Цель урока: организовать познавательную деятельность учащихся по выявлению причин, от которых зависит архимедова сила, определить опытным путем значение выталкивающей силы, действующей на погруженное полностью или частично в жидкость тело.
Задачи:
- Образовательная: продолжить формирование знаний об архимедовой силе, научить экспериментально вычислять архимедову силу, установить с помощью эксперимента зависимость архимедовой силы от плотности жидкости и объёма тела; показать практическое значение знаний о выталкивающей силе для плавания судов и воздухоплавания.
- Развивающая: развивать умение логически мыслить, умение анализировать и систематизировать знания, умение работать в группе; развивать познавательный интерес, память, наблюдательность, концентрацию внимания.
- Воспитательная: продолжить формирование научного мировоззрения учащихся, коммуникативной культуры, сознательной дисциплины, системы нравственных ценностей, воспитание культуры речи, взаимопомощи.
Оборудование: интерактивная доска, документ-камера, физическое оборудование по теме «Гидромеханика», оборудование цифровой лаборатории «Архимед», портреты ученых.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент (1 мин.)
II. Мобилизующее начало урока (1 мин.)
III. Проверка усвоения материала предыдущих уроков (10 мин.)
1) Разминка – отгадывание кроссворда как повторение тем «Строение тел», «Давление».
По вертикали:
- Мельчайшая частица вещества.
- Явление, использующееся при насадки молотка на рукоятку.
- Изменение формы тела.
- Ученый, в честь которого названа единица давления.
По горизонтали:
- Величина, входящая в формулу для расчета давления столба жидкости.
- Сообщающийся сосуд.
- Единица силы.
- Прибор для измерения атмосферного давления.
- Тип барометра
Осталось не заполненным слово, обозначающее явление, которое лежит в основе засолки овощей, приготовления компотов. Назовите его. (Диффузия).
Ответы: молекула, инерция, деформация, паскаль, плотность, шлюз, ньютон, барометр, анероид.
2) Вспомнить причину возникновения выталкивающей силы, сделать рисунок и показать силы, действующие на полностью погруженное в жидкость тело. Один ученик работает у доски.
3) Игра «Узнай формулу». На листах учащихся 5 формул (m = ρV; V = Sh; P = mg; p = ρgh; F = pS) и величин (вес, масса, объём, сила, давление). Необходимо привести их в соответствие. Проверка через документ-камеру.
4) Эстафетное воспроизведение формулы «Один за всех и все за одного» FАрх = F2 – F1 =… = Pж
5) Индивидуальная работа по карточкам 4 уч-ся Д.И. Пеннер «Программированные задания по физике»
IV. Объяснение нового материала по ОК
1) Экспериментальная проверка закона Архимеда (3 мин.)
Тело, находящееся в жидкости или газе, теряет в своём весе столько, сколько весит жидкость или газ в объёме, вытесненном телом.
Демонстрируется опыт с ведёрком Архимеда.
Рассчитывается архимедова сила по формуле:
2) Историческая справка 4мин.
Значение силы, с которой жидкость или газ выталкивает погруженные в них тела, было установлено древнегреческим ученым Архимедом, поэтому называют её архимедовой силой.
Историческая справка об Архимеде из книги для учащихся
А как Архимед вывел значение выталкивающей
силы рассказывает легенда «Тайна золотой
короны»:
Давным-давно, а если быть точным – около 2 200
лет назад жил в Греции ученый, математик, философ
и любитель разгадывать загадки по имени Архимед.
Находился он при дворе царя Гиерона II. У царя была
корона, которую он когда требовалось для
внушительности, возлагал на свою голову,
появляясь перед подданными.
Однако, так уж устроены цари, ему не давала покоя
мысль, что корона сделана не из чистого золота, а,
значит он, всемогущий повелитель обманут золотых
дел мастером и носит на голове подделку. (Разыгрывается
небольшая сценка.)
– Позвать ко мне моего придворного ученого
Архимеда!
Даю тебе три дня и три ночи. Должен ты, Архимед,
провести следствие и установить не украл ли
золото мастер, изготовляя мою корону.
