Урок физики в 7-м классе на тему "Архимедова сила"

Цель урока: Обнаружить наличие силы, выталкивающей тело из жидкости; установить, от каких факторов она зависит; установить формулу расчета архимедовой силы.

Задачи:

Обучающая: Сформировать знания учащихся об архимедовой силе.

Развивающая: Продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи между фактами, явлениями и причинами; показать роль физического эксперимента в физике.

Воспитывающая: Продолжить формирование познавательного интереса к предмету «Физика»;

Дидактический тип урока: изучение нового материала

Форма урока: урок- беседа с элементами поиска.

Оборудование: флипчарт, наборы оборудования для учителя, групп, карточки с заданиями.

План урока:

1. Организационный момент

2. Постановка учебной проблемы

3. Объяснение нового материал

4. Исследовательская работа

5. Закрепление нового материала

6. Домашнее задание

7. Рефлексия

8. Подведение итогов урока

Ход урока

Организационный момент

Учитель. Здравствуйте, ребята! Тема нашего урока «Архимедова сила», цель: обнаружить наличие силы, выталкивающей тело из жидкости и установить, от каких факторов она зависит. Впервые на её существование указал и рассчитал её значение древнегреческий ученый Архимед.

Постановка учебной проблемы.

Учитель. Нам сегодня предстоит выяснить следующие вопросы: а/ действует ли жидкость на погруженное в неё тело? б/ всегда ли жидкость действует на погруженное тело?

в/ От каких факторов зависит выталкивающее действие силы?

Объяснение нового материала.

Учитель. Обратимся к опыту. Опускаем в воду теннисный шарик и отпускаем его. Почему шарик «выпрыгивает из воды»?

Ученик. На мяч подействовала сила со стороны воды.

Учитель. Верно. Будем называть ее выталкивающей силой. Опустим в тот же сосуд металлический цилиндр. (Опыт демонстрируется) Тело утонуло. Действует ли выталкивающая сила в этом случае?

Ученик. Так как тело утонуло, то выталкивающая сила на него не действует.

Учитель. Хорошо. Давайте проверим это на опыте. Внимание на доску. (Видео: действие жидкости на погруженное тело)

Учитель. Что вы заметили в ходе выполнения опыта, и какой вывод сделали?

Ученик. Тело в жидкости стало легче, значит, на него тоже действует выталкивающая сила.

Учитель. Так как её определил Архимед, то и назвали её архимедовой. Тема нашего урока «Архимедова сила».

Откройте тетради и запишите дату и тему нашего урока.

Определим экспериментально значение силы Архимеда. Проведём опыт (анимация). Сначала нужно подвесить цилиндр к динамометру, найти его вес в воздухе. Затем, погрузим цилиндр в жидкость и найдите его вес в жидкость. Сравнить результаты. Заполните таблицу и сделайте вывод.

1.Опыт по обнаружению выталкивающей силы:

1.Вес груза в воздухе Р₁.

Р₁=. . . . Н.

2. Вес груза в воде Р₂.

Р_{2 =} . . . .Н.

3.Сравните результаты измерений и сделайте вывод.

Р₁ . . . . Р₂.

Вывод: вес тела в воде меньше веса тела в воздухе: Р₁ > Р₂.

Учитель. Почему вес тела в воде меньше веса тела в воздухе?

Ученик. Жидкость действует на любое тело, погруженное в неё. Учитель. Как направлена эта сила? Ученик. Эта сила направленная вертикально вверх.

Учитель. Какая ещё сила действует на тело находящееся в жидкости?

Ученик. Сила тяжести. Учитель. А как можно найти величину выталкивающей силы?

Ученик. Из веса тела в воздухе надо вычесть вес тела в воде.

Учитель. Мы пришли к следующему выводу. На тело, погруженное в жидкость, действуют две силы: одна сила - сила тяжести, направленная вниз, другая - выталкивающая, направленная вверх.

. 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

Учитель. Почему же возникает в жидкости выталкивающая сила? Причиной является разность давлений жидкости на разных глубинах. Как зависит давление от глубины погружения тела? Следовательно, давление жидкости на нижнюю грань больше, чем на верхнюю. Если верхняя грань находится на глубине h₁ , а нижняя на глубине h₂, то р₂ > р₁. Давление на боковые грани компенсируются, так как , по закону Паскаля, (на боковые грани ) давление на одном уровне по всем направлениям одинаково. Вывод:выталкивание тела происходит в результате действия разного давления на нижнюю и верхнюю грани:

Р_нижн> Р_верх.

Находим силы с которыми жидкость действует на верхний и нижний грани параллелепипеда.

F₁ = p₁S = gρ_ж h₁.S

F₂ = p₂S = gρ_ж h₂.S

F₂ - F₁= gρ_ж h_{2 S} - gρ_жh_1S = gρ_{ж S} (h₂ -h₁ ).

Так как (h₂ -h₁ ) = h - высота параллелепипеда, то Sh =V -объем параллелепипеда. В итоге F₂ - F₁ = gρ_жV.

Окончательно: F_А = gρ_жV.

Это и есть расчётная формула архимедовой силы. Запомните её и запишите в тетрадь.

Исследовательская работа

Учитель. Отчего зависит Архимедова сила? Давайте проверим это в ходе выполнения исследовательской работы.

Чтобы ответить на этот вопрос, так ли это, проведем работу в группах. Каждая группа получает задание и отвечает на поставленный вопрос.

