над крылом и под ним называется подъемной силой крыла. Эта сила направлена вверх.
Именно эта сила поднимает тяжелый самолет в воздух.
Демонстрация видеоклипа «Взлет самолета» на экране.
Проблема: как же создается перепад давлений при взлете самолета?
Переходим к изложению нового материала о возникновении подъемной силы крыла самолета при обтекании его воздушным потоком.
[pic]
Проведем приближенный расчет этой силы.
Учащиеся самостоятельно проводят вывод формулы для расчета подъемной силы крыла самолета, используя уравнение Бернулли.
Слайд:
p1 + ρv12/2 = p2 + ρv22/2
v1= v - u скорость воздушного потока под крылом
v2 = v + u скорость потока над крылом
p1 и p2 давление под крылом и над крылом
Проводим проверку, сравнивая результаты расчетов учащихся со слайдом на доске:
Слайд:
Δp = 2ρυu
F = ΔpS
F = 2ρυuS
Подводим итог: От каких параметров зависит подъемная сила крыла самолета?
Учащиеся делают вывод:
Подъемная сила крыла определяется скоростью движения самолета, скоростью обтекания воздухом крыла, плотностью воздуха на данной высоте и площадью крыльев самолета.
V. Закрепление: (Мозговой штурм)
1. Какие реальные параметры мы не учли при расчете подъемной силы крыла?
Как они влияют на величину подъемной силы крыла самолета?
(скорость и направление ветра, сопротивление воздуха, зависимость плотности воздуха от температуры и т.д.)
2. Предложите способы увеличения подъемной силы крыла самолета.
(увеличить площадь крыльев, увеличить скорость разбега, уменьшить массу самолета и т.д.)
Итак, мы убедились, что построить самолет и поднять его в воздух является сложной инженерной задачей, которая требует совместной работы специалистов из разных отраслей науки.
На следующем занятии мы с вами будем решать расчетные задачи на применение уравнения Бернулли и расчет подъемной силы крыла.
Домашнее задание: учебник Г.Я.Мякишев, А.З.Синяков «Физика 10» т. «Механика» § 9.12, 9.14
Для тех, кто захочет связать свою будущую профессию с авиацией приводим список ВУЗов России, в которых готовят специалистов для авиации.
Завершаем урок слайдом: «Я бы в летчики пошел. Пусть меня научат»
Перечисление ВУЗов России с авиационной направленностью.
