Формула архимедовой. Школьная энциклопедия. Действие жидкостей и газов на погруженное тело

Цель урока: Ввести понятие "проводник". Дать представление об электростатической индукции и применениях этого явления.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: электрометр, высоковольтный выпрямитель, проекционный аппарат ФОС-67, прибор для наблюдения спектров электрических полей, кондуктор конусообразный, штативы изолирующие, диафильм "Статическое электричество", кулонометр, кондукторы на изолирующих подставках.

План урока:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 20 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Линии напряженности электрического поля.

Задачи:

1. Маленький шарик с зарядом q и массой m , подвешенный на невесомой нити с коэффициентом упругости k , находится между вертикальными пластинами плоского воздушного конденсатора. Какова напряженность поля между обкладками конденсатора, если удлинение нити ∆l ?

2. На невесомом стержне длиной ℓ висят маленький шарик массой m с зарядом q . На короткое время t включается постоянное горизонтальное электрическое поле с напряженностью Е. Найти максимальный угол отклонения стержня от вертикали.

3. Из точки одной пластины вылетают во всех направлениях электроны с одинаковыми по величине начальными скоростями υ 0 . Они разгоняются электрическим полем Е в зазоре ширины d до второй пластины. Найдите на ней радиус круга R , в который попадают электроны. Заряд электрона е, его масса m .

4. По тонкому кольцу радиуса R равномерно распределен заряд q . Определите напряженность электрического поля в точке на оси кольца на расстоянии α от его центра. Задачу решить самому.

5. Электрон влетает в плоский конденсатор параллельно плоскости пластин со скоростью 3∙10 6 м/с. Найдите напряженность поля в конденсаторе, если электрон вылетает под углом 30 0 к пластинам. Длина пластин 20 см.

6. Заряд q равномерно распределен по тонкому жесткому полукольцу радиуса R. Определите напряженность электростатического поля в центре кривизны полукольца (интеграл).

7. Два точечных положительных заряда q 1 = q 2 = q находятся в воздухе на расстоянии 5 см друг от друга. Найти на оси симметрии этих зарядов точку, в которой напряженность электрического поля максимальна (производная).

Впоросы:

1. Чему равна напряженность поля в центре равномерно заряженного проволочного кольца, имеющего форму окружности?

2. Будет ля устойчивым равновесие точечного заряда, находящегося посредине между двумя одинаковыми точечными зарядами?

3. Объясните, почему силовые линии электрического поля не пересекаются?

4. Чем объяснить, что легкий бузиновый шарик, вначале приставший к наэлектризованной палочке, затем отталкивается от нее?

5. Каков характер движения заряженной пылинки в поле точечного заряда при условии отсутствия трения? Весом пылинки пре­небречь.

6. В каком случае заряженная частица в электрическом поле движется вдоль силовой линии?

7. Правильно ли утверждение, что силовая линия электрического поля – это траектория движения положительного заряда в этом поле?

8. Электрическое поле – ветер, электрон – парусная лодка. В чем недостаток такой аналогии?

9. Изобразите на рисунке картину электрического поля плоского заряженного конденсатора, у которого обкладки не параллельны друг другу.

III. Почему на заряженный шарик, окруженный металлической сеткой, не действует электрическое поле (демонстрация)? Почему внутри проводника нет электростатического поля? Проводники электрического тока: металла, электролиты. Внутреннее строение металла (литий). Нейтральность атома. Металлический пар не проводит электрический ток!

Объединение нейтральных атомов металла в кусок. Дополнительное взаимодействие атомов металла в конденсированном состоянии и образование свободных электронов. Электронный газ: . Почему электронный газ не вылетает из металла наружу? Металл электрически нейтрален, поэтому в среднем, в окрестности каждого иона находится один электрон. Электрон в твердом теле находится ближе к ядру, чем в изолированном атоме, поэтому его энергия меньше. Чтобы вытащить атом из твердого тела, нужно затратить энергию, равную разности между энергией электронами в твердом теле и энергией электрона в изолированном атоме.

Почему внешнее электростатическое поле не проникает внутрь проводника (объяснение по рисунку на доске)?

Закон Архимеда формулируется следующим образом: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа) . Сила называется силой Архимеда :

где - плотностьжидкости (газа), - ускорение свободного падения, а - объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности). Если тело плаваетна поверхности или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая сила (называемая также архимедовой силой) равна по модулю (и противоположна по направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объём жидкости (газа), и приложена кцентру тяжестиэтого объёма.

Тело плавает, если сила Архимеда уравновешивает силу тяжести тела.

Следует заметить, что тело должно быть полностью окружено жидкостью (либо пересекаться с поверхностью жидкости). Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.

Что касается тела, которое находится в газе, например в воздухе, то для нахождения подъёмной силы нужно заменить плотность жидкости на плотность газа. Например, шарик с гелием летит вверх из-за того, что плотность гелия меньше, чем плотность воздуха.

Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давленийна примере прямоугольного тела.

где P A , P B - давления в точках A и B , ρ - плотность жидкости, h - разница уровней между точками A и B , S - площадь горизонтального поперечного сечения тела, V - объём погружённой части тела.

18. Равновесие тела в покоящейся жидкости

Тело, погруженное (полностью или частично) в жидкость, испытывает со стороны жидкости суммарное давление, направленное снизу вверх и равное весу жидкости в объеме погруженной части тела. P выт = ρ ж gV погр

Для однородного тела плавающего на поверхности справедливо соотношение

где: V - объем плавающего тела; ρ m - плотность тела.

Существующая теория плавающего тела довольно обширна, поэтому мы ограничимся рассмотрением лишь гидравлической сущности этой теории.

Способность плавающего тела, выведенного из состояния равновесия, вновь возвращаться в это состояние называется остойчивостью . Вес жидкости, взятой в объеме погруженной части судна называют водоизмещением , а точку приложения равнодействующей давления (т.е. центр давления) - центром водоизмещения . При нормальном положении судна центр тяжести С и центр водоизмещения d лежат на одной вертикальной прямой O"-O" , представляющей ось симметрии судна и называемой осью плавания (рис.2.5).

Пусть под влиянием внешних сил судно наклонилось на некоторый угол α, часть судна KLM вышла из жидкости, а часть K"L"M" , наоборот, погрузилось в нее. При этом получили новое положении центра водоизмещения d" . Приложим к точке d" подъемную силу R и линию ее действия продолжим до пересечения с осью симметрии O"-O" . Полученная точка m называется метацентром , а отрезок mC = h называется метацентрической высотой . Будем считать h положительным, если точка m лежит выше точки C , и отрицательным - в противном случае.

Рис. 2.5. Поперечный профиль судна

Теперь рассмотрим условия равновесия судна:

1)если h > 0, то судно возвращается в первоначальное положение; 2)если h = 0, то это случай безразличного равновесия; 3) если h <0, то это случай неостойчивого равновесия, при котором продолжается дальнейшее опрокидывание судна.

Следовательно, чем ниже расположен центр тяжести и, чем больше метацентрическая высота, тем больше будет остойчивость судна.