Урок по физике в 7 классе "Закон Архимеда"

Закон Архимеда. Плавание тел. 7 класс

Урок-исследование

Учитель Вакулик Лидия Васильевна МБОУ: Октябрьская ООШ

Цели урока: изучить силу Архимеда, условие плавание тел.

Ввести понятие силы, выталкивающей тело из  жидкости;

развивать умение наблюдать природные явления и выполнять опыты, экспериментальные исследования с использованием измерительных приборов.

Вывести Закон Архимеда и  формулу для расчета архимедовой силы; условие плавания тел

Развивать умение анализировать, делать выводы на основе полученных результатов, развивать мышление;

Воспитывать интерес к предмету изучения, любознательность.

Основное содержание темы, термины и понятия:

·        Основное содержание:

1.     Изучение механизма образования выталкивающей силы, на тело погруженного в жидкость.

2.     Выяснение зависимости силы Архимеда от плотности тела, от оъема тела, от плотности жидкости, от глубины погружения тела.

3.     Выяснение условия плавания тел и практического применения полученных знаний.

·     Оборудование:

§  4 сосуда с водой; 1 сосуд с соленой водой, 4 динамометра, 2 алюминевых цилиндра, железный цилиндр, набор тел разного объема, но одинаковой массы, пластилин.

§   

I  этап. Организационный этап. Самоопределение обучающихся к деятельности. (1 мин).

Цель: включить обучающихся в учебную деятельность, определить содержательные рамки урока.

Учитель приветствует обучающихся, настраивает на работу, предлагает проверить готовность рабочего места.

II этап.   Актуализация опорных знаний.  «Вызов».  (5 мин).

Цель: организовать коммуникативное взаимодействие, в ходе которого выявляется  и фиксируется отличительное свойство задания, вызвавшего затруднение в учебной деятельности.

Тому, кто знает физику,

Нетрудно дать ответ:

Почему летает спутник,

А мы с вами - нет?

Почему в жидкости легче тело?

Что такое вес?

Нам до всего есть дело -

До всех в природе чудес.

Что такое вес, мы уже знаем, а сегодня на уроке узнаем, как древнегреческий учёный Архимед помог царю Гиерону разоблачить мошенника. Но, прежде чем узнавать что-то новое, надо проверить, что мы уже знаем. Урок сегодня пройдёт в виде соревнования по преодолению препятствий. Первое препятствие - барьер. Преодолевать мы его будем разными способами: работать по карточке с тестовым и экспериментальным заданием, отвечать на вопросы.

Первое препятствие (теоретическое) - шесть вопросов и тринадцать вариантов ответов.

1)    Формула давления твёрдого тела.

2)    Обозначение плотности вещества.

3)    Формула давления жидкости на дно сосуда.

4)     Где больше давление на одинаковом уровне - в керосине или в воде, если плотность воды больше плотности керосина?

5)    Вес тела действует на...

6)    В сосуд с водой опустили деревянный брусок. Изменилось ли давление воды на дно сосуда?

Обменяемся с соседом по парте и проверим полученные ответы, за каждый правильный ответ ставим по баллу.

Второе препятствие (экспериментальное)

1) Посмотрите  на демонстрацию. К коромыслу подвешены два одинаковых шара. Их вес одинаков, поэтому коромысло находится в равновесии (рис. "а"). Подставим под правый шар пустой стакан. От этого вес шаров не изменится, поэтому равновесие сохранится (рис. "б").

     Нальем теперь в стакан углекислого газа, плотность которого больше плотности воздуха (рис. "в"). Равновесие коромысла нарушится, показывая, что вес правого шара стал меньше.

2)  Посмотрите на вторую демонстрацию. К динамометру подвешена большая картофелина. Вы видите, что ее вес равен 3,5 Н. Погрузив картофель в воду, мы обнаружим, что его вес уменьшился. Он стал равен 0,5 Н.  Подсчитаем изменение веса картофеля:

F = 3,5 Н – 0,5 Н = 3 Н

Из благополучно преодоленного экспериментального препятствия, мы отвечаем  на следующие вопросы:

ü изменяется ли давление в жидкости при погружении?

