Тема «Плавание тел» является одной из наиболее трудной темой для понимания учащимися 7 класса, так как здесь требуется не только знание формул законов физики, но и умение ими оперировать. Ситуация осложняется еще и тем, что изучение тем «Архимедова сила» и «Плавание тел» не предусмотрено в старшей школе, и они должны быть в полном объеме пройдены в 7 классе. Важно заинтересовать учащихся содержанием этих тем именно в 7 классе. Поэтому возникает необходимость в повышении наглядности объясняемого материала. Компьютерная презентация является одним из наиболее удачных инструментов для объяснения темы «Плавание тел», так как она дает возможность учителю более глубоко дать теоретический материал и при этом помогает учащимся детально вникнуть в физические процессы и явления, изучить теоретическую сторону темы.
Урок-презентация продолжительностью 45 минут рассчитан на учащихся общеобразовательных, гуманитарных классов. Отдельные фрагменты презентации могут быть использованы при углубленном изучении предмета.
Цели урока:
- повторить и закрепить понятие «Архимедова сила»;
- выяснить условие плавания тела;
- научиться решать качественные задачи на эту тему;
- показать значение и учет изучаемых явлений в технике, природе и повседневной жизни;
- продолжить формирование научного мировоззрения при рассмотрении условия плавания тел в жидкости.
Этапы урока
1. Подготовка к восприятию нового материала.
2. Изучение нового материала.
3. Закрепление материала.
4. Подведение итогов урока.
5. Домашние задание.
На этапе подготовке учащихся к восприятию нового материала предлагается ответить на четыре вопроса для повторения темы «Архимедова сила». Ученик записывает на доске формулу архимедовой силы, дает ее определение, указывает, куда она направлена. Важно добиться от учеников правильного понимания формулировки архимедовой силы: «На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа в объеме погруженной в жидкость части». Архимедова сила не зависит от формы и плотности тела. Вопрос 2а иллюстрирует зависимость архимедовой силы от объема тела, вопрос 2б – от плотности жидкости. Ответы на эти вопросы, как правило, не вызывают затруднений у учащихся, а, отвечая на вопрос 2в, большинство учеников ошибаются, считая, что наибольшая архимедова сила действует на тело № 4, так как его меньшая часть погружена в жидкость. Необходимо еще раз обратить внимание учащихся на формулировку и математическую запись архимедовой силы. Сравнивая объемы погруженных частей тел в жидкость, ученики дают правильный ответ (тела № 1 и 2).
Приступая к изучению нового материала при рассмотрении рисунка 2в, следует поставить перед школьниками вопрос: «Почему одни тела в жидкости тонут, другие плавают, полностью погрузившись, а третьи всплывают?»
Условие плавание тел в жидкости выводится теоретически как результат действия двух противоположно направленных сил: силы тяжести и выталкивающей силы (архимедовой силы). Рассматриваются (для сплошных тел) три случая.
1. Сила тяжести равна архимедовой силе (FA = Fт).
Если FA = Fт, силы
уравновешивают друг друга, тело плавает внутри
жидкости на любой глубине. При этом: FA
= 
жVg; Fт
= тVg.
Тогда из равенства сил следует: ж = т, т. е., средняя плотность
тела равна плотности жидкости.
2. Сила тяжести больше архимедовой силы (Fт > FA).
При Fт > FА ( а значит, когда ж < т, т.е. средняя плотность
тела больше плотности жидкости) тело тонет.
3. Сила тяжести меньше архимедовой силы (Fт < FA).
При Fт < FA (т < ж) тело всплывает.
Случай 3 иллюстрируется с помощью двух слайдов (№ 8 и № 9). На слайде № 8 показано, что всплывающее тело достигает поверхности жидкости. Слайд № 9 демонстрирует, что при дальнейшем перемещении его вверх выталкивающая сила уменьшается, так как уменьшается объем погруженной в жидкость части тела. Рассматривая слайд № 9, следует задать вопрос: «До каких пор тело будет всплывать?». Ученики замечают, тело приходит в равновесие, когда выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме погруженной части тела, станет равной действующей на тело силе тяжести.
Самый трудный материал содержит слайд № 10. Здесь приведен расчет объема погруженной в жидкость части тела в общем виде:
FA = Fт;
g
Vп.ч. = Vт
Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.
После объяснения теории этого вопроса учащимся предлагается самостоятельно рассчитать, какая часть айсберга находится под водой, и сравнить полученный результат с ответом на слайде: Vп.ч. = Va • 900/1000 = 0,9Va.
Текстовую информацию со слайдов № 5-9 ученики записывают в тетрадь.
