Конспект урока по физике"Сила Архимеда и Ноев ковчег"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №18», имени Жадовца Николая Ивановича.

г. Кемерово

Конспект урока «Сила Архимеда и Ноев ковчег»

                                                                                        Выполнила :

                                                                                       Морозова Любовь Васильевна,

                                                                                        учитель физики, высшей

                                                                                        квалификационной категории

Кемерово-2020

Используя законы гидростатики,                                            

человек все полнее познает условия жизни в водной среде и все больше подчиняет водную стихию своей власти.

Тема урока: «Сила Архимеда и Ноев ковчег»

Цели:

Образовательные:

• сформировать у учащихся более глубокие  представления  о силе Архимеда, выяснить её природу, провести исследования зависимости силы Архимеда от различных факторов;
• Расчетным путем  установить мог ли плавать Ноев ковчег, проверить в каких случаях и при каких условиях плавают тела;
• научить учащихся решать задачи связанные с реальными ситуациями из повседневной жизни, уметь находить правильные решения в различных жизненных ситуациях, экспериментально решать предложенную задачу, умение анализировать полученные результаты.

Развивающие:

• способствовать развитию речи, логического мышления, трудоспособности, умения применять полученные знания в нестандартных ситуациях,
• развивать творческие способности, интерес к исследованию результатов полученных в результате эксперимента.  

Воспитательные:

• сформировать коммуникативные навыки работы в процессе коллективной деятельности;
• способствовать развитию чувства взаимопонимания и взаимопомощи в процессе совместного решения задач;
• воспитать активную позицию учащихся в учебном процессе и умение добиваться поставленной цели.

Метод: кейс-метод, проблемный, исследовательский.

Межпредметные связи: информатика, литература, биология, география.

Приборы: деревянная линейка, динамометр, набор грузов разного объема, но одинаковой массы,равного объема, но разной массы, штатив с лапкой и муфтой, ведерко Архимеда, сливной стаканчик, раствор соли и просто чистая вода, флеш ролик, компьютер, мультипроектор.

Ход урока:

 Постановка проблемы:

Учитель:

Если тело в жидкость опустить,

 Будет жидкость на него давить.

Почему же тело погружается?

Может быть, здесь физика кончается?

Вопрос:  Почему мы можем в воде спокойно поднять тяжелое тело, а воздухе нет?

Почему тонет железный гвоздь, а корабль нет?

Мог ли плавать Ноев ковчег и почему до сих пор этот вопрос является злободневным?

(Идет обсуждение,  в ходе которого учащиеся высказывают разные мнения и делается вывод, что причиной всего этого является сила Архимеда.)

Учитель: Тема нашего урока “Сила Архимеда и Ноев ковчег”. (Слайд № 1)

Цель: 1) Исследовать факторы, от которых зависит сила Архимеда;

            2) выяснить, какую роль играет сила Архимеда в нашей жизни;..

            3) почему и сейчас верят в  красивую легенду о Ноевом  ковчеге.

(Слайд № 2)

Учитель: Чтобы ответить на данные вопросы, давайте с вами попутешествуем. Путешествовать мы будем по реке Томь не одни, а с Незнайкой.

 (На экране появляется Незнайка, который всюду побывал, даже на Луне). (Слайд № 3)

За свою жизнь он попадал в разные ситуации и теперь решил во всем разбираться основательно. Он  предложил узнать о Ноевом ковчеге, о котором он много слышал, но не уверен, что на нем возможно было плавать. Группа экологов и историков совместно с Незнайкой отправилась  изучать этот исторический факт(дается на карточке информация, надо ее прочитать, выбрать главное и сделать необходимые расчеты , используя знания по Архимедовой силе и плаванию судов.

 (Слайд № 4)Учитель: Группа экспериментаторов приступила к изготовлению подводной лодки (опыты по Архимедовой силе)

Слайд Пока ведутся исследования, 2 группы  эрудитов начинают решать задачи, чтобы определить маршрут путешествия по реке Томи.

Группа биологов  отвечает на вопросы викторины.использования силы Архимеда в живой природе.

