Цели и задачи урока:
Оборудование к уроку: cосуды с водой и другими жидкостями; тела разных масс, плотностей, размеров и форм.
Применение икт: (сообщения-презентации): значение воды, плавание судов, плавание животных и человека, особенности поведения животных и растений в воде.
Демонстрационные опыты.
1. От чего зависит и не зависит сила Архимеда?
2. От чего зависит глубина погружения плавающих тел?
3. Плавание тел с плотностью большей, чем у воды и меньшей.
Эпиграфы к уроку: “Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удается связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые”. Д. Хевеши “Сведение множества к единому - в этом первооснова красоты”. Пифагор
Методы обучения: частично-поисковый (по типу познавательной деятельности) и творчески-исследовательский (по источнику получения знаний).
Применяемые технологии:
Технология проблемного обучения, икт, здоровье сберегающие технологии.
План работы на уроке.
Актуализация знаний (организационный момент, вступительное слово учителя с элементами беседы, демонстрационный опыт 1, выполняют учащиеся).
Создание новых знаний:
а) демонстрационный опыт 2 (выполняют учащиеся),
б) демонстрационный опыт 3 (выполняет учитель),
в) презентация учителя: значение воды для жизни на Земле.
Применение новых знаний:
1. Выступления учащихся с сообщениями-презентациями:
- особенности поведения животных и растений в воде;
- плавание животных и человека;
- плавание судов: история судоходства, подводный и надводный флот;
2. Качественные задачи (по применению новых знаний).
Итоги урока (подводит учитель).
Домашнее задание (формулировка, комментарии).
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Вступительное слово учителя. Надеюсь, на сегодняшнем уроке вы еще раз оцените достоинства уникальной науки о природе - физики. Именно она дает обильную пищу разуму, чувствам и рукам того, кто сможет приложить силы для проникновения в ее мир. Физика - это умение беседовать с природой на ее языке. Физика - это возможность понимать природу и ее свойства; это радость познания; это прикосновение к загадкам природы. И сегодня нам предстоит разобраться в одной из них: какова причина плавания тел.
На предыдущих уроках мы уже убедились в существовании выталкивающей силы. Еще ее называют силой Архимеда.
Стихотворение “местного поэта”(1) <Приложение 4>
1. От чего зависит сила Архимеда?
Ответы уч-ся: Сила Архимеда зависит от плотности жидкости и объема погруженной части тела.
2. От чего не зависит эта сила?
Ответы уч-ся: от формы тела и его плотности.
Демонстрационный опыт 1
Давайте убедимся в этом на опыте №1 (уч-ся демонстрируют домашний опыт №1):
Оборудование опыту №1: сосуд водой и подсолнечным маслом, динамометр, пластилин, картофелина, пробка, пенопласт.
Задания к опыту №1:
А) Сравниваем силу Архимеда для случая: плотности тел разные, размер одинаковый;
Б) Сравниваем силу Архимеда для случая: плотности тел одинаковые, объемы разные;
В) Сравниваем силу Архимеда для случая : плотности тел одинаковые, формы разные;
Г) Сравниваем силу Архимеда для случая: плотности жидкостей разные, тела одинаковые;
Учащиеся делают выводы, которые записываются на интерактивной доске в виде таблицы.
На доске записывается формула силы Архимеда <Приложение 5>.
3. Далее, вспомним какие силы действуют на погруженное в жидкость тело и как направлены вектора этих сил?
На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх. Рассмотрим, что будет происходить с телом под действием этих сил. При этом возможны 3 случая: а) если Fт больше Fа, то тело будет опускаться на дно, тонуть; б) если Fт меньше Fа, то тело будет подниматься из жидкости, оно всплывает. Пока тело будет двигаться, будучи полностью погруженным в жидкость, архимедова сила будет оставаться неизменной. Как только тело достигнет поверхности и появиться над ней, эта сила будет становиться все меньше и меньше. Всплытие прекратится, когда архимедова сила станет равной силе тяжести; в) если Fа равна Fт, то тело будет плавать на любой глубине, находясь в равновесии( то есть будет оставаться в покое).
Стихотворение “местного поэта”(2) < Приложение 4>
На интерактивной доске появляется рисунок 1. Презентация, слайд
Жизненный опыт каждого из нас подсказывает нам, что глубина погружения плавающих тел – разная!
4. От чего это зависит? Как вы поясните данный факт?
Стихотворение “местного поэта”(3) <Приложение 4>
Давайте убедимся в этом на опыте.
Демонстрационный опыт 2
Оборудование к опыту №2:таблица плотностей разных веществ, сосуды с водой, 2 одинаковых шарика из пенопласта, парафина.
Задание к опыту №2:
А) Будут ли плавать шарики?
Б) Какой из шариков погрузится более глубоко?