Задание первой группе: Зависимость архимедовой силы от плотности тела.

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

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.

Вывод: Архимедова сила не зависит от плотности вещества, из которого изготовлено тело.

Задание второй группе. Определение зависимости архимедовой силы от объёма тела.

Оборудование: сосуд с водой, тела разного объема, динамометр, нить.

1. Определите архимедову силу, действующую на каждое из тел.

2. Сравните эти силы.

3. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от объема тела.

Вывод: Архимедова сила зависит от объема тела, чем больше объем тела погруженного в жидкость, тем больше архимедова сила.

Задание третьей группе. Определение зависимости архимедовой силы от плотности жидкости.

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

1. Определите архимедовы силы, действующие на тело в воде, соленой воде.

2. Чем отличаются эти жидкости?

3. Что можно сказать об архимедовых силах, действующих на тело в различных жидкостях?

4. Установите зависимость архимедовой силы от плотности жидкости.

Вывод: Архимедова сила зависит от плотности жидкости, чем больше плотность жидкости, тем больше архимедова сила.

Задание четвертой группе. Определение зависимости архимедовой силы от формы тела.

Оборудование: тела разной формы, сосуд с водой, нить, динамометр.

1. Поочередно опуская каждое тело в воду, с помощью динамометра определите архимедову силу, действующую на нее.

2. Сравните эти силы и сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от формы тела.

Вывод: Архимедова сила не зависит от формы тела, погруженного в жидкость

Задание пятой группе. Определение зависимости архимедовой силы от глубины погружения тела.

. Оборудование: динамометр, нить, мензурка с водой, алюминиевый цилиндр.

1. Определите Архимедовы силы, действующие на тело на произвольной глубине Н1 и на глубине Н2, большей, чем Н1.

2. Сделайте вывод о зависимости или не зависимости Архимедовой силы от глубины погружения тела.

Вывод: Архимедова сила не зависит от глубины погружения тела в жидкость.

После получения результатов каждая группа отчитывается о своей работе, и выводы записывает на доске в виде таблицы.

Учитель. Мы узнали о том, что архимедова сила зависит от объема тела и плотности жидкости. Формула расчета: F_А = gρ_жV. Но это же вес жидкости в объёме погруженного тела! Чтобы убедиться в этом, предлагаю посмотреть видеофрагмент по определению значения выталкивающей силы.

Учитель. Какой вывод вы можно сделать, опираясь на данный опыт?

Ученик. Вес вытесненной телом жидкости равен силе Архимеда.

Учитель Ребята, если в жидкость погружена только часть тела, то выталкивающая сила будет так же равна весу жидкости в объёме погруженной части. На основании этого делаем вывод: выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом.

Формулируем закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме погруженной части тела.

Если бы подобный опыт проделать с телом, погруженное в газ, то показал бы, что сила, выталкивающая тело из газа, также равна весу газа, взятого в объеме тела.

Запишите этот закон в тетрадь и запомните его.

Итак, опыт подтвердил, что архимедова (или выталкивающая) сила равна весу жидкости в объеме тела.

. Закрепление нового материала

Учитель. Решим задачу на определение архимедовой силы (анимация). И проверим это практически.

Учитель. Мы вместе прошли трудный путь от гипотез, догадок, к подлинно научной теории. Все цели нашего исследования достигнуты. В организации нашего исследования мы использовали все этапы научного творчества, показали себя хорошими, наблюдательными экспериментаторами, способными не только подмечать вокруг себя новое и интересное, но и самостоятельно проводить научное исследование.
Учитель. На этой доске вы видите вопросы. Используя знания полученные на уроке , мы постараемся правильно на них ответить.

Вопросы.

1. В какой воде и почему легче плавать: морской или речной?

2. Первоклассник и десятиклассник нырнули в воду. Кого вода выталкивает сильнее? Почему?

3. Почему камень в воде легче поднимать, чем в воздухе?

4. Яйцо тонет в пресной воде, но плавает в соленой. Почему?

5. К чашкам весов подвешены два одинаковых железных шарика (рис. 1). Нарушится ли равновесие, если шарики опустить в жидкости?

6. В сосуд погружены три железных шарика равных объемов (рис. 2). Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? (Плотность рис 1. жидкости считать одинаковой)

7.В сосуде с водой (при комнатной температуре) плавает пробирка (рис. 3). Останется ли пробирка на такой же глубине, если воду слегка подогреть (охладить)?

8. В воду опущен медный кубик массой 10 г и тонкая медная пластинка массой 10 г. Одинакова ли выталкивающая сила в обоих случаях?

9. К чашкам весов подвешены две гири- фарфоровая и железная- равной массы. Нарушится ли равновесие весов, если гири опустить в сосуд с водой

И так, урок подходит к завершению. Мне очень понравилось с вами работать.

Домашнее задание

§ 56. упр.29 (3)

Рефлексия.

В той атмосфере и обстановке, в которой мы сегодня работали, каждый из вас чувствовал себя по-разному. И сейчас мне бы хотелось, чтобы вы оценили, насколько внутренне комфортно ощущал себя на этом уроке каждый из вас, и понравилось ли вам то дело, которым мы с вами сегодня занимались.

1.Сегодня на уроке мне понравилось…

2Я хочу чтобы…

3Я узнал…

4Я сегодня собой…

Подведение итогов работы.

(Учитель отмечает наиболее хороших исследователей, указывает на причины неудач у тех, у кого они были)