Однажды Архимед принимал ванну и размышлял
над царским заданием. И вдруг решение задачи
неожиданно пришло ему в голову. Говорят, он был
так взволнован, что выскочил из ванны и пустился
бежать совершенно голым по улицам своего родного
города Сиракузы, крича: «Эврика! Эврика!», что
означает: «Нашел! Нашел!»
А нашел ученый не только способ выполнить
задание царя, но и соотношение между силой,
выталкивающей погруженный в жидкость предмет, и
объемом вытесненной им жидкости.
– Я взял и отделил кусок золота от слитка, из
которого брали золото для короны, причем
подобрал кусок по массе равный короне
(показывает на весах)
А затем рассудил: если корона состоит из чистого
золота, она должна вытеснить точно такой же объем
воды, что и подобранный кусок золота. Если же
объём вытесненной короной воды немного больше,
чем у куска золота ( что и оказалось на самом деле
– показывает воду) можно быть уверенным, что в
корону подмешено серебро, менее плотный металл.
И стало ясно, что золото присвоено золотых дел
мастером. Мы можем только посочувствовать
бедному мастеру, которого ждал печальный конец в
результате гениально проведенного Архимедом
следствия. И мы не можем не восхищаться
Архимедом, который вдобавок к прочим своим
заслугам может претендовать на почетное звание
первого в мире ученого-детектива.
3) Научимся вычислять практически силу Архимеда. Один из способов такой: 2 мин.
а) найти вес тела в воздухе;
в) найти вес тела в воде (почему он меньше?)
FАрх = Рв возд – Рв воде
Рассчитаем FАрх, действующую на погруженный в воду цилиндрик.
FАрх = 0,74Н – 0,44Н = 0,3Н.
4) Исследовательская работа в группах.(7мин)
А теперь вы – исследователи. У каждой группы
своя задача.
Эксперимент проводим с помощью датчика силы
цифровой лаборатории Архимед в программе MultiLab
Группа № 1 получает оборудование:
сосуд с водой, Nova, датчик силы, соединительный
провод, алюминиевый и латунный цилиндры
одинакового объёма, нить.
Вам необходимо определить архимедову силу,
действующую на каждый цилиндр и сделать вывод о
зависимости архимедовой силы от плотности
вещества, из которого сделаны тела.
Вывод: архимедова сила не зависит от плотности вещества. На тела равные по объёму действует одинаковая архимедова сила .
Группа № 2 получает оборудование:
сосуд с водой, Nova, датчик силы, соединительный
провод, тела – цилиндры разного объёма, нить.
Вам необходимо определить архимедову силу,
действующую на каждый цилиндр и сделать вывод о
зависимости архимедовой силы от объёма тела.
Вывод: чем больше объём тела, погруженного в жидкость, тем больше архимедова сила.
Группа № 3 получает оборудование: Nova,
датчик силы, соединительный провод, стальной
цилиндр, сосуды с водой, сосуды с солёной водой и
маслом подсолнечным.
Вам необходимо определить архимедову силу,
действующую на цилиндр в разных жидкостях и
сделать вывод о зависимости архимедовой силы от
плотности жидкости. (плотность воды ρ = 1000
кг/м3, соленой воды ρ = 1030 кг/м3,
подсолнечного масла ρ = 930 кг/м3).
Вывод: чем больше плотность жидкости, тем больше архимедова сила.
Группа № 4 получает оборудование:
сосуд с водой, Nova, датчик силы, соединительный
провод, тела – цилиндры одинакового объёма,
но разной формы, нить.
Вам необходимо определить
архимедову силу, действующую на тела
одинакового объёма, но разной формы (шар, куб,
пирамида) и сделать вывод о зависимости
архимедовой силы от формы тела, погруженного в
жидкость.
Вывод: архимедова сила не зависит от формы тел, если их объёмы равны.
Группа № 5 получает оборудование:
сосуд с водой, Nova, датчик силы, соединительный
провод, алюминиевый цилиндр, нить.
Вам необходимо определить архимедову силу,
действующую на цилиндр, погруженный на 1/3объёма,
1/2 объёма, 2/3 объёма и сделать вывод о зависимости
архимедовой силы от объёма погруженной части.
Вывод: чем больше объём погруженной части тела, тем больше архимедова сила.
Группа № 6 получает оборудование:
сосуд с водой, Nova, датчик силы, соединительный
провод, алюминиевый цилиндр, нить.