В) Каков ваш вывод? (На интерактивной доске появляется рисунок 2, презентация, слайд)
Вывод: Плотности обоих тел меньше плотности воды, они оба будут плавать. Плотность парафина больше плотности пенопласта, поэтому парафиновый шарик будет “сидеть” глубже.
5. И все-таки, в чем же дело, когда одни тела плавают, а другие тонут? Железный гвоздь всегда тонет в воде, а огромный железный корабль плавает?
Демонстрационный опыт 3
А) Картофельный шарик тонет в чистой воде и плавает в сильносоленой воде.
Б) Шарик из пластилина тонет, пластилиновая лодочка не тонет (с помощью весов отвешиваем равные массы пластилина для шарика и лодочки).
Объяснение: При погружении шарик тонет, а лодочка плавает.
В модели лодки есть много пустот с воздухом, как, например, и в больших кораблях - отсеки, трюмы, каюты, палубы. Плотность лодки оказывается меньше плотности воды.
Вывод.
- Плотность тела больше плотности жидкости, тонет тело.
- Плотность тела равна плотности жидкости, плавает тело.
У этого правила есть 2 следствия:
1) при данном условии тело плавает, полностью погрузившись в воду.
2) чтобы тело плавало, частично выступая над поверхностью жидкости, надо чтобы плотность жидкости была больше плотности тела.
Как же применяются в жизни все эти теоретические выводы?
Вниманию учащихся предлагаются сообщения-презентации:
1. Презентация учителя по теме: “Вода, ее значение в жизни человека”.
Вода - самое удивительное вещество! Это одна из составляющих жизни. Тончайшим слоем она покрывает 2/3 поверхности земного шара, разделяя континенты. Вода присутствует в атмосфере в виде водяного пара и мельчайших капелек в дождевых облаках. Круговорот воды в природе - это могучие реки Сибири и хрустальные весенние ручейки, это дожди, ливни, снегопады. Утренний туман и капельки росы на зеленой траве.
Изучая химию, физику, биологию, географию, вы еще не раз будете знакомиться со свойствами воды и поразитесь насколько тесно и неожиданно с водой связана вся наша жизнь и самые ее разные стороны. В настоящее время известно, что жизнь на Земле зародилась в водной среде. Это произошло около 4 миллиардов лет назад. 400 миллионов лет тому назад жизнь вышла из моря. 65 миллионов лет назад появились первые млекопитающие. Но вода и сейчас продолжает составлять значительную часть в живых организмах, причем и в морских, и в млекопитающих, обитающих на суше, включая человека. Например, у 10-дневного эмбриона содержание воды достигает 95%, у новорожденного - 72%, а у взрослого человека - в среднем 60%. Строение человека таково, что его плотность оказывается близкой к плотности воды. Как вы думаете, человек способен свободно находиться на поверхности воды, не боясь утонуть, если будет совершать определенные движения?
К теме сегодняшних наших исследований имеет уже известное вам свойство воды - она выталкивает погруженное в нее тело. Это знает всякий! Каковы особенности плавания судов и живых организмов? Постараемся выяснить и это! (На экране слайд презентации)
2. Презентация учащихся по теме: “Плавание животных и человека”.
Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, близка к плотности окружающей их воды. Это и делает возможным их плавание под водой. Плавание животных в толще воды способствует также дополнительная подъемная сила, которая возникает при их перемещении в водной среде.
Различают активное и пассивное плавание. При активном плавании животные передвигаются либо с помощью имеющихся у них гребных органов (как, например, ластоногие животные, а также простейшие организмы, использующие свои жгутики или реснички), либо посредством волнообразных изгибаний тела и использования непарных плавников (как, например, киты, большинство рыб, змей, пиявки и другие), либо в результате периодических выталкиваний из воды (как, например, медузы, осьминоги). При пассивном плавании животные просто увлекаются движущейся водой.
Скорость передвижений животных в воде может достигать довольно больших значений. Например, акулы и скумбрии плавают со скоростью 20 км/час и выше, летучие рыбы разгоняются до 65 км/час, а рыба-меч развивает скорость до 130 км/ч.
Большую роль в передвижении рыб внутри воды играет плавательный пузырь. Меняя объем этого пузыря (а также количество газа в нем), рыба способна как увеличивать, так и уменьшать действующую на нее выталкивающую силу. Благодаря этому рыба может в определенных интервалах регулировать глубину своего погружения.
Киты регулируют глубину своего погружения за счет уменьшения и увеличения объема легких.
