Урок-исследование по физике "Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Архимедова сила"

Цели:

·       Образовательные:

·       ознакомить учащихся с новым физическим    явлением – действием жидкости и газа на погруженное  тело;

·       установить от каких факторов зависит Архимедова сила, и от каких не зависит;

·       вывести формулу для вычисления архимедовой силы;

·       Развивающие:

·       развивать умение ставить физические эксперименты, вести наблюдение, анализировать;

·       уметь сравнивать и систематизировать знания;

·       самостоятельно делать выводы;

·       применять полученные знания при решении задач.

·       Воспитательные:

·       способствовать формированию у учащихся чувства ответственности, бережного отношения к приборам;

·       продолжить формирование познавательного интереса к предмету.

Оборудование: мультимедийный проектор; набор грузов; динамометр; ведерко Архимеда; отливной стакан; штатив.

Литература:

1. А.В. Перышкин:  Физика 7 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений 2004 г., Издательство «Дрофа».

2. Р.Д. Минькова Е.Н. Панаиоти: Тематическое поурочное планирование по физике: 7 класс: К учебнику А.В. Перышкина «Физика. 7 класс», Издательство «Экзамен», 2004.

3. А.П Чехов «Степь».

4.Классная физика для любознательных 7 класс.

5.  Интернет-ресурсы.

ХОД УРОКА

1. Вступительное слово учителя (слайд1)

Гуляя в тенистой роще, греческий философ беседовал со своим учеником. «скажи мне, – спросил юноша, – почему тебя часто одолевают сомнения? Ты прожил долгую жизнь, умудрен опытом и учился у великих эллинов. Как же так, что для тебя осталось столь много неясных вопросов?»
В раздумье философ очертил посохом перед собой два круга: маленький и большой. «Твои знания – это маленький круг, а мои – большой. Но все, что осталось вне этих кругов, – неизвестность. Маленький круг мало соприкасается с неизвестностью. Чем шире круг твоих знаний, тем больше его граница с неизвестностью. И впредь, чем больше ты станешь узнавать нового, тем больше будет возникать у тебя неясных вопросов».
Греческий мудрец дал исчерпывающий ответ.

Учитель:  (слайд 2) И вот сегодня мы с вами попытаемся отгадать ещё одну тайну природы. Ребята, пусть вас это не удивляет, но свой урок я хочу начать с отрывка из повести А.П. Чехова «Степь».

«Егорушка  тоже разделся, но не спускался вниз, а разбежался с полуторасаженной вышки. Описав в воздухе дуги, он упал в воду, глубоко погрузился, но дна не достал, какая-то сила, холодная и приятная на ощупь, подхватила его и понесла обратно наверх. Он вынырнул…» (слайд3)

Учитель:  Какая сила подняла Егорушку наверх?

2. Сообщение темы цели урока (слайд 4)

Тема нашего урока: «Действие жидкости и газа на погруженное в них тело» Мы познакомимся с новым явлением, новой силой. Докажем существование этой силы с помощью опытов, также установим от чего она зависит. Сегодня вы попробуете себя не просто в роли ученика, а в роли ученого исследователя. А с чего начинается любое исследование? Конечно же с опыта. Будьте очень внимательны и не стесняйтесь высказывать свое мнение

 (слайд 5)Вспомним лето. Вы отдыхаете на море, озере или реке входите в воду. Учите плавать своих друзей. Легко ли поддерживать на воде тело своего друга? (легко).
А сможете ли вы его также легко удержать не в воде, а в воздухе? (нет)
Хорошо, продолжаем дальше. Многие из вас купаясь, пытались запихнуть мяч в воду. Ну и как? Получалось у вас это? (нет) В чем же дело? Обратимся к опыту. (слайд 6)

Опыт 1: Опустите шарик в сосуд с водой. Что произошло? (мячик всплывает) Почему шарик всплыл на поверхность воды? На мяч подействовала что? (сила) Совершенно верно, подействовала сила, которая вытолкнула мяч из воды, эта же сила выталкивала из воды и тело вашего друга при обучении плаванию, поэтому как мы её будем называть? (выталкивающей силой)

Ребята, а всегда ли жидкость действует на погруженное в неё тело? Проведем следующий опыт.

Опыт 2. Погрузим в воду подвешенный на нити металлический цилиндр. Тело утонуло. Заметно ли выталкивающее действие воды в этом случае? Чтобы найти ответ на этот вопрос, давайте проведём опыт по описанию задания №1 ваших поурочных тетрадей. 