Вопросы биологической  викторины:

1.      Кит хотя и живет в воде, но дышит легкими. Несмотря на наличие легких, кит не проживет и часа, если случайно очутится на суше. Почему?(весит кит 1000000н. В воде этот вес уравновешивается силой Архимеда. На суше у кита под действием столь огромной силы кровеносные сосуды сжимаются, прекращается дыхание и кит погибает)

2.      Почему рыба имеет более слабый скелет, чем животное на суше. Почему водоросли не нуждаются в твердом стебле?( за счет выталкивающей силы уменьшается вес тела)

3.      Большой восприимчивостью к изменениям барометрического давления отличается вьюн. Перед ненастьем эта рыба поднимается к поверхности воды. Она предугадывает изменение погоды за сутки. В чем же секрет ее умения? (заключается в оригинальном устройстве плавательного пузыря, который воспринимает все тончайшие перепады давления)

4.      Головоногие моллюски-наутилусы-живут в раковинах, разделенных перегородками на отдельные камеры. Само животное занимает последнюю камеру, а остальные заполняют газом. Чтобы опуститься на дно, моллюск заполняет раковину водой, она становится тяжелой и происходит погружение. Чтобы всплыть,он нагнетает газ в камеры раковины, который вытесняет воду, вес раковины уменьшается и она поднимается вверх. Где мы встречаемся с таким принципом плавания тел? ( в подводных лодках)

Учитель:Слово предоставляется экспериментаторам, которые демонстрируют получение из яйца киндерсюрприза подводную лодку (надо наложить монет внутрь яйца, а затем насыпать много соли в воду, размешать, плотность возрастет и оно всплывет).Зависимость силы выталкивающей тело из жидкости, от плотности жидкости и объема погруженного тела демонстрируем так:

1.      К коромыслу учебных весов подвешиваем 2 цилиндра одинакового  объема и одинаковой массы и один из них опускаем в воду, а другой в соленую воду. Равновесие нарушается. Делаем вывод.

2.      Заменив цилиндры на 2 гири одинаковой массы, например латунную и фарфоровую(можно гирю заменить картофелем), но разного объема, одновременно опускаем их в воду. Равновесие нарушается. Делаем вывод

На основании опытовделаем такой вывод:

Сила, выталкивающая погруженное в жидкость тело, зависит от плотности жидкости и объема погруженного тела, а не зависит от массы тела и глубины погружения. Эта сила появляется не вследствие какой-либо новой силы,еще неизвестной закономерности, а как одновременное проявление закона Паскаля и силы тяжести.

Учитель: Вот и незнайка пожаловал Что же вы узнали о Ноевом ковчеге. Могло ли оно плавать и спасать от потопа.? С точки зрения физики представляет интерес определить значение грузоподъемности(водоизмещения) данного судна.

1.                  Из библии следует, что Ной получил от Бога указание сделать себе из дерева ковчег длиной 300 локтей, шириной 50 локтей и высотой 30 локтей, устроив в нем «нижнее, второе и третье жилье» Так как локоть =0,5м, размеры ноего ковчега получаются такими:

2.                  Длина а=150м, ширина в=25м, хотя это судно и меньше, чем вавилоновский или ассирийский ковчег, все же размеры достаточно внушительны. Определить грузоподъемность(водоизмещение) Ноевого  ковчега трудно, поскольку неизвестна его форма. Однако ее можно оценить путем сравнения. Например, сходные с ним размеры атомного ледокола «Ленин» (а=134м, в=27.6м,h=16,1м), а его водоизмещение=16000т. И хотя ледокол сделан из стали толщиной до 5см, а не из дерева, число 16000т можно принять за водоизмещение Ноевого ковчега. В связи с этим возникает интересный вопрос:

3.                  –Мог ли Ной на таком судне спасти всех тварей, да еще как сказано в библии, « по паре»?. Чтобы ответить на вопрос, учтем, что в настоящее время на Земле известно 1 миллион видов насекомых(m₁ =2г), 2000 видов земноводных(m₂  =20г),600 видов пресмыкающихся (m ₃ =1кг),3500 видов млекопитающихся(m_{4 =}20кг), 8600 видов птиц(m ₅ =1кг) 6000 видов паукообразных, червей (m ₆ =2г)

4.                  Используем условие плавания тел. Рассчитаем сначала общую массу животных

 m=(1000000m ₁ +2000m _{2 +} 6000 m ₃ +3500m ₄ +8600m ₅ +60000m ₆ )*2=200т

5.                  Ковчег находился в плавании 1 год, массу пищи берем в 10 раз больше всей массы всех животных m _пищи =10 m. Массу Ноя, его семьи и для них продуктов оценим так:

6.                  m _{cемьи+продуктов} =20т  , общая масса всех на ковчеге:

 m _{общ =} m+10m+20т=200т+2000т+20т=2220т. Тогда сила тяжести F_т =m _общ. *g=2220000кг*9,8н/кг=22200000Н=22,2МН

Водоизмещение судна или F _a =16000000 кг*9,8Н/кг=160000000Н=16 МН

Проверяем расчеты экологов и историков и делаем вывод: Ноев ковчег мог спасти весь земной животный мир.