ü изменился ли вес картофеля при погружении в воду?

ü  чем это можно объяснить?

ü куда направлена равнодействующая сил, действующих на тело?  

ü почему тело в жидкости легче, чем в воздухе?

ü  на все ли тела, помещённые в жидкость, действует выталкивающая сила?

ü как можно определить выталкивающую силу?

ü  чему равна выталкивающая сила?

Третье препятствие - яма с водой. Чтобы её преодолеть, нам надо выяснить, от чего зависит выталкивающая сила. Впервые выталкивающую силу рассчитал древнегреческий учёный Архимед.

III  Этап изучения новых знаний и способов деятельности. (25 мин.)

         Сообщение об Архимеде. Архимед (287-212 гг. до н.э.) родился в Сиракузах на о. Сицилия. Отец Архимеда, астроном и математик Фидий, был одним из приближённых царя Сиракуз Гиерона. Он дал сыну хорошее образование. Обучаясь в Александрии Египетской, научном и культурном центре, он познакомился с видными учёными того времени. Домой Архимед возвратился уже зрелым математиком, умеющим находить длины кривых, площади и объёмы посредством разработанных им самим методов. Это был первый представитель математической физики, стремящийся воплотить законы механики в действующие конструкции машин. Его достижения в физике не были забыты и через много веков. Самым выдающимся был закон, изложенный в сочинении «О плавающих телах». Есть легенда о том, что Архимед разгадал сложную задачу, тем самым доказав подтверждение этого закона. Царь Гиерон получил от своих мастеров-ювелиров заказанный им золотой венок-корону, но усомнился в их честности. Гиерон вызвал Архимеда и поручил ему определить, есть ли в этой короне примесь серебра. Разгадка произошла в ванне. Намылившись золой, учёный стал погру­жаться в ванну. Вода поднималась по мере того, как в неё погружался Архимед. Поднимаясь и погружа­ясь несколько раз, он понял, что задача царя решаема. Погиб Архимед трагически. При осаде Сиракуз городские ворота были открыты предателем. Архимед, как гласит предание, занятый своими вычисле­ниями, погиб от меча римского легионера.

         Задача: исследование действия жидкости или газа на погруженное в них тело.

Работа в группах.  Выполнение экспериментального задания  (сделать отчет, оформить его в виде таблицы или на бланке отчета и сообщить вывод)

Задание.   Группа 1.

Архимедова сила, действующая на тела равной массы, но разного объема.

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и медный  цилиндры.

1.     Определите архимедовы силы, действующие на первое и второе тела.                                                                                            2.     Сравните плотность тел и архимедовы силы, действующие на тела.                                                                                                          3.     Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от плотности тела.

4.     Где и как эта зависимость может использоваться на практике.

№ опыта	Цилиндр
1	алюминий
2	железо

Задание.     Группа 2.

Архимедова сила, действующая на тела разного объема, но одинаковой плотности

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, тела разного объёма но одиноковой массы.

1.     Определить архимедову силу, действующую на каждое тело.                                                                                                             2.     Сравнить эти силы.                                                                                                                                                                      3.     Вывод.

4.     Где и как эта зависимость может использоваться на практике.

№ опыта	Тела из пластилина
1	большое
2	маленькое

Задание.    Группа 3.

Архимедова сила в пресной и соленой воде, действующая на  одно и тоже тело.

Оборудование: динамометр, сосуды с водой и соленой водой,  алюминиевый цилиндр.

1.     Определить архимедовы силы, действующие на тело в воде, масле.                                                                                                               2.     Чем отличаются эти жидкости ?                                                                                                                                                                   3.     Что можно сказать об архимедовых силах, действующих на тело в различных жидкостях!                                                              

4.     Вывод.

5.     Где и как эта зависимость может использоваться на практике.

№ опыта	Жидкость
1	вода
2	соленая вода

Задание.  Группа 4.

Архимедова сила в зависимости от глубины погружения всего тела

Оборудование: высокий сосуд с водой, динамометр, тело из  пластилина.

1.     Определить архимедову силу, действующую на тело на различной глубине.   

