Урок "Сила Архимеда: основные законы "

Тема урока: Архимедова сила.

 Цели урока:

образовательная: познакомить школьников с новым физическим явлением – действием жидкости на погруженное в нее тело; изучить закон Архимеда;   развивающая: научить  применять  закон Архимеда;

воспитательная: формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать, систематизировать знания. Привить ученикам интерес к науке.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Форма урока: урок- беседа с элементами поиска.

Эпиграф на доске.

Мы обязаны Архимеду фундаментом учения о равновесии жидкостей.
Ж. Лагранж

Учитель: демонстрирует проблемную ситуацию.

1.Демонстрация:

 Погружаю  мяч в сосуд с водой  и быстро убираю руку. Мяч «выпрыгивает» из воды.

 Почему мяч всплыл?

Ученик. Вода действует на мяч и выталкивает его.

2.Демонстрация:

Погружаю в воду деревянный брусок. Он плавает на поверхности воды.

Почему?

Ученик. Вода действует на брусок и выталкивает его.

3.Демонстрация:

 Опускаю в тот же сосуд металлический цилиндр. Тело утонуло.

Учитель: Действует ли выталкивающая сила в этом случае?

Ученик. Нет, так как тело утонуло.

4.Демонстрация:  

Учитель. Давайте проведем еще один опыт. Подвесим это тело на динамометр и определим его вес в воздухе и в жидкости и сравним.

Учитель. А теперь сделайте вывод.(Вес тела уменьшился, так как на тело подействовала выталкивающая сила)

Ученик. На любое тело, погруженное в жидкость, действует сила, выталкивающая тело из жидкости.

Учитель. Действительно, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила. На прошлом уроке мы с вами вывели формулу для расчета выталкивающей силы,  как разность между весом тела в воздухе и весом тела в жидкости. Запишите ее у доски

Ученик: .    F выт = Pж =ρ_ж  ğ  V_т

_{Значение выталкивающей силы мы вывели с вами теоретически.}

Выталкивающую силу назвали силой Архимеда в честь  древнегреческого ученого Архимеда.  _{Полученный результат необходимо проверить на опыте.}

_{Сегодня на уроке перед нами стоит цель выяснить от каких факторов зависит сала Архимеда.}

Учитель:  Открываем тетради  и записываем тему урока «Сила Архимеда»

Выталкивающую силу назвали силой Архимеда в честь  древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на её существование и рассчитал её значение.

Сейчас мы  с вами познакомимся

Презентация

закон Архимеда

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости  (или газа), вытесненной этим телом

F a=Pж =ρ_ж  ğ  V_{т                  (для жидкости)}

_{Для газов (как и для жидкости ) выполняется закон Паскаля. Внутри газов существует давление, возрастающее с приближением к Земле. поэтому выталкивающая сила должна действовать на тело не только в жидкостях,  но и в газах.  Эта сила не всегда заметна, так как часто она оказывается намного меньше, чем вес тела, но она существует.}

F a=Pг =ρ_г  ğ  V_{т                     (для газа)}

Учитель: Как вы считаете, куда направлена Архимедова сила, действующая на тело, находящееся в жидкости?

Ученик. Сила, действующая на тело, находящееся в жидкости, направлена вверх.

Учащиеся делают в тетради рисунок.

                    F_а

Учитель: Как вы считаете, от  каких факторов зависит сила Архимеда?

Учащиеся делают свои предположения и учитель, обобщая ответы ребят,  записывает их на доске

Гипотезы: сила Архимеда зависит от- 

глубины погружения;

объема погруженной части тела; 

плотности жидкости;  

формы тела;

плотности тела.

Учитель: Для проверки наших гипотез, мы сейчас проведем исследования. Для этого вы разделены на группы, каждая из групп экспериментально проверит свою гипотезу.

Исследовательская работа:  каждая группа получает карточку-задание с указанием плана исследования. В течение 5-7 минут каждая группа выполняет исследование и затем делает отчет, в результате которого делается вывод о зависимости (независимости силы Архимеда от какого-либо параметра)

Задание первой группе

Определите зависимость Архимедовой силы от плотности тела.

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, тела одинакового объема  и разной плотности (алюминиевый и латунный цилиндры), нить.

Задание№1

1.Определите вес алюминиевого цилиндра в воздухе. Р₁=          Н

2.Определите вес алюминиевого цилиндра в воде.  Р₂=          Н

3.Найдите  Архимедову силу, действующую на алюминиевый цилиндр.

    Р₁ - Р₂=        Н

Задание№2

4.Определите вес латунного цилиндра в воздухе.           Р₃=          Н

5.Определите вес латунного цилиндра в воде.                 Р₄=          Н

6.Найдите Архимедову силу, действующую на латунный цилиндр:

   Р₃ -  Р₄ =       Н 

7.Сравните силы Архимеда,  действующие на латунный и алюминевый цилиндр,  и сделайте вывод о зависимости (или  независимости) Архимедовой силы от плотности тела.