Строение человека таково, что его плотность оказывается близкой к плотности воды. У многих людей она чуть меньше, особенно когда желудок пустой, а вода соленая. В таких случаях человек способен свободно находиться на поверхности воды, не боясь утонуть. Вот что писал об этом в одном из своих рассказов американский писатель Эдгар По (1809-1849):
“В среднем человеческое тело немногим тяжелее или легче воды… Тела тучных, дородных людей с тонкими костями и тела подавляющего числа женщин легче, чем тела худощавых крупнокостных мужчин… Упавший в реку человек почти никогда не пойдет ко дну, если он позволит весу своего тела прийти в соответствие с весом вытесненной им воды - другими словами, если он погрузится в воду почти целиком. Для людей, не умеющих плавать, наиболее правильной будет вертикальная позиция идущего человека, причем голову следует откинуть и погрузить в воду так, чтобы над ней оставались только рот и нос. Приняв подобную позу, вы обнаружите, что без всяких усилий и труда держитесь у самой поверхности. Однако совершенно очевидно, что вес человеческого тела и вес воды, которую оно вытесняет, находятся лишь в весьма хрупком равновесии, так что достаточно ничтожного пустяка, чтобы оно нарушилось в ту или иную сторону. Например, рука, поднятая над водой и тем самым лишенная ее поддержки, представляет собой добавочный вес, которого достаточно, чтобы голова ушла под воду целиком, тогда как случайно схваченный даже небольшой кусок дерева позволит вам приподнять голову и оглядеться. Человек, не умеющий плавать. Обычно начинает биться в воде. Вскидывает руки и старается держать голову, как всегда прямо. В результате рот и ноздри оказываются под водой, которая при попытке вздохнуть проникает в легкие. Кроме того, большое количество ее попадает в желудок, и все тело становится тяжелее настолько, насколько вода тяжелее воздуха, наполнявшего эти полости прежде. Как правило, этой разницы достаточно для того, чтобы человек пошел ко дну”.
На Земле есть и такое море, в котором вообще невозможно утонуть. Это соленое озеро, называемое Мертвым морем. Оно настолько соленое, что в нем отсутствует всякая жизнь (за исключением некоторых видов бактерий). Если вода большинства морей и океанов содержит 2-3% соли, то в Мертвом море ее содержится более 27%! Из-за большого содержания соли плотность воды здесь оказывается больше плотности человеческого тела. И потому человек в Мертвом море может спокойно лежать на его поверхности и читать книгу! Если даже в эту воду войдет лошадь, то, как пишет Марк Твен, она оказывается в столь неустойчивом состоянии, что “не может ни плыть, ни стоять в Мертвом море, - она тотчас же ложится на бок”.
Помимо Мертвого моря, огромной соленостью обладают также воды залива Кара-Богаз-Гол и озера Эльтон в Волгоградской области. (На экране слайд презентации)
3. Презентация учащихся по теме: “Архимедова сила в живой природе”.
- Рыбы. Плотность живых организмов, населяющих водную среду, очень мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается силой Архимеда. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь массивных скелетах, как наземные. Интересна роль плавательного пузыря у рыб. Это единственная часть тела рыбы, обладающие заметной сжимаемостью; сжимая пузырь усилиями грудных и брюшных мышц, рыба меняет обьем своего тела и тем самым среднюю плотность, благодаря чему она может в определенных пределах регулировать глубину своего погружения.
- Водоплавающие птицы. Важным фактором в жизни водоплавающих птиц является наличие толстого, не пропускающего воды слоя перьев и пуха, в котором содержится значительное количество воздуха; благодаря этому своеобразному воздушному пузырю, окружающему все тело птицы, ее средняя плотность оказывается очень малой. Этим объясняется тот факт, что утки и другие водоплавающие мало погружаются в воду при плавании.
- Паук-серебрянка. С точки зрения законов физики очень интересно существование паука- серебрянки. Он устраивает свое жилище - подводный колокол из крепкой паутины. Сюда паук приносит с поверхности пузырьки воздуха, задерживающиеся между тонкими волосками брюшка. В колоколе паук собирает запас воздуха, который время от времени пополняет, благодаря этому он может долго находиться под водой.
- Водные растения. Многие водные растения сохраняют вертикальное положение, несмотря на чрезвычайную гибкость их стеблей, потому что на концах их разветвлений заключены крупные пузыри воздуха, играющие роль поплавков.
- Водный орех чилим. Любопытное водное растение-чилим растет по заводям Волги, в озерах, в лиманах. Плоды его (водные орехи) достигают в диаметре 3 см и имеют форму, похожую на морской якорь с несколькими острыми рожками или без них. Этот “якорь” служит для того, чтобы удержать на подходящем месте молодое растение. Когда чилим отцветает, под водой начинают образовываться тяжелые плоды. Они могли бы потопить растение, но как раз в это время на черешках листьев образуются вздутия - своего рода “спасательные пояса”. Тем самым увеличивается объем подводной части растений, возрастает, следовательно, выталкивающая сила. Этим достигается равновесие между весом плодов и возникающей за счет вздутий выталкивающей силой.