2.   Сравнить эти силы.                                                                                                                                                                             3.     Вывод.

4.     Где и как эта зависимость может использоваться на практике.

3) Отчет каждой группы.

  Результаты работы каждой группы записываются в тетрадь. (заполнение таблицы в тетради)

Выведем формулу для расчёта архимедовой силы

Итак, от каких величин зависит архимедова сила?

ü -Сила Архимеда зависит от объёма тела, погружённого в жидкость.

ü -Сила Архимеда зависит от плотности жидкости.

Ребята, а как вы думаете, зависит сила Архимеда от плотности тела или от веса тела?

ü -Сила Архимеда не зависит от плотности тела и веса тела.

Мы с вами уже знаем, что архимедова сила равна весу жидкости, в объёме погружённого в неё тела. Давайте убедимся в этом на опыте.

ü Что произошло с пружиной, когда мы подвесили к ней ведёрко Архимеда?

ü Что про­изошло с пружиной, когда мы опустили ведёрко в сосуд с водой?

ü  Что произошло с пружиной, когда мы вылили воду в ведёрко?

►  Итак, выталкивающая сила сжала пружину на несколько делений, а вес вытесненной воды растянул пружину на столько же делений.

►  Что можно сказать об этих силах?

►  Что выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом.

     ВЫВОД:

►  1) Сила Архимеда зависит от Vт и от рж.

►  2) Выталкивающая сила, действующая на тело в жидкости (или газе), равна весу жидкости (или газа), вытесненной этим телом и направлена противоположно веса этого тела.

Теперь мы с вами узнали, от чего зависит архимедова сила, тем самым преодолели очередное препятствие в виде ямы с водой.

Осталось нам еще выяснить условия плавания тел в жидкости и газе.

Скажите, зачем человеку необходимо знать эти условия, как он применяет их на практике?

 Одни из самых сложных видов движения всегда окружали  и окружают нас. Это ветер-перемещение масс воздуха и течение воды. Но, даже находясь в покое, две стихии постоянно заставляли человека разгадывать загадки. Почему плавают рыбы? Отчего не падают на Землю птицы? Как построить корабль, чтобы он не утонул? Можно ли сделать машину висящую в воздухе? Пытаясь ответить на эти и другие вопросы, люди создали немало наук. А начинаются их названия с двух слов: аэро- воздух и гидро  – вода. Вслушайтесь: гидростатика, аэромеханика, гидрология, аэронавтика. А если сложить их все вместе получится преогромнейшая наука – гидроаэромеханика. Эта наука занимается изучением самых разнообразных движений как воздуха и воды, так и находящихся в них тел: человека и животных, подводных лодок и парусных судов, воздушных шаров и самолетов.

Мы с вами на протяжении многих уроков тоже знакомились с законами и основными понятиями этой науки: законами Архимеда и Паскаля, атмосферным давлением, выясняли условия плавания тел.

А сейчас сели ровно, руки опустили, немножко расслабились. Перед вами очередное препятствие - лабиринт! Чтобы из него выйти, надо отгадать, о какой науке говорят:

«Юна фокусница, изобретательница, занимательная, интересная, красивая, аккуратная»?

-О физике!

-Правильно, а теперь постарайтесь прочитать слова Архимеда, зашифрованные в лабиринте.

IV. Закрепление знаний (7 мин.)

Итак, молодцы, преодолели очередное препятствие! Немного отдохнули? Следующее препятствие - вновь барьер, но уже более высокий, т.к. объём наших знаний стал больше. Чтобы перепрыгнуть барьер, мы должны научиться применять полученные знания для решиния задач.

ü Задача № 1. К коромыслу весов подвешены два одинаковых алюминиевых цилиндра. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие весов, если цилиндры опустить в сосуды с водой?

ü Задача №2. К коромыслу весов подвешены два одинаковых стальных цилиндра. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр опустить в сосуд с водой, а другой - в сосуд со спиртом?

ü Задача № 3. Мальчик поймал карпа объёмом 500 см3. На сколько вес карпа в воде меньше веса карпа в воздухе?