Ответ: Архимедова сила   …………………………………от плотности тела.

Задание второй группе

Определите зависимость Архимедовой силы от объема тела.

Оборудование: сосуд с водой, тела разного объема (алюминиевые цилиндры), динамометр, нить.

Задание №1

1.Определите вес большого цилиндра в воздухе.     Р₁=         Н

2. Определите вес большого цилиндра в воде.          Р₂=         Н    

3.Найдите  Архимедову силу, действующую на большой цилиндр.

  Р₁ –Р₂=       Н

Задание№2

4.Определите вес маленького цилиндра в воздухе.     Р₃=        Н

5. Определите вес маленького цилиндра в воде.          Р₄=        Н

6.Найдите  Архимедову силу, действующую на маленький цилиндр:

 Р₃ –Р₄=         Н

7.Сравнить силы Архимеда, действующие на большой и маленький цилиндр и сделайте вывод о зависимости (или  независимости) Архимедовой силы от объема тела.

Ответ: Архимедова сила   …………………………………от объема тела.

Задание третьей  группе

Определите зависимость Архимедовой силы от плотности жидкости.

Оборудование: динамометр, нить, сосуды с пресной  водой и соленой водой, шар.

Задание №1

1.Определите вес шара в воздухе.                          Р₁=         Н

2. Определите вес шара в пресной воде.                Р₂=          Н

3.Найдите  Архимедову силу, действующую на шар в пресной воде.

 Р₁ – Р₂ =        Н                                                                                  

Задание№2

4.Определите вес  шара в воздухе.           Р₁=          Н

5. Определите вес шара в соленой воде.  Р₃=          Н

6.Найдите  Архимедову силу, действующую на шар  в соленой воде. 

Р₁- Р₂ =        Н                                                                              

7.Сравните силы Архимеда, действующие на тела в пресной и соленой воде,  и сделайте вывод о зависимости ( независимости) Архимедовой силы от плотности жидкости.

Ответ: Архимедова сила   …………………………………от плотности жидкости.

Задание четвертой группе

Определите зависимость Архимедовой силы от глубины погружения.

Оборудование: динамометр, нить, мензурка с водой,  стальной шарик.

Задание№1

1.Определите вес стального шарика  в воздухе.                           Р₁=         Н

2. Определите вес стального шарика  в воде на глубине 5 см.    Р₂=         Н

3.Найдите  Архимедову силу, действующую на стальной шарик  в воде.

             Р₁ – Р₂ =          Н

4.Определите вес  стального шарика  в воздухе.                              Р₁=         Н

5. Определите вес стального шарика  в воде на глубине 10 см.  Р₃=        Н

6.Найдите  Архимедову силу, действующую на стальной шарик  во втором случае.

           Р₁ – Р₃ =          Н  

7.Сравните силы Архимеда на глубине 5см и 10 см  и сделайте вывод о зависимости (или  независимости) Архимедовой силы от глубины погружения тела.

Ответ: Архимедова сила   …………………………  от глубины погружения тела.

Задание пятой группе

Определите зависимость Архимедовой силы от формы тела.

Оборудование: динамометр, нить, сосуд  с водой,  кусочек пластилина.

Задание №1

  Кусочку пластилина придайте форму куба.

1. Определите вес пластилина в воздухе.          Р₁=          Н

2. Определите вес пластилина воде.                   Р₂ =        Н

3.Найдите Архимедову силу, действующую на кусочек пластилина.

   Р₁ – Р₂ =          Н

Задание№2

    Кусочку пластилина придайте форму шара.

4. Определите вес пластилина в воздухе.        Р₃=         Н

5. Определите вес пластилина воде.                 Р₄=        Н

6.Найдите Архимедову силу, действующую на кусочек пластилина. 

   Р₃ - Р₄=       Н

7.Сравните эти силы Архимеда, действующие на пластилин в форме круга и пластилин в форме куба и сделайте вывод о зависимости ( или независимости) архимедовой силы от формы тела.

Ответ: Архимедова сила   …………………………………от формы  тела.

        После получения результатов каждая группа устно отчитывается  о своей работе и сообщает свои выводы.

 Выводы записываются учащимися в тетрадях, а учителем – на доске .

В ходе отчетов каждой группой на доске получается следующая запись:

 

Учитель: Сегодня на уроке мы познакомились с новой силой – силой Архимеда, выяснили, от каких величин зависит эта сила.

Подведение итогов урока.

       Итак, опыт подтвердил, что архимедова (или выталкивающая) сила равна весу жидкости в объеме тела, т.е. F_A = Р_Ж  =  g m _ж.        

       Массу жидкости      m _ж ,  вытесняемую телом, можно выразить через её плотность (ρ_ж) и объем тела (V_т) погруженного в жидкость (так как V_ж – объем вытесненной телом жидкости равен V_т – объему тела, погруженного в жидкость  ,     V_ж =  V_т), т.е.      m_ж = ρ_жV_т.

       Тогда     получим        F_А = gρ_жV_т.