Учитель: Как вы думаете, почему и сейчас верят в красивую легенду?

Да угроза жизни  на Земле и сейчас существует, причем не меньшая, чем в давние времена: ведь к стихийным бедствиям прибавились экологические, порожденные хозяйственной деятельностью человека, бездушной эксплуатации им природы. В результате чего число видов живых организмов на Земле неумолимо уменьшается. Многие виды занесены в Красную книгу как исчезающие, да и самому нашему Ковчегу - Земля грозят многие необратимые процессы: потепление из-за парникового эффекта( следствием которого может быть подъем уровня Мирового океана - современный потоп), дефицит кислорода в атмосфере из-за уничтожения лесов, площадь которых катастрофически уменьшается и т. д.

Не думайте, что о спасении Земли должен заботиться кто-то другой, а не вы. Эта проблема касается всех и каждого.

1.                  Почему превращение в воду плавающих в море льдов не приводит к наводнению, тогда как растопление льда, покоящегося в Гренландии на земляной «подставке» вызовет катастрофу?(давление жидкости P=hgp  зависит от высоты, поэтому может сильно возрасти по сравнению с тем льдом который плавает)

Вопрос: Какой маршрут избрали эрудиты, решив задачи с зашифрованным названием путешествием?   Попробуем осуществить путешествие на Ноевом ковчеге по реке Томь от Кемерово до Новокузнецка (правила игры-путешествия на слайде):

Вопросы к путешественникам:

1.      Как определить скорость Ноевого ковчега? (она равна скорости течения реки)

Как рассчитать скорость течения реки?

( Для вычисления скорости реки необходимо было провести несколько серий опытов, которые заключались в следующем:

  Подбор предметов из различных материалов (пластик, мяч, бумага, апельсин);

  Выход на местность ;

  Измерение расстояния по берегу реки (прямой участок) при помощи рулетки. Получили 20 метров;

  Поочерёдный спуск предметов на воду и замер времени, за которое модели преодолеют расстояние в 20 метров;

  Вычисление скорости течения реки по формуле: = , где v – скорость, S – расстояние, t – время;

  Оформить все данные и результаты в таблицу и вычислить среднюю скорость по формуле нахождения среднего арифметического;

  Результат получить в единицах: м/с, км/ч.

1.                  Выход на местность осуществлять в разные времена года, чтобы заметить как зависит скорсть течения от уровня воды.

2.                  Измерение плотности воды в реке

3.                  Зная глубину реки определить давление на дно реки http://www.kkulikeev-yaltch.edu.cap.ru/?eduid=4364&publ=58513&t=publ

4.                  Примерная длина реки Томь 827 километров, а ширина поймы достигает 3 километров. Изменение высоты от истока до устья составляет 185 метров. Площадь бассейна насчитывает 62 тыс. кв. км. Скорость течения реки Томь составляет 0,33 метра в секунду, а на перекатах достигает 1,75 метров в секунду. http://inpath.ru/nature/river/338

2.       

 ( Учащиеся выдвигают гипотезы, в ходе которой выясняется, что фрукты изменили свою форму и объём в результате деформации.)

Учитель: Давайте с вами попытаемся выяснить, от чего же зависит деформация в различных ситуациях? Для этого мы с вами проведём небольшое исследование. (Класс делится на две группы. Каждая группа получает карточку с заданием и необходимый комплект оборудования).

Группа №1.

Изучение зависимости деформации тела от величины деформирующей силы. (Слайд№5)

Цель: Экспериментально проверить, как деформация зависит от величины деформирующей силы.

Приборы и материалы: I) динамометр; 2) измерительная линейка; 3) набор грузов; 4) пенал; 5) стержень штатива с муфтой и лапкой.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений:

№ опыта	Масса груза, кг	Деформирующая сила, Н	Первоначальная длина пружины l0,м	Длина пружины после действия деформирующей силы l,м	Удлинение Пружины Δl, м

2. Вычислите цену деления шкалы динамометра.

