Урок-эксперимент в 7 классе "Подъемная сила воздушного шара"

Внеурочное занятие  «Подъемная сила воздушного шарика».

Цель мероприятия:

1.     развитие интереса и творческих способностей обучающихся при освоении ими метода научного познания на феноменологическом уровне;

2.     приобретение обучающимися знаний и чувственного опыта для понимания явлений природы, многие из которых им предстоит изучить в старших классах школы; формирование представлений об изменчивости и познаваемости мира, в котором мы живем.

3.     экспериментальная проверка гипотезы о летающем на воздушном шарике медвежонке.

Достижение этих целей обеспечивается решением следующих задач:

1.     знакомство обучающихся с методами исследования объектов и явлений природы;

2.     приобретение обучающимися знаний о механических, тепловых и магнитных явлениях;

3.     формирование у обучающихся умения наблюдать и описывать явления окружающего мира, обнаруживать закономерности в наблюдаемых явлениях.

Планируемые  познавательные  результаты (познавательные  универсальные учебные действия)::

1.     феноменологические знания о природе важнейших физических явлений окружающего мира и качественное объяснение причины их возникновения;

2.     умение пользоваться методами научного  познания, проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, представлять обнаруженные закономерности в словесной форме или в виде таблиц;

3.     формирование убеждения в высокой ценности науки в развитии материальной и духовной культуры людей;

Планируемые  предметные  результаты (предметные  универсальные учебные действия)::

1.     овладение экспериментальными методами исследования свойства газов и твердых тел;

2.     умение применять элементы МКТ и электронной теории для объяснения явлений окружающего мира;

Планируемые   метапредметные  результаты (метапредметные  универсальные учебные действия):

1.     формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной форме, при помощи таблиц ;

2.     приобретение опыта самостоятельно поиска и анализа информации;

3.     умение использовать полученные знания, умения и навыки в повседневной жизни.

Планируемые  личностные   результаты  (личностные универсальные учебные действия):

1.     сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

2.     убежденность в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки;

3.     самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

4.     приобретение положительного эмоционального отношения к окружающей природе и самому себе как части природы;

5.     приобретение умений выдвигать гипотезы, конструировать высказывания естественнонаучного характера;

6.     способность к самооценке на основе критерия успешности занятий.

Планируемые   регулятивные   результаты (регулятивные   универсальные учебные действия):

1.     прогнозирование результата и его характеристик;

2.     овладение приемами  действий в нестандартных ситуациях;

Планируемые  коммуникативные    результаты  (коммуникативные  универсальные учебные действия):

1.     формирование умений работать в группе, предъявлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию.

2.     формирование ценностных отношений к друг другу, к результатам обучения каждого;

3.     сотрудничество в поиске и сборе информации.

Основные этапы занятия:

 1. Мотивация исследовательской деятельности.

 2. Формулирование проблемы и темы занятия.

 3. Выдвижение гипотезы.

 4. Сбор, систематизация и анализ фактического материала.

 5. Проверка гипотезы.

 6. Выводы.

Ход занятия.

Добрый день, уважаемые гости и ребята! Занятие сегодня хотелось бы начать со слов  Ж.Ж. Руссо:  «Вы талантливые, дети! Когда-нибудь вы сами приятно поразитесь, какие вы умные, как много и хорошо умеете, если будете постоянно работать над собой, ставить новые цели стремиться к их достижению…» (Ж.Ж.Руссо) 

             Добрый день, уважаемые гости и ребята! Если день начинать с улыбки, то можно надеяться, что он пройдет удачно. Давайте сегодняшнее занятие проведем с улыбкой. Главная задача – быть внимательными, активными, находчивыми. Попробуйте с помощью улыбки передать своё настроение своим одноклассникам и нашим гостям. Я вижу настроение у вас хорошее, деловое, итак, за работу. Внимание на экран.

 В качестве мотивирующей задачи использован фрагмент из м/ф «Винни Пух и все-все-все» (полет Винни-Пуха на воздушном шаре».

 После просмотра фрагмента м/ф звучит вопрос: «А может ли воздушный шарик поднять медведя и сколько на самом деле нужно воздушных шариков Винни Пуху, чтобы он смог взлететь?».

1.     Возможна ли такая ситуация? Почему?

2.     При каких условиях это возможно? (не забываем о том , что по сюжету книги и мультфильма Вини-Пух все –таки игрушечный медведь)

3. Как узнать сколько надо воздушных шаров, чтобы Вини-Пух мог взлететь?

4. Что для этого надо сделать ? (рассчитать подъемную силу одного воздушного шара, узнать массу медведя и вычислить, сколько шаров понадобится)

Таким образом тема нашего сегодняшнего занятия «Подъемная сила воздушного шара».

На данном занятии  учащиеся в большей степени предполагают, сможет ли  поднять один воздушный шарик игрушечного медвежонка. Каждая  группа самостоятельно в отчетной таблице  записывает свою гипотезу (-ы).

