Урок по физике 7 класс

7 класс

Тема урока: Архимедова сила

Цель урока: Обнаружить наличие силы выталкивающей тело из жидкости;

Установить от каких факторов она зависит и от каких не зависит;

Провести расчет архимедовой силы;

Ознакомить учащихся с легендой об Архимеде;

Продолжить формирование интереса к физике.

Тип урока: комбинированный

Оборудование: ведерко Архимеда, динамометр, алюминиевый и медный цилиндры от набора тел для калориметра, тела разного объема из пластилина, соль, нить, отливной стакан, картофелина, вода.

Ход урока

1. Экспериментальные задания

Задание 1.

1. Определить вес данного тела в воздухе: Р₁

2. Определить вес тела в воде: Р₂

3. Сравните результаты и сделайте вывод:

Вывод: Вес тела в воде меньше веса тела в воздухе: Р₂<Р₁

Учитель: Почему вес тела в воде меньше веса тела в воздуху?

Ученик: Существует сила, действующая на тело в воде и направленная вертикально вверх.

Учитель: Да, действительно существует такая сила. Она называется выталкивающая или Архимедовой силой и в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на её существование и рассчитал ее значение Архимед (287-212 гг. до нашей эры)

Древнегреческий ученый, физик и математик. Установил правило рычага, открыл закон гидростатики. Материал об Архимеде прилагается .

А как найти эту величину?

Ученик: Из веса в воздухе надо вычесть вес в воде. F_А

Р _{в воде} < Р _{в воздухе}

F_{А =} Р₂ - Р₁

F_А - обозначение Архимедовой силы F_А

Задание 2

1. Определить Архимедовы силы, действующие на тела разной плотности: алюминиевый и медный цилиндры из набора тел калориметров.

2. Сравните плотности тел и архимедовы силы, действующие на тела.

3. Сделать вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от плотности тела.

Вывод: Архимедова сила не зависит от плотности тела.

Задание 3

1. Определите Архимедовы силы, действующие на картофелину в пресной воде, в соленной воде.

2. Чем отличаются эти жидкости?

3. Что можно сказать об архимедовых силах, действующих на тело в жидкостях различной плотности.

Вывод: Архимедова сила зависит от плотности жидкости.

Задание 4

1. Определите архимедовы силы, действующие на тело на различных глубинах и сделать выводы.

Вывод: Архимедова сила не зависит от глубины погружения.

Задание 5

1. Кусочку пластилина придавать форму шара, цилиндра, куба и поочередно опуская в воду определите архимедову силу.

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

Вывод: Архимедова сила не зависит от формы тела.

Задание 6

1. Определить архимедову силу, действующую на тела разного объема

2. Сравнить эти силы и сделать вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от объема тела.

Вывод: Архимедова сила зависит от объема тела.

Все полученные результаты заносим в таблицу:

Архимедова сила

Не зависит от:

Зависит от:

1. Формы тела

1. Объема тела

2. Плотности тела

2. Плотности жидкости

3. От глубины погружения

2. Расчет архимедовой силы

Демонстрация эксперимента с ведерком Архимеда.

Значение выталкивающей силы можно определить используя прибор, который находится перед вами. Прибор носит название "ведерко Архимеда". Это пружина с указателем, шкала, ведерко, цилиндр, того же объема, отливной сосуд, стакан.

Здесь пружина выполняет роль динамометра.

1. Показать, что объем ведерки равен объему цилиндра.

2. В отливной сосуд наливаем воду чуть выше уровня отливной трубки. Лишняя вода выльется в стакан. Сливаем воду.

3. Подвесим ведерко к пружине, а к нему - цилиндр. Отмечаем растяжение пружины с помощью указателя. Стрелка показывает вес тела в воздухе.

4. Приподняв тело, под него подставляем отливной сосуд. После погружения в отливной сосуд , часть воды выльется в стакан. Указатель пружины поднимется вверх, пружина сокращается, показывая уменьшение веса тела в жидкости.

- Почему пружина сокращается?

- В данном случае на тело, кроме силы тяжести, действует ещё и сила выталкивающая его из жидкости.

- В какую сторону направлена выталкивающая сила?

- Выталкивающая сила направлена вверх.

5. Перельем воду из стакана в ведерко.

- Обратите внимание на указатель пружины. Где остановился указатель пружины, после того как мы перелили воду из стакана в ведерко?

- Указатель вернулся на прежнее место.

- Почему указатель пружины вернулся в прежнее положение?

- На пружину кроме силы тяжести и выталкивающей силы действует вес воды в ведерке.

Вес воды равен выталкивающей силе.

-Обратите внимание, сколько вытекло воды?

-Полное ведерко.

- Сравните объем налитой в ведерко воды и объем цилиндра.

- Они одинаковы.

На основании этого опыта делаем вывод: выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом.

6. Формулируется закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная по величине весу жидкости, вытесненной телом.

На основании этого опыта можно заключить, что сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого 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.

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.

Как было установлено, архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объема этого тела. Но она не зависит, например, от плотности вещества тела, погружаемого в жидкость, так как эта величина не входит в полученную формулу.

Определим теперь вес тела, погруженного в жидкость (или газ). Так как две силы, действующие на тело в этом случае, направлены в противоположные стороны (сила тяжести вниз, а архимедова сила вверх) то вес тела в жидкости Р₁ будет меньше веса тела в вакууме Р = g m (m - масса тела) на архимедову силу F_A= g m _ж (m _ж - масса жидкости, вытесненной телом) т.е. Р₁ = Р - F_A, или Р₁ = g m - g m _ж.

Таким образом, если тело погружено в жидкость (или газ), то оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость ( или газ).

Следует помнить, что при расчете силы Архимеда под V понимают только ту часть объема тела, которая полностью находится в жидкости.

Это может быть и часть объема тела (если оно плавает на поверхности, не полностью погрузившись), и весь объем (если тело утонуло).

Закон Архимеда можно получить математическим путем.

Для объяснения используем представление о давлении жидкости на тело. Давление внутри жидкости: p=gρ_жh. Рассмотрим рисунок 3. В жидкости находится параллелепипед. 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. F₂ = p₂S = gρ_ж h₂. F₂ - F₁= gρ_ж h₂ - gρ_жh₁ = gρ_ж (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.

Что такое gρ_жV? По формуле это вес жидкости вытесненной данным телам.

3. Решение задачи

1. Определите выталкивающую силу, действующую на камень объемом 0,5 м³, находящийся в воде.

Решение: F_А = ᵱ_ж *g*V_т F_{А =} 1000кг/м³ * 10 Н/кг * 0,5м³ = 5000 Н = 5 кН

4. Подводим итог урока.

5. Домашнее задание: §51 упр. 26 (3,4) Прочитать Легенду об Архимеде