ü Задача № 4. Оборвётся ли канат, выдерживающий усилие 4 кН, если им попытаться поднять со дна реки кусок мрамора массой 540 кг?

А теперь решаем самостоятельно!. Сначала пишем данные, затем - формулы. И только после этого решаем.

ü Задача 1-го уровня.

ü Тело объёмом 200 см³ опущено в керосин. Определите силу Архимеда. (Оценка «удовлетворительно».)

ü Задача 2-го уровня.

ü Тело объёмом 400 см³ опущено в спирт. Определите вес тела в спирте, если его вес в воздухе 10,8 Н. (Оценка «хорошо».)

ü Задача 3-го уровня.

ü Брусок из алюминия имеет объем 400 см³. Чему равен вес бруска в машинном масле? (Оценка «отлично».)

IV. Подведение итогов, рефлексия, запись домашнего задания (3 мин.)

Итак, последнее препятствие позади!  Наш урок подходит к завершению

ü С какой новой физической величиной мы сегодня познакомились?

ü От чего она зависит?

ü Почему тело в жидкости становится легче?

ü Отметим тех, кто на уроке работал.

Домашнее задание: § 49; 50; упр. 24 (3,4).

 подготовить сообщения по теме «Применение закона Архимеда в современных профессиях».

• 1 слайд

  
  Тема урока
  «Закон Архимеда"
  01. 03. 2016
  

• 2 слайд

  I. Актуализация знаний и постановка задачи.
  
  
  Тому, кто знает физику,
  Нетрудно дать ответ:
  Почему летает спутник,
  А мы с вами - нет?
  Почему в жидкости легче тело?
  Что такое вес?
  Нам до всего есть дело -
  До всех чудес вокруг!
  

• 3 слайд

  Первое препятствие (теоретическое) - шесть вопросов и тринадцать вариантов ответов.
  Формула давления твёрдого тела.
  Обозначение плотности вещества.
  Формула давления жидкости на дно сосуда.
  Где больше давление на одинаковом уровне - в керосине или в воде, если плотность воды больше плотности керосина?
  Вес тела действует на...
  В сосуд с водой опустили деревянный брусок. Изменилось ли давление воды на дно сосуда?
  

• 4 слайд

  Сверим ответы
  1) P= F
  S
  2) ρ
  3) P=ρgh
  4) В воде больше
  5) На опору или на подвес
  6) Увеличилось
  

• 5 слайд

  Второе препятствие (экспериментальное)
  1) Взгляните на рисунок. К коромыслу подвешены два одинаковых шара. Их вес одинаков, поэтому коромысло находится в равновесии (рис. "а"). Подставим под правый шар пустой стакан. От этого вес шаров не изменится, поэтому равновесие сохранится (рис. "б").
  Нальем теперь в стакан воды, плотность которой больше плотности воздуха (рис. "в"). Равновесие коромысла нарушится, показывая, что вес правого шара стал меньше.
  

• 6 слайд

  
  
  
  
  
  2) Взгляните на рисунок справа. К динамометру подвешена большая картофелина. Вы видите, что ее вес равен 3,5 Н. Погрузив картофель в воду, мы обнаружим, что его вес уменьшился. Он стал равен 0,5 Н.
  Подсчитаем изменение веса картофеля:
  F = 3,5 Н – 0,5 Н = 3 Н
  

• 7 слайд

  Ответьте на следующие вопросы:
  
  изменяется ли давление в жидкости при погружении?
  изменился ли вес картофеля при погружении в воду?
  чем это можно объяснить?
  куда направлена равнодействующая сил, действующих на тело?
  почему тело в жидкости легче, чем в воздухе?
  на все ли тела, помещённые в жидкость, действует выталкивающая сила?
  как можно определить выталкивающую силу?
  чему равна выталкивающая сила?
  

• 8 слайд

  II. Изучение нового материала
  Второе препятствие –
  нам надо выяснить, от чего зависит выталкивающая сила.
  
  Впервые выталкивающую силу рассчитал древнегреческий учёный Архимед.
  