- Плавание сифонофор. Сифонофорами зоологи называют особую группу кишечнополостных животных. Подобно медузам, это свободно плавающие морские животные. Однако, в отличие от первых, они образуют сложные колонии с очень резко выраженным полиморфизмом. На вершине колонии обычно имеется содержащий газ пузырь, при помощи которого вся колония держится в толще воды и движется. Газ вырабатывается особыми железами. Этот пузырь достигает иногда 30 см. (На экране слайд презентации)
4. Презентация учащихся по теме: “Плавание судов”
Необходимость в плавании на судах, как способе передвижения у человека возникла издавна. Первые плавательные средства- стволы деревьев, надутые воздухом мешки из шкур животных, плоты, лодки. Для торговых перевозок, с развитием цивилизации и открытием морских путей, возникла неизбежная потребность в судах больших конструкций. В 1807 г. Р. Фултон создал 1-й в С Ш А пароход “Клемонт”, он скорость развивал до 9 км/час и быстро вытеснил парусный флот (со скоростью до 1,9).
В строительстве современных судов используются материалы с плотностью, значительно больше воды. Железные и стальные танкеры, как они держатся на воде? Ведь масса современных судов до 10000 тонн. Дело в том, что их средняя плотность по- прежнему меньше плотности воды. Сила тяжести уравновешивается силой Архимеда. Корабли имеют внутри себя ,заполненные воздухом отсеки, много пустых помещений, а если бы они были целиком из металла, ничто не удержало их на воде.
Основные характеристики плавания судов:
А) осадка судна - глубина, на которую судно может погружаться.
Б) грузовая ватерлиния - максимальная допускаемая осадка, отмеченная красной линией.
В) водоизмещение судна - вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на данное судно.
Например, сейчас у нефтетанкеров водоизмещение до 5 млн. кН, то есть их масса с грузом до 500000 тонн.
Суда, способные плавать под водой, называются подводными, а все остальные надводными.
Первая подводная лодка была построена в 1620 г. в Англии голландцем ван Дреббелем, в России - с 1724 г., в Германии – 1850 г. Сейчас почти у всех государств мира на вооружении есть боевые подводные лодки. Для их погружения используются специальные балластные цистерны, наполненные водой. Всплытие такой лодки происходит в следствии вытеснения воды из них сжатием воздуха. Атомные подводные лодки - это гигантские сооружения 150 м в длину, на них устанавливается ядерный реактор, который может работать без дозаправки более 1 года.
Для подведения итога на интерактивной доске высвечивается таблица: “Виды водного транспорта”<Приложения 2> и зачитываются стихи <Приложение 3>. (На экране слайд презентации)
Для закрепления умения применить знания,
полученные сегодня в разных случаях, предлагаем
вам подумать и ответить на несколько вопросов:
В качестве домашнего задания предлагаем уч-ся дома проработать параграф 51 учебника “Физика – 7”, автор А.В. Перышкин, а также подумать над следующими вопросами и заданием (текст которых предлагается уч-ся на интерактивной доске и на индивидуальных карточках):
1. Три одинаковых бруска плавают в стаканах с разными жидкостями.<презентация, рисунок 3>.Чем отличаются жидкости? Не наводит ли эта задача вас на мысль о создании прибора для измерения плотности жидкости? Подумайте!
2. Если заполните банку наполовину очень соленой водой, а сверху аккуратно по стенке нальете пресную воду, то яйцо будет “висеть” посередине банки. Продемонстрируйте этот опыт родителям. Именно так плавают в глубинах океана затонувшие корабли, не все, конечно, а только те, которые затонули в подходящем месте. Каком?
3. Продумайте, как сделать аналог подводной лодки с иллюстрацией ее всплытия и погружения! (домашний опыт).
Используемая литература:
- Л. А. Горлова. “Занимательные внеурочные мероприятия по физике”. г. Москва, издательство “ВАКО”, 2010 г.
- Л. А. Горлова. “Интегрированные уроки по физике”. г. Москва, “ВАКО”. 2009 г.
- М. М. Балашов. “Физика-7”, г. Москва, “Просвещение”. 1995 г.
- В. Р. Ильченко. “Формирование естественно - научного миропонимания школьников”, “Просвещение”,. 1993 г.
- А. В. Перышкин. “Физика - 7 класс”, издательство “Дрофа”. 2011 г.
- Ц. Кац “ Биофизика на уроках физики”, издательство “Просвещение”. 1980 год
- С. В. Громов, Н. А. Родина “Физика - 7 класс”, издательство “Просвещение” 2009 год
- М.М. Балашов “О природе”, Издательство “Просвещение”, 1977 год
- В. Р. Ильченко “Перекрестки биологии, химии, физики”, издательство “Просвещение”, 1986 г.
- Интернет-ресурсы.