3. Закрепите динамометр вертикально в лапке штатива.

4. С помощью измерительной линейки измерьте первоначальную длину пружины.

5. Подвесьте к крючку динамометра груз.

7. С помощью динамометра измерьте величину деформирующей силы.

8. Измерьте длину пружины после действия деформирующей силы.

9.  По формуле Δl= l- l₀ вычислите удлинение пружины.

10. Результаты запишите в таблицу.

11. Аналогичный эксперимент проделайте двумя и тремя грузами.

11 . Создайте презентацию с помощью программы PowerPoint и все данные из таблицы перенесите в созданную вами презентацию.

12. Ответьте на вопросы:

1) Как деформация пружины зависит от величины деформирующей силы.

2) Что может произойти с пружиной, если мы будем дальше увеличивать нагрузку.

Группа №2.

Изучение зависимости деформации тела от материала, из которого изготовлено тело.   (Слайд№6)

Цель: Экспериментально проверить, как деформация зависит от материала, из которого изготовлено тело.

Приборы и материалы: I) динамометр; 2) измерительная линейка; 3) набор грузов; 4) пенал; 5) стержень штатива с муфтой и лапкой, 6) пружины из разного материала.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений:

№ опыта	Масса груза, кг	Первоначальная длина пружины l0,м	Длина пружины после действия деформирующей силы l,м	Удлинение Пружины Δl, м

2. Закрепите пружину в лапке штатива.

3. С помощью измерительной линейки измерьте первоначальную длину пружины.

4. Подвесьте к крючку пружины груз.

5. Измерьте длину пружины после действия деформирующей силы.

6.  По формуле Δl= l- l₀ вычислите удлинение пружины.

7. Результаты запишите в таблицу.

8. Аналогичный эксперимент проделайте, используя разные пружины, но при этом величину нагрузки оставить неизменной.

9 . Создайте презентацию с помощью программы PowerPoint и все данные из таблицы перенесите в созданную вами презентацию.

10. Ответьте на вопросы:

       1) Зависит ли деформация от материала, из которого изготовлено тело?

       2) Будет ли  меняться деформация пружины, если мы будем подвешивать к пружине     грузы из разного материала, но одинаковой массы?

( Каждая группа самостоятельно выполняет работу, проводит исследование, результаты заносит в таблицу. Потом один из учащихся на компьютере создаёт презентацию и переносит туда  результаты исследования. Затем сохраняет презентацию в папку, которую укажет учитель. После того, как работа будет полностью выполнена, происходит подведение итогов. Каждая группа рассказывает о результатах своих исследований, которые отображаются с помощью интерактивной доски, а также отвечают на предложенные вопросы).

Учитель: Как свидетельствуют станицы из дневника, приключения с фруктами ещё не закончились. Давайте посмотрим, что произошло дальше:

«Наши приключения с перевозкой фруктов не закончились после разгрузки. Мы увидели, что доски в трюме под контейнером сильно прогнулись. Но, когда мы выгрузили фрукты, они выпрямились и пришли в исходное положение. Нас очень заинтересовала эта ситуация. Что заставило доски придти в исходное положение?» (Слайд№7)

Учитель: Почему так произошло? Что заставило доски вернуться в исходное положение?                                                                                                                                       ( Учащиеся отвечают, что причиной является сила упругости, которая возникает при деформации тел и стремиться вернуть тело в первоначальное положение).

Учитель: Капитана Врунгеля заинтересовала данная ситуация и он решил сам поэкспериментировать. Давайте посмотрим, как он это сделал:

« Я взял две одинаковые тонкие деревянные дощечки и положил их на одинаковые деревянные бруски. Затем взял ананас и положил на одну из них. Дощечка, на которой лежал ананас прогнулась. Потом я убрал ананас, дощечка вернулась в первоначальное состояние. Меня заинтересовал вопрос: почему дощечка сначала прогнулась, а затем вернулась в первоначальное положение? Что явилось причиной таких изменений?» (Слайд№8)

( Учащиеся объясняют, что причиной изменение сил, действующих на дощечку. Сначала под действием силы тяжести ананас начал двигаться вниз и прогнул дощечку, т.е. дощечка деформировалась. При этом возникла сила упругости, которая направлена противоположно силе тяжести. В тот момент, когда сила упругости стала равной силе тяжести, дощечка и ананас остановились. Когда капитан убрал ананас, то сила упругости вернула дощечку в первоначальное положение. Затем учащиеся с помощью стилуса изображают на интерактивной доске силы, действующие на ананас и дощечку).