Закрепление нового материала.

1. Каково направление силы, выталкивающей тело из жидкости?

2. Какие две силы, направленные вдоль вертикальной прямой, действуют на тело, погруженное в жидкость?

3. От чего зависит величина выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело?

4. Одинаковая ли сила нужна для подъема якоря в морской и речной воде?

Учитель: Давайте решим задачи на расчет силы Архимеда.

Определить выталкивающую силу, действующую в морской воде на камень объемом 1,6 м³.

Дано:     V = 1,6 м3    g = 9,8 Н/кг ρж = 1030 кг/м3	Решение: FА = gρжV.  FА = 9,8 м/кг. 1030 кг/м3. 1,6 м3 = 16 480 Н ≈ 16,5 кН. Ответ: FА = 16,5 кН.
FА  - ?

1. Стальной шар объемом 800 см³ погружен в керосин. Какая сила Архимеда действует на шар?

2. Какая архимедова сила действует на чугунный шар массой 1,4 кг, наполовину погруженный в керосин?

3. Чему равна архимедова сила, действующая в воде на полностью погруженный медный брусок массой 890 г?

4. На шар, полностью погруженный в ртуть, действует архимедова сила 68 Н. Каков объем шара?

5. На тело объемом 300 см³, полностью погруженное в жидкость, действует архимедова сила 2, 4Н. Какова плотность жидкости?

8. Подведение итогов урока.

 Мы на этом уроке изучили закон Архимеда. Что мы узнали? Достигли ли мы цели урока?

 Оцениваются отличившиеся. Большое спасибо за урок!

9. Домашнее задание: §49, упр 32(1,2)

§8. Легенда  об Архимеде.

Для способных учащихся выполнить задание 29.

Карточки для проверки усвоения учащимися пройденного материала.

       Учащиеся получают карточки с задачами   разного уровня сложности:

   Первая задача - на определение выталкивающей силы, вторая – на определение объема, третья –  комбинированная.

Карточка 1.

1. Объем стального бруска 0,2 м³. Какая выталкивающая сила действует на брусок при  его погружении в воду? Плотность воды 1000 кг/м³.

2. Каков объем стального цилиндра, если разность веса цилиндра в воздухе и в воде составляет  4 Н? Плотность воды 1000 кг/м³.

3. Гранитная плита размером 1,2 х 0,6 х 0,3 м на половину своего объема погружена  в воду. На сколько плита стала легче? Плотность воды 1000 кг/м³.

Карточка 2.

1. Объем   мяча 0,002 м³. Какая выталкивающая сила действует на мяч при  его погружении в воду? Плотность воды 1000 кг/м³.

2. Определите объем полностью погруженного в воду тела, если выталкивающая сила, действующая на него, равна 29,4 Н. Плотность воды 1000 кг/м³.

3. Свинцовый цилиндр массой 200 г подвешен к пружинным весам. Затем цилиндр погружают  в воду. Каковы показания весов в первом и во втором случаях?  Плотность воды 1000 кг/м³. плотность свинца 11300 кг/м³.

Карточка 3.

1. С какой силой выталкивается из керосина пробковый брусок размером 4 х 5 х 10 см? Плотность  800 кг/м³.

2. Архимедова сила действующая на деталь в воде равна 1000 Н. найти объем детали. Плотность воды  1000 кг/м³.

3. Какую силу необходимо приложить к мячу объемом 5 дм³ и массой 0,5 кг для удержания его под водой? Плотность воды 1000 кг/м³. Куда направлена эта сила?

Карточка 4.

1. Чему равна выталкивающая сила, действующая на металлический брусок объемом 0,8 дм³ при полном его погружении в воду?  Плотность воды  1000 кг/м³.

2. Архимедова сила действующая на балку в воде равна 1000 Н. найти объем детали. Плотность воды  1000 кг/м³.

3. Какую силу надо приложить, чтобы удержать в воде гранитную плиту, на которую действует сила тяжести 27000 Н? Объем плиты – 1 м³. плотность воды – 1000 кг/м³.

Карточка 5.

1. Чему равна архимедова сила, действующая в воде на полностью погруженный медный брусок массой 890 г?  

2.Стальная плита весила в воздухе 1960 Н, после погружения в воду плита стала весить 1708,7 Н. Каков объем стальной плиты? Плотность воды 1000 кг/м³.

3.  Деревянный шар, плотность  которого 500 кг/м³, плавает в воде. Какая часть объема шара погружена в воду, если плотность воды - 1000 кг/м³.

Список использованной литературы:

Л.А.Горев. Занимательные опыты по физике.

В.И.Лукашек. Сборник задач по физике 7-8 класс.

А.В.Перышкин. Тематическое и поурочное планирование.

Я.И.Перельман. Заниательная физика. Книга 2.(стр.106).

С.Е.Полянский. Поурочные разработки по физике.

А.В Постников. Проверка знаний учащихся по физике.

М.Е.Тульчинский.  Качественные задачи по физике.