Разрабатка урока по физике Архимедова сила (7 класс)

Разработка урока на тему:

«Архимедова сила»

(урок физики, 7 класс)

Цели урока:

образовательная: познакомить учащихся с новым физическим явлением - действием жидкости на погруженное в нее тело; сформулировать понятие архимедовой силы, научить выводить формулу, выражающую зависимость этой силы от плотности жидкости (газа) и объема тела на основе закона Паскаля (т.е. выяснить, от чего зависит выталкивающая сила, действующая на тело в жидкости и газе); продолжить формирование умений находить равнодействующую двух сил, применять закон Паскаля для объяснения давления жидкости или газа на погруженное тело, применять формулу для расчета давления внутри жидкости; изучить закон Архимеда;

развивающая: формирование умений наблюдать физические явления, анализировать их, сравнивать, систематизировать знания; делать выводы; развивать научное мировоззрение учащихся (показать роль физического эксперимента в физике, раскрыть причинно-следственные связи в изучаемом материале: подвижность частиц жидкости - передача давления жидкостью - давление внутри жидкости на определенном уровне - силы давления на верхнюю и нижнюю грани бруска - архимедова сила);

воспитательная: раскрыть роль Архимеда в развитии физики; познакомить учащихся с примерами практического применения закона в технике; прививать интерес к предмету, способствовать чтению дополнительной литературы.

Оборудование:

сосуды с водой, динамометры, карточки-сигналы, ведерко Архимеда, магнитная доска с магнитами, бумажные стрелки, мяч, металлические цилиндры, металлический и фарфоровый грузы.

Ход урока

I. Оргмомент. Постановка цели урока.

II. Проверка знаний.

1. Работа с карточками-сигналами и заполнение таблицы:

а) показать, какими буквами обозначаются физические величины: сила, плотность, высота, давление, объем, масса;

б) назвать формулу, единицы измерения, прибор для измерения для каждой величины (заполнение таблицы).

величина

обозн

формула

ед.измер.

прибор

объем

V

V = Sh

м

линейка, мензурка

масса

m

m = pV

кг

весы

вес

P

P = mg

Н

динамометр

давление в жидкости

p

p = ρgh

Па

манометр

2. Решение задач:

1) Имеются три одинаковых сосуда: первый наполнен водой, второй - ртутью, третий - бензином. В каком из этих сосудов:

а) наибольшее давление на дно;

б) наименьшее давление на дно?

2) Задание с выбором ответа:

1. Прибор для измерения высоты подъема называется …

2. Атмосферное давление измеряется …

3. Горизонтальность поверхности определяется …

4. Давление выше или ниже атмосферного измеряется …

5. Скорость движения тела измеряется …

Варианты ответов: А) спидометром;

Б) барометром;

В) манометром;

Г) уровнем;

Д) альтиметром.

III. Объяснение нового материала.

1. Учитель. Содержание сегодняшнего урока поможет понять нам, почему одни тела плавают на поверхности жидкости, а другие - тонут. Например, … (учащиеся приводят примеры).

? Почему возможно плавание судов, подводных лодок, воздушных судов и дирижаблей?

Внимательно следите за ходом рассуждений и постарайтесь запомнить вывод формулы архимедовой силы.

Наша Таня громко плачет:

Уронила в речку мячик.

Тише, Танечка, не плачь,

Не утонет в речке мяч. (Учитель бросает в сосуд с водой мяч.)

? Почему мяч всплыл на поверхность? Оказывается, на него подействовала сила, которая вытолкнула мяч из воды. Будем называть ее выталкивающей.

Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют архимедовой силой, в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.

Опустим в тот же сосуд металлический цилиндр. Тело утонуло.

? Действует ли выталкивающая сила в этом случае? Подумайте, как с помощью приборов, которые находятся у вас на столах, проверить, действует ли выталкивающая сила на металлический цилиндр? (на столах - приборы: динамометр, стакан с водой, металлический цилиндр)

(чтобы проверить, действует ли выталкивающая сила на металлический цилиндр, надо подвесить тело к пружине, заметить его показания, а затем опустить тело в воду, повторить измерение и сравнить, оба показания динамометра)(учащиеся выполняют эксперимент)

? Какой вывод можно сделать из этих наблюдений? (На любые тела, погруженные в воду, действует выталкивающая сила)

? Как она направлена? (Сила, выталкивающая тело из жидкости, направлена вверх)

Значит, на все тела, погруженные в жидкость, действует выталкивающая сила, и на те, которые плавают, и на те, которые тонут.

2. Выясним, почему возникает выталкивающая сила?

Задача. В сосуд с водой погружен куб, длина ребра которого 10см. Уровень воды над верхней гранью 10см.Определите силу, с которой вода давит на верхнюю и нижнюю грани куба. Изобразите направление силы графически.

? Что можно сказать о действии жидкости на брусок? (оказывает давление)

? Что можно сказать о давлении внутри жидкости на одной и той же глубине? (давление одинаковое)

Вывод. Силы, с которыми вода действует на боковые поверхности бруска, равны, они направлены навстречу друг другу и сжимают брусок.

? Теперь сравните значения давления на уровнях верхней и нижней граней бруска. На уровне нижней грани бруска вода оказывает большее давление, чем на уровне верхней. Почему? (давление на уровне нижней поверхности больше, потому что она находится на большей глубине)

Напишем формулу, по которой производится расчет давления жидкости на уровне верхней и нижней поверхностей бруска.

p1 = ρжgh1; p2 = ρжgh2;

F1 = p1S F2 = p2S

F1 = ρжgh1S F2 = ρжgh2S

? Как направлены силы F1 и F2? (F2 - вверх, F1 - вниз)

? Как направлена равнодействующая этих сил? (она направлена вверх) - показывают стрелками на магнитной доске.

F2 > F1

? Определите, чему равна равнодействующая сила.

FA = F2 - F1

FA = ρжgh2S - ρжgh1S = ρжgS (h2 - h1) = ρжgSH, где H = h2 - h1

Но SH = Vт , тогда

FA = ρжgVт, ρжVт = mж, FA = mжg = Pж, FA = Pж

FA = ρжgVт

Мы выяснили, что на тело, погруженное в жидкость, действует архимедова сила, направленная вверх.

3. Каждый их нас наблюдал в своей жизни явления, которые указывают на существование выталкивающей силы. Посмотрим еще раз.

Опыт 1. На равноплечем рычаге уравновесить в воздухе 2 груза (металлический и фарфоровый). Подставить один из сосудов, заполненных водой, под металлический груз и поднять сосуд так, чтобы груз опустится в воду. Почему нарушается равновесие системы? (потому что на груз, погруженный в воду, действует выталкивающая сила)

Опыт 2. То же самое сделать со вторым грузом. Равновесие снова нарушилось. Почему? (потому что и на другой груз действует выталкивающая сила)

Опыт 3. К обоим грузам поднести сосуды с водой и поднять их так, чтобы началось погружение тел. Равновесие системы опять нарушается.

Проблема: почему нарушается равновесие уравновешенного в воздухе рычага с грузами одинакового веса, но различного объема, помещенными в жидкость? (на тела действуют различные выталкивающие силы)

? От чего зависит архимедова сила?

(от объема тела, FA ~ Vт; если хочешь плавать, надувайся, вытесняй больше воды).

Опыт 4. Подвесим к крючку динамометра металлический цилиндр и, заметив, чему равен его вес в воздухе, опустим это тело сначала в сосуд с водой, затем в сосуд с керосином, отмечая каждый раз вес. Динамометр показывает разные значения сил. От чего еще зависит выталкивающая сила? (от плотности жидкости, FA ~ pж)

? В морской ил пресной воде выталкивающая сила больше? (pм.в >pп.в., поэтому на море плыть легче)

4. Опыт 5 (с ведерком Архимеда). К динамометру подвешиваем небольшое ведерко и тело цилиндрической формы (объем цилиндра равен емкости жидкости в ведерке). Динамометр показывает вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляют отливной сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего тело погружают целиком в жидкость. При этом часть жидкости, объем которой равен объему тела, выливается из отливного сосуда в стакан. Динамометр показывает уменьшение веса тела в жидкости. Если в ведерко вылить жидкость из стакана, то указатель динамометра возвратится к своему начальному положению.

Вывод. Выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела.

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

5. Определим вес тела, погруженного в жидкость или газ. Т.к. две силы (Fт, FA), действующие на тело в этом случае, направлены в противоположные стороны, то вес тела в жидкости P1,будет меньше веса тела в вакууме P = mg.

Можно записать:

P1 = P - FA, где FA = mжg - сила Архимеда.

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

6. Предание донесло до нас курьезный эпизод из жизни Архимеда (Сиракузы (о. Сицилия), IIIв до н.э.), связанный с открытием закона о погружении тел в жидкости. Как Архимед пришел к своему закону? Кто его подтолкнул к этому? Об этом мы расскажем в юмористической поэме о скупом царе Гиероне, хитром ювелире, мудром Архимеде и о законе погружения тел в жидкости.