Учитель: Ещё одна удивительная история произошла с капитаном Врунгелем, когда он гулял в тропическом лесу Центральной Африки. На него напали непонятные мухи. Давайте посмотрим, что это за мухи и поможем капитану разобраться в данной ситуации.                                                                                                                                        ( С помощью эффектов анимации на капитана вылетают различные физические величины. Учащиеся должны определить, что это за физические величины и выбрать те, от которых зависит сила упругости). (Слайд№9)

Учитель: Капитан Врунгель поймал нужные ему величины и попытался сложить с помощью них правильную формулу. Посмотрите, что получилось:

Fупр=k Δl2

Какую из этих формул капитан сложил правильно? (Слайд№10)                                          ( Учащиеся выдвигают свои варианты правильности формулы, а затем происходит проверка правильного результата).

Учитель: Теперь давайте с вами немного отдохнем и представим, что мы тоже путешествуем с вами вместе с капитанов Врунгелем.                                                          ( Под медленную музыку проводится физкультминутка и делается зарядка для глаз). (Слайд№11)

 Учитель: Капитан Врунгель являлся большим поклонником рыбной ловли. Поэтому практически во всех уголках мира, в которых побывал капитан Врунгель, он занимался своим любимым делом. Давайте посмотрим некоторые из случаев, которые произошли на рыбалке и постараемся решить предложенные задачи.                         (Каждой группе учащихся даётся карточка с задачей. Учащиеся должны решить данную задачу,  на доске воспроизвести ход решения и проанализировать полученный результат).

Группа №1.

Запись из дневника капитана:

«Однажды, плавая вдоль побережья Занзибара, я пытался поймать кальмара  массой около 3 т. Мне пришлось выдержать нелёгкий трёхчасовой бой».

Вопрос: смог ли поднять капитан кальмара на тросе, изготовленном из стали жёсткостью 10 кН/м? Максимальная сила, которую выдерживает трос, равна 18 кН. (Слайд№12)

Группа №2.

Запись из дневника капитана:

«Прошлым летом мне удалась отличная рыбалка. Я поймал замшелых щук, достигавших 1,5 м и массой 50 кг, осетров длиной 2,6 м и массой 128 кг и сомов до 5 метров массой 300кг».

Вопрос: насколько удлинилась капроновая нить при подъёме сома, коэффициент жёсткости которой равен 15 кН/м, при равномерном поднятии. (Слайд№13)

Учитель: Давайте теперь мы с вами посмотрим те места, в которых приходилось бывать капитану Врунгелю и попытаемся увидеть, где и как в разных ситуациях проявляет себя сила упругости.

( Учащиеся смотрят на предложенные, на экране картинки и находят на этих картинках проявление силы упругости). (Слайд№14)

Учитель: К сожалению, наше путешествие вместе с капитаном Врунгелем подходит к концу. Давайте ещё раз вспомним основные моменты нашего путешествия. Что мы выяснили про силу упругости в процессе нашего путешествия? Как возникает? От чего зависит? Какую роль играет в нашей жизни?

( Учащиеся вспоминают основные моменты путешествия. Отвечают на поставленные учителем вопросы. И делают вывод: какую роль играет сила упругости в нашем мире. Всё обсуждение происходит под медленную прощальную музыку ). (Слайд №15)

Домашнее задание

Пользуясь материалом учебника и дополнительной литературой, заполните таблицу.

«Злые» дела силы упругости	«Добрые» дела силы упругости

(Слайд №16)                         

Список использованной литературы

1. Пёрышкин А.В., 7 класс– М.: «Дрофа», 2009 г.

 2.Громов С.В., Родина Н.А.,Физика 7 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: «Просвещение», 1999 г.

3. Семке А.И.  «Нестандартные задачи по физике».- Ярославль: Академия развития, 2007 г.

4. Иванов А.С., Проказа А.Г. " Мир механики и техники ", Просвещение, 1993 г.

Использованные материалы и Интернет-ресурсы

http://ru.wikipedia.org/wiki

http://class-fizika.narod.ru/7_class.htm

http://www.edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/dyn/dyn10.html

http://images.yandex.ru