Урок-исследование по физике в 7-м классе по теме "Действие жидкости на погруженные в нее тела. Архимедова сила"

Задачи урока: ознакомить школьников с новым физическим явлениям- действием жидкости на погруженное в нее тело; изучить закон Архимеда; формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать, систематизировать знания.

1. Выявление имеющихся знаний.

Подготовка учащихся к разрешению задач урока. Учитель напоминает, что ими уже изучено действие жидкости и газа на дно и стенки сосуда.

Актуализация ранее усвоенных знаний. Учитель проводит фронтальный опрос в виде беседы с использованием ранее составленной таблицы ДЭЗ (доминирующие элементы знаний) по теме «Давление жидкости на дно и стенки сосуда».

Мотивация знаний.

Учитель:

- подчеркивает значимость изучаемых явлений;
- подводит итог беседы по таблице.

Выделение элементов знаний, подлежащих изучению. Приступая к изучению нового явления, учитель указывает учащимся на те вопросы, которые предстоит рассмотреть: практическое изучение действия жидкости на погруженное в нее тело; теоретическое обоснование экспериментов.

2. Знакомство с новым материалом.

Формулировка темы урока.  Учитель и учащиеся фиксируют тему урока.

Постановка учебных проблем. По мере раскрытия темы на уроке строится структурная схема.

Учащиеся определяют какое явление они будут рассматривать на уроке и заполняют колонку «Явление».

Первая учебная проблема: действует ли жидкость на погруженное в нее тело?

Записывается первая гипотеза «В жидкости на тела действует выталкивающая сила». Учитель обращается к жизненному опыту школьников и дополнительным экспериментам. (Вспомним лето. Вы у реки. Вы входите  воду, учите своего друга плавать. Легко ли поддерживать на воде тело друга? Можете ли вы удержать его не на воде, а в воздухе?). Погрузим мяч в воду и уберем руку. Мяч выпрыгивает на поверхность.

Вывод: в жидкости на тела действует выталкивающая сила.

Действительно существует такая сила. Она называется выталкивающей или архимедовой, силой в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.

Вторая учебная проблема: всегда ли жидкость действует на погруженное тело? Записывается вторая гипотеза «Жидкость действует на любое тело, погруженное в нее». Опущенный в воду цилиндр из металла тонет. Заметно ли действие воды на это тело? (Учащиеся выдвигают различные версии при обсуждении данного явления).

По плану, записанному на доске, каждый ученик приступает к выполнению эксперимента с телами различной формы, массы, цвета.

1. Определите вес данного тела в воздухе Р1.
2. Определите вес этого тела в воде Р2.
3. Сравните результаты и сделайте вывод: Вес тела в воде меньше веса тела в воздухе.

Вопрос: почему вес тела в воде меньше веса тела в воздухе?

Ответ: существует сила, действующая на тело в воде и направленная вертикально вверх.

Вывод: жидкость действует на любое тело, погруженное в нее.

Третья учебная проблема: как можно найти величину выталкивающей силы? Ответ: из веса тела  в воздухе вычесть вес тела  в воде.

Р _{в воде}< Р _{в воздухе}; F _выт = Р _{в воздухе} - Р _{в воде}

Четвертая учебная проблема: как теоретически объяснить действие жидкости на погруженное в нее тело?

Для объяснения используется представление давления жидкости на тело. Давление внутри жидкости: p = ρgh. Если верхняя грань находится на глубине h₁, а нижняя на глубине h₂, то р₂ > р₁. Давление на боковые грани компенсируется, т.к. по закону Паскаля, давление на одном уровне по всем направлениям одинаково.

Вывод: выталкивание тела происходит в результате действия разного давления на нижнюю и верхнюю грани: р_{на ниж} > р _{на верх}.

Выведем величину силы Архимеда:

р₁ = ρ_жgh₁; F₁ = p₁S; F₁ = ρ_жgh₁S;

р₂ = ρ_жgh₂ ;   F₂ = p₂ S;  F₂ = ρ_жgh₂ S;

F₁- F₂ = ρ_жgh₂ S - ρ_жgh₁S = ρ_жgS(h₂ -h₁)

Но h₂ -h₁= h_ц  и S h = V, значит  F₁- F₂ = ρ_жg V- выталкивающая сила, или сила Архимеда . Окончательно: F_А = ρ_жgV

Так как ρ_жV = m_ж - масса жидкости в объеме тела.

F_А = m_жg = Р_ж

Т.е. по формуле это вес жидкости, вытесненной телом. Так ли это?

Пятая учебная проблема. Докажем эту гипотезу с помощью опыта. Предлагаем план его проведения.

1. Рассказать о приборе, который носит название «ведерко Архимеда», пружина с указателем, шкала, ведерко, цилиндр того же объема, отливной сосуд высотой 25 см, стакан.

2. Ведерко подвешивается к пружине, а к нему- цилиндр, замечается растяжение пружины по указателю.

3. Цилиндр погружается в отливной сосуд, вытесненная вода собирается в стакан, пружина сжимается до новой отметки.

4. Значит, со стороны жидкости действует сила, направленная вверх,- сила Архимеда. Чему она равна? Как вернуть пружину в прежнее состояние?

5. Вытесненная вода понемногу выливается в ведерко. Пружина возвращается в исходное состояние, если перелита вся вода (ведерко полное).

6. Указывается, что объем воды в ведерке равен объему цилиндра.

Вывод: сила Архимеда равна весу жидкости, вытесненной телом.

Формулируется закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равна по величине весу жидкости, вытесненной телом.

3. Повторение выдвинутых гипотез.

Работа со схемой:

- наличие схемы в тетрадях учащихся;
- фронтальный опрос по схеме;
- письменный текст рассказа по структурной схеме (для отдельных учащихся).

4. Совершенствование и применение знаний.

Тренировка на применение знаний при решении задач.

1. Какая выталкивающая сила действует на тело, если его вес тела в воздухе равен 170 Н, а в воде 150 Н?
2. Определите выталкивающую силу, действующую на камень объемом 0,5 м³, находящийся в воде.
3. С какой силой выталкивается кусок дерева массой 800 г при его полном погружении в воду?
4. Какой силой можно удержать в воде стальной рельс объемом 0,7 м³?

Анализ полученных результатов.

5. Обобщение и систематизация знаний.

Учитель подводит итог урока.

6. Домашнее задание.

Проанализировать знание о законе Архимеда по плану: