Архимедова сила. Физика. 7 класс. Конспект урока
Тип урока: комбинированный.
Цели:
- образовательная: обеспечить усвоение учащимися формулы для расчета архимедовой силы.
- воспитательные: показать связь изучаемого материала с жизнью; познакомить учащихся с практическими применениями закона в технике
- развивающие: развитие познавательной активности и формирование мотивации к дальнейшему применению теоретических знаний в практике; в целях развития научного мировоззрения учащихся, показать роль физического эксперимента в физике
Задачи:
- Сформировать понятие об архимедовой силе, а так же умение выводить формулу, выражающую зависимость этой силы от плотности жидкости (газа) и объема тела, на основе закона Паскаля;
- Продолжить развитие логического мышления, монологической речи и зрительной памяти
- Формирование умений строить определения физических понятий, выбирать рациональные способы выполнения экспериментов.
ТСО: компьютер, проектор, магнитофон.
Наглядность: портрет Архимеда (фотографии опыта Плато – взяты из личной коллекции).
Оборудование и материалы: ведерко Архимеда, стакан с водой, стакан с крепким раствором соли, штатив с муфтой и лапкой, сосуд с отливом, свеча, спички, динамометр, рычаг, два тела равной массы, но неравного объема, резиновый мяч, алюминиевый цилиндр, картофелина, мензурка с касторовым маслом, краски, кисточка.
Для фронтального опыта:
- Мензурка (15 шт.)
- Вода в стакане (15 шт.)
- Динамометр (15 шт.)
- Штатив с муфтой и лапкой (15 шт.)
Использованные источники:
- Крис Окслед, Корин Стокли Физика. Школьный иллюстративный справочник.- М.: «Росмэн», 2000
- Л. А. Друянов Законы природы и их познание книга для внеклассного чтения. – М.: «Просвещение», 1992
- Л. А. Горелов Занимательные опыты по физике. – М.: «Просвещение», 1985
Ресурсы Интернет:
Ход урока
Эпиграф к уроку:
«Кто овладел творениями Архимеда, будет
меньше удивляться открытиям самых
великих людей нашего времени».Лейбниц
I. Вводное слово учителя
Учитель: Мы в нашей жизни часто сталкиваемся с законом Архимеда: наблюдаем, как плавают рыбки, видим передвижение по реке лодок, пароходов, любим сами плавать, наблюдаем, как в воздухе летают воздушные шары. Сегодня мы с вами еще раз поговорим о законе Архимеда, о том, как он был открыт и как проявляется (зачитываем эпиграф).
II. Повторение (фронтальный опрос)
Учитель: Заполните таблицу:
Величина |
Обозначение |
Формула |
Единицы измерения |
Прибор |
1. Объем |
V |
V = Sh |
м3 |
мензурка, линейка |
2. Масса |
m |
m = rV |
кг |
весы |
3. Вес |
P |
P = mg |
H |
динамометр |
4. Давление в жидкостях |
P |
P = rgh |
Па |
манометр |
- Как распространяется давление внутри жидкости?
- Чем объясняется увеличение давления жидкости с глубиной?
- Как распределяется давление в жидкости на одном и том же уровне?
- Какие силы действуют на тело, погруженное в жидкость?
III. Актуализация знаний
Вода – самое удивительное вещество! Одна из основных составляющих жизни. Тончайшим слоем покрывает она 2/3 поверхности земного шара, разделяя континенты. Вода присутствует и в атмосфере в виде пара и мельчайших капелек, из которых состоят дождевые облака. Круговорот воды в природе – это могучие реки Сибири и хрустальные звенящие весенние ручейки, это дожди, ливни, снегопады, утренние туманы и капельки росы на зеленой траве. Изучая химию, биологию, географию, физику, вы будете знакомиться со свойствами воды и не раз поразитесь тому, насколько тесно и неожиданно связана она с нашей жизнью, увидите самые разные ее стороны. Сегодня вы познакомитесь подробно с одним из свойств воды. Хотите узнать каким?
Опыт 1
Погружаем мяч полностью в воду и быстро убираем руку. Мяч «выпрыгивает» из воды.
Учитель: Почему мяч всплыл на поверхность воды?
Ученик: На мяч подействовала сила.
Учитель: Совершенно верно: подействовала сила, которая вытолкнула мяч из воды. Назовем ее выталкивающая сила. Опустим в тот же аквариум цилиндр (Al). Тело утонуло. Действует ли выталкивающая сила в этом случае?
Учитель: Подумайте, как с помощью приборов, которые находятся у вас на столах, проверить действует ли выталкивающая сила на алюминиевый цилиндр?
Опыт 2
Подвесим тело к пружине динамометра. Заметим его показание, затем опустили тело в воду и увидим, что показания динамометра уменьшились.
Сделаем вывод: На любые тела, погруженные в воду, действует выталкивающая сила.
Учитель: Давайте экспериментально выясним, от каких величин зависит выталкивающая сила, а от каких не зависит.
Опыт 3
На равноплечном рычаге уравновесили в воздухе 2 груза (металлический и фарфоровый). Подставим один из сосудов, заполненных водой, под металлический груз.
Учитель: Почему нарушается равновесие?
Ответ: На груз, погруженный в воду, действует выталкивающая сила.
Опыт 4
То же самое проделать со вторым грузом.
Учитель: Почему нарушается равновесие?
Ответ: равновесие нарушается, т.к. на другой груз действует выталкивающая сила.