 Фронтальная лабораторная работа.  На каждом столе находится динамометр, цилиндр и стакан с водой. Сначала вам нужно подвесить цилиндр к динамометру, найти его вес в воздухе и записать полученный результат. Следующее задание: погрузите цилиндр в жидкость и найдите его вес в жидкости. Запишите полученный результат. Сравните, пожалуйста, вес цилиндра в воде с весом цилиндра в воздухе и сделайте вывод: действует ли на цилиндр, погруженный в жидкость, выталкивающая сила? (Так как вес цилиндра в жидкости меньше, чем вес цилиндра в воздухе, то на него действует выталкивающая сила) Куда она направлена? (вертикально вверх) А теперь подумайте, как можно найти величину этой силы? Что для этого нужно сделать? (Из веса цилиндра в воздухе надо вычесть вес цилиндра в воде.) Совершенно верно! И мы с вами рассмотрели один из способов нахождения выталкивающей силы.
Запишите, пожалуйста, формулу. Чтобы найти силу Архимеда надо из веса тела в воздухе вычесть вес тела в жидкости, подставьте в неё измеренные вами значения веса цилиндра в воздухе и воде и вычислите архимедову силу.

 Таким образом, мы убедились, что на все тела, погруженные в жидкость, действует выталкивающая сила: и на те которые тонут, и на те которые плавают. Впервые выталкивающую силу рассчитал древнегреческий ученый Архимед. Поэтому эту силу называют Архимедовой силой. (слайд 6)

Учитель: А сейчас установим, от каких величин  зависит Архимедова сила.

Опыт: Подвесьте цилиндр к динамометру и опустите его сначала в воду, а затем в кисель. Отметьте показания динамометра. Какой вывод можно сделать? (показания разные, значит и выталкивающая сила разная) Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости.

Опыт: Брусок и шарик поочередно на динамометре опускаю в воду. Какой результат? (показания одинаковые, значит и выталкивающая сила одинакова) Выталкивающая сила не зависит от формы тела

Опыт: Тела одинаковой массы, но разного объема при помощи динамометра погружают в воду. (Показания разные, выталкивающая сила разная) Сила Архимеда зависит от объема.

Опыт: Тела одного объема, но разной массы погружают в воду при помощи динамометра. (Показания одинаковы, значит и выталкивающая сила одинакова) Выталкивающая сила не зависит от массы тела.

Учитель: Итак, сегодня мы познакомились силой Архимеда, выяснили от чего зависит эта сила, а если мы совершим путешествие в 3 век до н. эры, то узнаем, как же была открыта эта сила.(слайд 7)

Опыт 4. «Бермудский треугольник»

Тайна исчезновения кораблей в Бермудском треугольнике уже давно привлекает ученых. За время исследования этого феномена было предложено большое число теорий как научно обоснованных, так и совершенно фантастических.

Одной из самых правдоподобных считается «пузырьковая» гипотеза, согласно которой корабли в Бермудском архипелаге могут тонуть из-за попадания в области, где идет активное выделение метана из подводных газовых месторождений. Ввиду огромного давления на больших глубинах метан находится в твердом состоянии, в виде так называемых гидратов. В случае землетрясений, подводных извержений и т.д. гидраты могут резко переходить в газообразную форму, порождая гигантские "облака" пузырей, поднимающихся к поверхности океана.  

Насколько обоснована эта гипотеза? Каким образом выделение метана может приводить к гибели кораблей? Я предлагаю посмотреть  опыт, чтобы экспериментально исследовать ситуацию, моделирующую условия гибели судов и проверить «пузырьковую» гипотезу.

Для этого в 3-х литровой  банке с водой растворяем соду. Опускаем туда яйцо из «киндерсюрприза», наполненное песком так, чтобы оно держалось на воде. Это – корабль. Добавляем в воду лимонную или уксусную кислоту. Начинается бурная химическая реакция с выделением пузырьков углекислого газа по всему объему банки. Плотность жидкости уменьшается, что приводит к уменьшению силы Архимеда. Мы заметили, что яйцо немедленно тонет. Когда интенсивность выделения пузырьков заметно ослабевает, яйцо вновь всплывает на поверхность. Корабль при погружении, в отличие от яйца, заполняется водой. Поэтому после прекращения выделения пузырьков метана он не всплывет.

Закрепление пройденного материала.

1. Где больший вес имеют солидные караси в родном озере или на чужой сковородке?

2. Почему в недосоленном супе ощипанная курица тонет, а в пересоленном спасается вплавь.

3. Пожилые греки рассказывают, что Архимед обладал чудовищной силой.  Он легко поднимал левой рукой массу в 1000 кг, правда, только до пояса, выше поднимать отказывался. Могут ли быть правдой эти россказни?

4. Генерал нырнул в реку солдатиком (и подвергся действию выталкивающих сил). Можно ли утверждать, что жидкость вытолкала генерала в шею?

Рефлексия: Приклеить красный или зеленый кораблик, красный, если урок понравился, зеленый – если нет.