Вам необходимо определить архимедову силу на
различной глубине
И сделать вывод о том, как зависит архимедова
сила от глубины погружения.
Вывод: архимедова сила не зависит от глубины погружения.
Запишем выводы всех групп в таблицу:
| Архимедова сила | |
| Зависит | Не зависит |
| От объёма тела | От формы тела |
| От плотности жидкости | От плотности тела |
| От объёма погруженной части тела | От глубины погружения |
Направлена архимедова сила вверх.
V. Закрепление (12 мин.)
1) Тест «Архимедова сила»
1. Архимедову силу рассчитывают по формуле…
а) p = gρh. в) F = gρжVт .
б) F = pS. г) F = kΔ.
2. От каких величин зависит архимедова сила?
а) Плотности вещества, из которого состоит тело.
б) Плотности жидкости.
в) Объёма жидкости.
г) Толщины слоя жидкости над телом.
3. Архимедова сила зависит от…
а) … глубины погружения тела в жидкость.
б) … расстояния тела до дна судна.
в) … веса тела.
г) … объёма тела.
4. Объёмы трёх деталей относятся, как 1: 2 : 3. При погружении их в воду на первую деталь подействовала архимедова сила, равная 90 Н. Чему равны архимедовы силы, действовавшие на вторую и третью детали?
а) 45 Н и 30 Н. в) 45 Н и 90 Н.
б) 120 Н и 240 Н. г) 180 Н и 270 Н.
5. Плотности двух жидкостей относятся как 1 : 2. При опускании в него шара на него подействовала архимедова сила, равная 6 Н. Какая выталкивающая сила должна действовать на шар в первой жидкости?
а) 12 Н. в) 2 Н.
б) 3 Н. г) 4 Н.
6. Погруженное в воду тело массой 4,5 кг. потеряло в весе 15 Н. Чему равна действующая на него в воде архимедова сила? Каков был вес тела в воздухе?
а) 15 Н; 45 Н. в) 30 Н; 45 Н.
б) 15 Н; 4,5 Н. г) 30 Н; 4,5 Н.
7. Деталь объёмом 75 см3 весит 6 Н. Сколько она потеряет в весе, если её погрузить в машинное масло? Сколько она будет весить в этой жидкости?
а) ~ 0,7 Н; 5,3 Н. в) 0,5 Н; 5,5 Н.
б) ~ 0,7 Н; 6,7 Н. г) 1,4 Н; 4,6 Н.
Ответы:
2) Теперь вы сами сможете объяснить, наверное, давно мучивший вас вопрос: «почему тяжёлое судно плавает, а гвоздь, упавший в воду, тонет?»
Знание закона Архимеда (так иногда называют
выражение для вычисления FАрх) сделало реальной
мечту людей летать над облаками, плавать в
воздушном океане, как они плавали по морям.
Один наш выпускник – Вадим Калмыков решил все
курьёзы, интересные случаи, которые произошли с
учеными поместить в одно стихотворение.
До чего ж коварна штука
Эта физика наука,
Чтоб закон её открыть
Нужно жертвы приносить
Знаменитый Архимед
Натворил немало бед,
Весь ученый мир дивился:
«В ванне чуть не утопился»
И Паскаль дивился чуду, говорил:
« Коль жив я буду
Архимеда проучу, газы сам я изучу!»
Ньютон тоже вот чудило
Тяготения искал
Шишку яблоком набило,
Он от радости упал.
Галилей вдруг заболел.
Он ни пил, ни спал, ни ел
И пока он так страдал
Сам как маятник он стал
Я узнал про ту беду–
В школу больше не пойду.
А вам, ребята в школу придти советую, так как на следующем уроке мы выясним с вами условия плавания тел.
3) Ответим на вопросы стр. 101.
4) Задача из рублики «Подумай!»: Маленькую модель лодки, плавающую в банке с водой, переместили с Земли на Луну. Изменится ли при этом (и если изменится, то как) глубина погружения (осадка) лодки?
VI. Итог урока (2 мин.)
VII. Рефлексия (1 мин.)
VIII. Домашнее задание:
§49 упр. 32 (1,2) 1мин.
§8 стр. 159 по желанию прочитать.