Слайд № 11 переключает внимание учащихся с трудной задачи на более легкую. Ученикам предлагается вспомнить, что они знают о Мертвом море. Применяя знания, полученные на уроках географии, школьники с удовольствием и исчерпывающе отвечают на поставленный вопрос. Их ответ можно сравнить с информацией на слайде: вода мертвого моря содержит не 2-3% соли как большинство морей и океанов, а более 27%, с глубиной соленость растет. В результате вода Мертвого моря значительно тяжелее обыкновенной морской воды, утонуть в такой тяжелой жидкости практически нельзя.
К началу изучения архимедовой силы школьники из курса биологии знают, что водоросли имеют чрезвычайно гибкий стебель, а рыбы – слабый скелет. Слайды №, 12, 13 помогают объяснить эти особенности с точки зрения физики. Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь прочных скелетах, как наземные. У рыб есть орган, называемый плавательным пузырем. Меняя объем пузыря, рыбы могут изменять глубину погружения.
Разговор о плавании судов (слайд №14) можно начать с вопроса: «Почему суда держаться на воде и перевозят большие грузы, если корпус судов делают из стали, плотность которой больше плотности воды?». Если учащиеся сами затрудняются ответить на этот вопрос, то им нужно объяснить, что из стали делают лишь тонкий корпус судна, а большая часть его объема занята воздухом, среднее значение плотности судна оказывается значительно меньше плотности воды, поэтому оно не только не тонет, но и может принимать для перевозки большое количество грузов.
Слайды № 15, 16, 17 помогают ввести понятия: осадка судна; ватерлиния; водоизмещение; грузоподъемность. Слайд № 18 содержит информацию о подводной лодке. В подводной лодке добиваются различной глубины погружения, регулируя количество забираемой воды в специальные цистерны. Здесь можно проследить аналогию с плавательным пузырем рыбы. Данные слайды ученики с удовольствием озвучивают самостоятельно.
В завершении этапа объяснения нового материала ученикам предлагается самостоятельно сделать вывод: тело плавает, полностью или частично погрузившись в жидкость, при условии: FA = Fт (слайд № 19).
На этапе закрепления нового материала школьникам предлагается шесть вопросов (слайд № 20).
- Как изменится осадка корабля при переходе из реки в море?
- Как изменится водоизмещение корабля при переходе из реки в море?
- Почему бесполезно горящую нефть, бензин, керосин тушить водой?
- Что будет происходить с кусочком льда в керосине? А в воде?
- Шарик массой 100 г плавает, полностью погрузившись в воду. Чему равна сила Архимеда?
- Шарик массой 100 г плавает, наполовину погрузившись в воду. Чему равна сила Архимеда?
Если ученики испытывают затруднения при ответе, то с помощью гиперссылки можно перейти к тому слайду, где объясняется теория вопроса. При нажатии на картинку можно вернуться к слайду № 19.
На последних этапах урока ученики говорят, что нового для себя они узнали на уроке, какие элементы урока им особенно понравились. Учитель оценивает работу школьников, сообщает домашнее задание: § 50,51.
Урок-презентация по теме «Плавание тел» позволяет показать теорию по плаванию тел в жидкости в интересной, доступной трактовке. Презентация активирует познавательную деятельность учащихся. Ученики не являются пассивными слушателями, а с интересом работают на всех этапах урока. Визуализация ответов на поставленные вопросы помогает школьникам грамотно и четко формулировать свои мысли. В презентации четко прослеживается связь с другими предметами: математикой (слайды № 5-9); географией (слайд № 11); биологией (слайды № 12,13).
Как показал опыт, урок-презентация по теме «Плавание тел» позволяет повысить мотивацию учащихся к изучению предметов естественно-математического цикла, формировать общее мировоззрение на современном научном уровне.
Литература:
1. Камин А.Л. Физика. Развивающее обучение.
Книга для учителей.7-й класс. – Ростов н/Д.: Феникс,
2003.
2. Лукашик В.И. Сборник задач по физике./В.И
Лукашик, Е.В.Иванова. –М.: Просвещение, 2001.
3. Шабловский В. Занимательная физика.–
Санкт-Петербург: Тритон,1997.
4. Перышкин А.В. Физика 7 класс – М.:
Дрофа,2006.
5. Усова А.В. Методика преподавания физики./
Ф.В. Усова, В.П. Орехов, С.Е. Каминский и др.–М.:
Просвещение,1990.
Интернет-ресурсы
1. http://class-fizika.narod.ru/
2. http://physics03.narod.ru/
3. http://900igr.net
4. http://novomin.school.narod.ru