  
  
  

• 9 слайд

  Работа в группах.
  Выполнение экспериментального задания.
  (сделать отчет, оформить его в виде таблицы и сообщить вывод)
  Задание для группы № 1.
  Как влияет Архимедова сила, действующая на тела разной массы, но одинакового объема?
  Задание для группы № 2.
  Как влияет Архимедова сила, действующая на тела разного объема, но одинаковой массы?
  Задание для группы № 3.
  Как влияет Архимедова сила действующая на  одно и тоже тело, в пресной и соленой воде?
  Задание для группы № 4.
  Зависимость Архимедовой силы от глубины погружения
  
  
  

• 10 слайд

• 11 слайд

  Выведем формулу для расчёта архимедовой силы
  
  
  
  
  
  
  Итак, от каких величин зависит архимедова сила?
  -Сила Архимеда зависит от объёма тела, погружённого в жидкость.
  -Сила Архимеда зависит от плотности жидкости.
  -Сила Архимеда не зависит от плотности тела и веса тела.
  
  

• 12 слайд

  
  
  Что произошло с пружиной, когда мы подвесили к ней ведёрко Архимеда?
  Что произошло с пружиной, когда мы опустили ведёрко в сосуд с водой?
  Что произошло с пружиной, когда мы вылили воду в ведёрко?
  
  

• 13 слайд

  
  Итак, выталкивающая сила сжала пружину на несколько делений, а вес вытесненной воды растянул пружину на столько же делений.
  Что можно сказать об этих силах?
  Что выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом.
  
  ВЫВОД:
  1) Сила Архимеда зависит от Vт и от рж.
  2) Выталкивающая сила, действующая на тело в жидкости (или газе), равна весу жидкости (или газа), вытесненной этим телом и направлена противоположно веса этого тела.
  
  

• 14 слайд

• 15 слайд

  Определение части плавающего тела, выступающего над поверхностью жидкости
  где
  объем выступающей части тела
  

• 16 слайд

• 17 слайд

  
  
  Перед вами очередное препятствие - лабиринт! Чтобы из него выйти, надо отгадать, о какой науке говорят:
  «Юна фокусница, изобретательница, занимательная, интересная, красивая, аккуратная»?
  
  

• 18 слайд

  -О физике!
  -Правильно, а теперь постарайтесь прочитать слова Архимеда, зашифрованные в лабиринте
  

• 19 слайд

  III. Закрепление знаний
  
  Задача № 1. К коромыслу весов подвешены два одинаковых алюминиевых цилиндра. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие весов, если цилиндры опустить в сосуды с водой?
  
  Задача №2. К коромыслу весов подвешены два одинаковых стальных цилиндра. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие весов если один цилиндр опустить в сосуд с водой, а другой - в сосуд со спиртом?
  

• 20 слайд

  Задача № 3. Мальчик поймал карпа объёмом 500 см3. На сколько вес карпа в воде меньше веса карпа в воздухе?
  
  Задача № 4. Оборвётся ли канат, выдерживающий усилие 4 кН, если им попытаться поднять со дна реки кусок мрамора массой 540 кг?
  (плотность мрамора 2600 кг\м3) .
  
  
  
  

• 21 слайд

  Задача 1-го уровня.
  Тело объёмом 200 см3 опущено в керосин. Определите силу Архимеда.
  (Оценка «удовлетворительно».)
  
  Задача 2-го уровня.
  Тело объёмом 400 см3 опущено в спирт. Определите вес тела в спирте, если его вес в воздухе 10,8 Н. (Оценка «хорошо».)
  
  Задача 3-го уровня.
  Брусок из алюминия имеет объем 400 см3. Чему равен вес бруска в машинном масле? (Оценка «отлично».)
  

• 22 слайд

  IV. Подведение итогов;
  запись домашнего задания
  Итак, последнее препятствие позади!
  С какой новой физической величиной мы сегодня познакомились?
  От чего она зависит?
  Почему тело в жидкости становится легче?
  
  Домашнее задание: § 49; 50. упр .24 (3, 4)
  подготовить сообщения по теме «Закон Архимеда в современных профессиях».
  
  

• 23 слайд