Для того чтобы ответить на поставленный вопрос и проверить гипотезу необходимо провести эксперимент  по измерению грузоподъемности воздушного шарика. Определяем, что нам для этого необходимо.

1.     Итак, что необходимо знать, чтобы рассчитать грузоподъемность одного воздушного шарика? (Силу тяжести, действующую на шарик и медведя, и выталкивающую(Архимедову силу)).

2.     Какие силы действуют на воздушный шарик?

3.     Чтобы шарик взлетел , какая из сил должна быть больше?

4.     из каких составляющих будет складываться наша сила тяжести?

5.     Вспомним, что такое подъемная сила?

6.     Как найти подъемную силу нашего воздушного шарика?

F_под = F_А- (F_{т оболочки} + F_{т газа внутри} )

Для того чтобы определить, какой груз может поднять воздушный шар, надо знать его подъемную силу. Ученики делают в тетрадях схематический рисунок с расстановкой сил, действующих на шар (силы Архимеда и силы тяжести). Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести.

Составим алгоритм действий, как найти грузоподъемность воздушного шара:

1.      Найти объем шара.

Объём шарика:

 V=4/3πR³          π = 3,14   (если шарик шар)  

2.     Найти архимедову силу , действующую на шар.

F_А = ρ _{(воздух)}^. g^. V,

где p_{(воздух)} - плотность воздуха,

V - объём шарика,

 g - ускорение свободного падения.

3.     Найти силу тяжести,  действующую на оболочку шарика.

Найти массу такого же пустого шарика с помощью электронных весов и вычислить силу тяжести, действующую на шарик.  F_т.об = m ^,g.

4. Найти силу тяжести, действующую на гелий в шарике.

 Сила тяжести, действующая на газ (гелий) в шарике: 

 F_{т газа внутри} = m ^,g = ρ _(Не) ^,g V 

Плотности возьмём из таблицы:

ρ _(He) = 0,18 кг/м³

5.  Определили подъёмную силу одного шарика:

   F_под = F_А – (F_{т оболочки} + F_{т газа внутри} )

Каждая группа рассказывает о результатах вычислений и эксперимента.

Вывод: в ходе эксперимента установили, что подъёмная сила одного шарика, наполненного гелием равна приблизительно 0,02Н, то есть один шарик может поднять груз массой 2г

Итак подъемную силу воздушного шарика мы выяснили, а как найти массу груза, который может поднять воздушный шарик?

(Подъемная сила воздушного шара будет равна весу  груза, который он может поднять)

F под=P                   m = P/ g

Последнее, что остается сделать, это ответить на вопрос, поставленный в начале занятия. Для этого на столе учителя лежит мягкая игрушка – медведь (заранее найдена его масса). Ученики выясняют, сколько нужно шариков (для каждой группы свой результат, т.к. шарики разные по размеру), чтобы поднять этого медведя.

Подводя итоги занятия, , что плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты над уровнем моря. Поэтому по мере поднятия воздушного шара действующая на него архимедова сила становится меньше. После того, как архимедова сила достигнет значения, равного силе тяжести, подъем воздушного шара прекратится.

Вывод: конечно одного воздушного шара для полета Вини –Пуха недостаточно. Выдвинутая в начале исследования гипотеза подтвердилась. И, хоть в реальности мультипликационная идея оказалась практически не реальной, это не мешает нам верить в чудеса и наслаждаться волшебным миром сказок.

            И все-таки такой полет был осуществлен 3 августа 1980 года в Москве состоялась церемония закрытия Олимпийских игр, во время которой в небо был запущен талисман Олимпиады-80 — Олимпийский Мишка высотой 8 метров и весом 64 килограмма улетел на 24 шарах. Миллионы зрителей не только в СССР, но и за рубежом следили за прощальным полетом медведя с глазами, полными слез

Наше занятие подходит к концу, у каждого на столах лежат листочки с заданиями - продолжите фразу.

•         сегодня я узнал…

•         было интересно…

•         было трудно…

•         я понял, что…

•         теперь я могу…

•         я приобрел…

•         я научился…

•         у меня получилось …

•         я смог…

•         я попробую…

•         меня удивило…

•         занятие  дало мне для жизни…

Мне сегодня тоже понравилось с вами работать. Спасибо за занятие.

Приложение.

1	Тема занятия:
2.	Гипотеза:
3.	Как найти подъемную силу воздушного шарика?
4	Объем шарика .
5	Выталкивающая (архимедова) сила, действующая на шарик.
6	Сила тяжести, действующая на оболочку шарика.
7.	Сила тяжести, действующая на гелий в шарике.
8	Подъемная сила воздушного шарика.
9	Вес груза, который может поднять шарик
10	Масса груза, который может поднять один шарик.
11	Масса груза который может поднять шарик (экспериментальная).
12	Сколько шариков необходимо, чтобы поднять медведя?
13	Вывод о подтверждении или опровержении гипотезы  гипотезы.