Опыт 5
К обоим грузам поднести сосуды с водой.
Учитель: Почему нарушается равновесие уравновешенного в воздухе рычага с грузами одинакового веса, но различного объема, помещенными в жидкость?
Ответ: На тела действуют различные выталкивающие силы.
Учитель: Почему? От чего они зависят?
Ответ: выталкивающая сила зависит от объема тела (или части тела), погруженного в жидкость. Чем больше объем тела, тем больше выталкивающая сила.
Опыт 6
Учитель: Перед вами два стакана с водой. В первом – картофелина плавает, а во втором – тонет. Как вы думаете, почему?
Ответ: В первом стакане находится крепкий раствор соли, а соленая вода имеет бòльщую плотность, чем пресная вода.
Учитель: В каком стакане на картофелину действует большая выталкивающая сила?
Ответ: В первом.
Учитель: Сделайте вывод, от чего зависит выталкивающая сила?
Вывод: выталкивающая сила зависит от плотности жидкости. Чем больше плотность жидкости, тем больше выталкивающая сила.
Выталкивающая (Архимедова) сила
Зависит от: |
Не зависит от: |
От объёма, погружённой в жидкость, части тела. |
От глубины погружения. |
От плотности жидкости, в которую погружено тело. |
От веса тела. |
Учитель: Я предлагаю вам вывести формулу, по которой можно рассчитать выталкивающую силу.
Рис. 1
р снизу > р сверху , т. к.
h2 > h1
р3 = р4
Fa = (р снизу – р сверху) · S
Fa = (ρgh1 – ρgh2) · S
Fa = ρ ж g(h1 – h2) · S, т. к. (h1 – h2) · S = V, то
Fa = ρ ж g Vт – закон Архимеда
Учитель: Мы с вами смогли дать математическую запись знаменитого закона, который во всем мире называют законом Архимеда. А теперь мы посмотрим как экспериментально можно доказать данный закон.
Проводим опыт с ведерком Архимеда.
Делаем вывод: сила, выталкивающая целиком погруженное в газ или жидкость тело, равна весу газа или жидкости в объеме этого тела.
FA = ρжgVт
«Архимед открыл закон,
Мылся в ванне как-то он,
Полилась на пол вода,
Догадался он тогда.
Сила действует на тело,
Так природа захотела,
Шар летит как самолёт,
Что не тонет, то плывёт!
И в воде груз легче станет,
И тонуть он перестанет,
Океаны вдоль Земли,
Покоряют корабли! »
Учитель: Предание донесло до нас курьезный эпизод, из жизни Архимеда (жившего 250 лет до н. э.), связанный с открытием закона о погружении тел в жидкости. Как Архимед пришел к своему закону? Кто подтолкнул его?
(Класс прослушивает поэму об Архимеде, записанную на магнитофон.)
IV. Закрепление
1. Определите, чему равна выталкивающая сила
2. Стеклянное (№1) и стальное (№2) тела одинакового объема опущены в воду. Одинаковые ли выталкивающие силы действуют на них?
3. Одинаковые ли выталкивающие силы будут действовать на данное тело в жидкости при погружении его на разную глубину?
4. Одинаковые шары подвешены к коромыслу весов. В каком случае равновесие нарушится?
5. Учитель: Как долго будет гореть свеча, если ее поместить в сосуд с водой? (проверяем экспериментально)
Ответ: В процессе горения постепенно уменьшается сила тяжести, действующая на свечу. Для ее равновесия выталкивающая (Архимедова) сила должна уменьшаться, а это возможно только с подъемом свечи. Постепенно свеча поднимается и почти вся сгорает
6. Учитель: Налейте в прозрачный стакан касторовое масло на достаточную высоту. Не торопясь, капните в масло каплю подкрашенной обыкновенными акварельными красками воды. Если использовать растворы нескольких цветов, то в стакане с маслом возникнет картина, напоминающая висящие разноцветные шары. Что произойдет с подкрашенными каплями и почему?» (проверяем экспериментально опыт Плато)
Вывод: плотность касторового масла приблизительно равна плотности воды.
7. Ходить по берегу, усеянному галькой, босыми ногами больно. А в воде, погрузившись глубже пояса, ходить по мелким камням не больно. Почему?
8. Пожилые греки рассказывают, что Архимед обладал чудовищной силой. Даже стоя по пояс в воде, он легко поднимал одной левой рукой массу в 1000 кг. Правда, только до пояса, выше поднимать отказывался. Могут ли быть правдой эти рассказы?
(Да, если объем тела большой).
9. Генерал нырнул в жидкость солдатиком и подвергся действию выталкивающих сил. Можно ли утверждать, что жидкость вытолкала генерала в шею.
(Нет. Жидкость толкала генерала в подметки).
10. Собака легко перетаскивает утопающего в воде, однако, на берегу она не может сдвинуть его с места? Почему?
Решите задачи.
- Алюминиевый и медный бруски имеют одинаковые массы. Какой из них легче поднять в воде?
- Чему равна архимедова сила, действующая в воде на полностью погруженный медный брусок массой 890 г?
Учитель: О том, как ведет себя тело, погруженное в жидкость, при разных соотношениях архимедовой силы и силы тяжести, мы поговорим на следующем уроке, посвященному плаванию тел.
V. Домашнее задание
§49, упр.32; подготовка к лабораторной работе № 7 «Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело».