Исследование на уроке физики "Определение плотности твердого тела. Есть ли внутри тела воздушная полость или уплотнение?" (7-й класс)

Введение

В моей практике преподавания физики наиболее удачным, как мне кажется, являются примеры уроков, в которых детям приходится самим побывать в роли исследователя, размышлять, предполагать, фантазировать и затем проверять свои идеи. Важным преимуществом естественных наук и, в частности, физики, является возможность экспериментальной проверки и применения полученных знаний. В работе предлагается проблемное задание, в результате которого вводится новое понятие - плотность тела. Затем ученики применяют понятие плотности тела для решения практических задач.

Цель: изучение и первичное закрепление новых знаний.
Ученики изучат новую физическую величину, определят плотность твердого тела на практике. Ученики будут применять понятие плотности для решения простых и проблемных задач.

(Тема рассчитана на два урока по 45 минут)

Урок 1.

Царь Гиерон (250 лет до н.э.) поручил мастеру изготовить корону из одного слитка чистого золота. (Приложение 1)
Вам поручили проверить честность мастера, изготовившего золотую корону. В вашем распоряжении корона и слиток золота, такой же какой был выдан мастеру. Как узнать, не заменил ли мастер часть золота дешевым металлом, например железом или медью?
Какие физические величины надо измерить, чтобы ответить на вопрос:

ЕСТЬ ЛИ ПРИМЕСИ ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ В ЗОЛОТОЙ КОРОНЕ?

Большинство детей сразу догадываются, что надо сравнить массы короны и слитка, например, с помощью рычажных весов. Скорее всего, даже если мастер схитрил, то вместо золота добавлен другой металл и масса короны будет совпадать с массой выданного слитка. Что же еще надо проверить? Здесь поможет следующая подсказка: на рычажные весы положить два тела одинаковой массы и желательно формы, но из разного материала (например, стальной и алюминиевый цилиндры). Дети видят, что второй величиной для сравнения является объём.
Делаем вывод: если не только массы, но и объём короны и объём слитка совпадают, то мастер честно выполнил работу.
Обсуждаем измерение объёма тел сложной формы и рассказываем об Архимеде и его открытии.

А теперь усложним задание! Как же быть, если уже нет такого же слитка, как тот, из которого была изготовлена корона, ну а царь не догадался заранее измерить его массу и объём? Теперь в Вашем распоряжении корона и небольшой слиток чистого золота (или, к примеру, монета), как ответить на тот же вопрос:

ЕСТЬ ЛИ ПРИМЕСИ ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ В ЗОЛОТОЙ КОРОНЕ?

Подсказка:

Существует физическая величина, характеризующая вещество, из которого состоят различные тела. Эта величина является одинаковой для всех предметов из одного и того же вещества. Например, для золотого слитка, короны, монеты, кольца или цепочки.

КАКАЯ ЭТО ВЕЛИЧИНА?

В качестве подсказки можно предложить составить такую величину из уже названных детьми массы и объема тел. В некоторых случаях полезно рассмотреть все возможные комбинации с использованием операций сложения, вычитания, умножения, деления. Таким образом, рассматриваем бессмысленность вариантов m-V, m+V. Вариант mхV не подходит, так как данная величина для короны будет больше, чем для монетки. Остаются правильные варианты m:V и V:m, один из этих вариантов и получил название - плотность.

Плотность - это физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему.

Плотность твердых тел ( г/см³ или 1000 кг/м³)

Плотность золота r = 19,3 г/см³ , то есть в одном кубическом сантиметре содержится 19,3 граммов данного вещества.

Плотность показывает, чему равна масса единицы объема данного вещества.

Работа с таблицей позволяет обсудить количественно, какие материалы наиболее плотные, какие менее плотные. В учебниках и задачниках обычно есть плотности жидкостей и газов. Для запоминания наиболее важным является плотность чистой воды 1 г/см³ или 1000 кг/м³. Обратите внимание на то, что плотность льда меньше плотности воды, что является одним из удивительных свойств воды, определившим отчасти облик нашей планеты и возможность выживания обитателей водоёмов в зимнее время.

Как же использовать имеющийся справочный материал?

Для отработки применения знаний о плотности твёрдых тел предлагается практическая работа с набором тел одинакового объёма, но разной массы. Выполняя её, ребята определяют плотность тела, находят по таблице ближайшее к полученной величине значение и таким образом определяют из какого вещества сделано тело.
Первое тело можно выдать всем одинаковое и вместе с классом разобрать определение вещества, заполнив первую строчку таблицы.
Затем выдаются остальные тела и дети, работая в парах, определяют названия веществ.

Практическая работа «Определение плотности вещества твердого тела»

Цель работы: научиться определять плотность твёрдого тела и пользуясь справочными данными выяснить вещество, из которого оно изготовлено.

Приборы и материалы:линейка (штангенциркуль), весы, калькулятор, набор тел одинакового объёма, изготовленных из разных веществ.

Задание.

a= V=

b=

c=

1. Измерьте размеры тела, вычислите его объем (не забывайте писать размерность величин).
2. Измерьте массу тела на весах. Результаты запишите в таблицу.
   
3. Рассчитайте плотность тела по формуле

4. Пользуясь справочными данными, определите вещество, из которого состоит тело, и внесите в таблицу его плотность и название.

Заключение.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В конце урока даётся название вещества для каждого тела (крупно напечатанную таблицу размещаем на доске) и дети проводят взаимную оценку, обменявшись рабочими листами. Обсуждаем, почему есть небольшое отличие найденных плотностей от табличных значений (погрешность определения объёма, массы тела; влияние температуры тела на плотность).

Урок 2.

Исследовательская работа.«Определение плотности твердого тела. Есть ли внутри тела воздушная полость или уплотнение?»

Для данной работы каждой группе (паре учеников) выдаётся два тела. Одно из тел является «эталонным», то есть оно не имеет ни воздушной полости, ни уплотнения. Именно сравнивая плотность второго тела с «эталонным», ученики и отвечают на поставленный вопрос.

Цель работы:___________________________________________________________
_______________________________________________________________________
Приборы и материалы: __________________________________________________
_______________________________________________________________________
Гипотеза: ______________________________________________________________
_______________________________________________________________________

Задание.

Для двух тел выполните следующее действия и заполните таблицу.

1. Измерьте массу тела на весах.
2. Измерьте размеры тела, вычислите его объем.
3. Рассчитайте плотность тела

Сделайте вывод и объясните его на основе полученных данных:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Заключение.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оцените свою работу в Вашей группе и работу своих товарищей по группе, для этого поставьте галочку в нужной клеточке

Таблицы.

Оценка и самооценка исследования.

Телами для данной работы являются бруски прямоугольной формы из различных пород древесины. Каждая группа исследует два тела из одинаковой древесины: одно – «эталон», другое – исследуемое. В последнем теле необходимо высверлить отверстие большого диаметра и обклеить картоном так, чтобы грани оставались гладкими. Некоторые полости заполняем металлическими шайбами (можно монетами) и тело также обклеиваем картоном. Таким образом, результаты измерений и ответ на вопрос у каждой группы будет свой, что позволит качественно проверить усвоение темы. При этом размеры брусков желательно выбрать заметно отличающимися друг от друга, тогда гипотеза о том, что же в исследуемом теле, полость или уплотнение, становится просто предположением. Обязательно предупредите детей, что оценка не снижается в том случае, если предположение не подтвердилось. Важно то, что дети учатся сравнивать результаты измерений и вычислений с первоначальным предположением.

В конце работы, ученики могут написать свои комментарии и предложить варианты дальнейшего исследования темы. Кому-то покажется интересным перейти к изучению плотности жидкостей (например, различных напитков), для кого-то вариантом продолжения работы может быть измерение плотности тел сложной формы.

В конце урока записываются три варианта формул, связывающих три величины: массу, объём и плотность тела.

Домашнее задание состоит из нескольких типовых задач по расчёту массы и объёма тела по его плотности.
Творческое задание: составить «задачи из жизни» для одноклассников, при решении которых будут использованы записанные формулы.
(например, найти массу воды в аквариуме объемом 50 литров; найти массу льда, который можно вместить в морозильную камеру объёмом 20 литров; принести упаковку мороженого, на которой указана масса и объём, соответственно найти плотность; задачи на определение материалов, которые можно перевезти в автомобиле с известным объёмом кузова (или багажника) и грузоподъёмностью).