Закон Архимеда

Жил в Сиракузах мудрец Архимед,

Был другом царя Гиерона.

Какой для царя самый

Важный предмет?

Вы все догадались - корона!

Захотелось Гиерону

Сделать новую корону.

Золота отмерил строго.

Взял не мало и не много,

Сколько нужно, в самый раз.

Ювелиру дал заказ.

Через месяц Гиерону

Ювелир принес корону.

Взял корону Гиерон,

Оглядел со всех сторон.

Чистым золотом сверкает…

Но ведь всякое бывает,

И добавить серебро

Можно к золоту хитро,

А того и хуже - медь

(Если совесть не иметь)…

И царю узнать охота:

Честно ль сделана работа?

Не желал терпеть урон Гиерон.

И позвал он Архимеда…

Началась у них беседа.

Гиерон. Вот корона, Архимед.

Золотая или нет?

Архимед. Чистым золотом сверкает…

Гиерон. Но, ты знаешь, все бывает!

И добавить серебро

Можно к золоту хитро.

А того и хуже - медь,

Если совесть не иметь.

Сомневаться стал я что-то.

Честно ль сделана работа?

Можно ль это, ты скажи, определить?

Но корону не царапать, не пилить…

И задумался ученый:

- Что известно? Вес короны.

Ну а как найти объем?

Думал ночью, думал днем.

И однажды, в ванне моясь,

Погрузился он по пояс.

На пол вылилась вода -

Догадался он тогда,

Как найти объем короны,

И помчался к Гиерону,

Не обут и не одет…

А народ кричит вослед:

-Что случилось Архимед?

-Может быть, землетрясенье

Или в городе пожар?

Всполошился весь базар!

Закрывали лавки даже.

Шум и крик, и смятенье!

Он промчался мимо стражи.

-Эврика! Нашел решенье! -

Во дворец примчался он.

- Я придумал, Гиерон!

(Во дворце.)

Архимед. Эврика! Раскрыл секрет!

Гиерон. Ты оденься, Архимед!

Вот сандалии, хитон.

А расскажешь все потом!

Архимед. Пусть весы сюда несут

И с водой большой сосуд…

Все доставить Гиерону!..

(Слуги все приносят)

На весы кладем корону,

И теперь такой же ровно

Ищем слиток золотой…

(Находят кусок золота, по весу равный короне.)

Гиерон. Все понятно!

Архимед. Нет, постой!

Мы теперь корону нашу

Опускаем в эту чашу.

Гиерон! Смотри сюда -

В чаше поднялась вода!

Ставлю черточку по краю.

Гиерон. А корону?

Архимед. Вынимаю.

В воду золото опустим.

Гиерон. В воду золото? Допустим…

Архимед. Поднялась опять вода,

Метку ставлю я.

Гиерон. Куда?

Архимед. Ну, конечно же по краю.

Гиерон. Ничего не понимаю…

Лишь две черточки я вижу.

Эта - выше, эта - ниже.

Но какой же вывод главный?

Архимед. Равный вес.

Объем не равный!

Понимаешь, Гиерон,

Я сейчас открыл закон.

Тот закон совсем простой.

Тело вытеснит…

Гиерон. Постой!

Говоришь, объем не равный?

Мастер мой - мошенник явный!

За фальшивую корону

Он ответит по закону!

А ты за разгадку получишь дары!

На этом прервалась беседа…

Немало воды утекло с той поры,

Но помнят закон Архимеда!

«Случайно» открытый закон?.. Случайности выпадают подготовленным умам!

Два обстоятельства важны в этой легенде.

1. Архимед нашел способ измерить объем твердого тела сложной формы.

2. Он сопоставил веса различных веществ не друг с другом, а с весом воды, т.е. впервые обратил внимание на свойство физических тел, которое мы называем плотностью, открыл гидростатический способ взвешивания.

(Учитель обращает внимание учеников на выставку книг об Архимеде, кратко рассказывает об этих книгах.)

IV. Закрепление.

1. Быстрое повторение по вопросам в конце параграфа.

2. Повторение основ (листы с заданием раздаются всем учащимся):

Напишите около каждого из нижеследующих утверждений имя ученого (Архимед, Б.Паскаль, Г.Галилей, Э.Торричелли), которому принадлежит указанный результат исследования:

- Открыл законы падения тел и существование явления инерции…

- Установил, что давление, оказываемое на жидкость или газ, передается по всем направлениям одинаково…

- Первым измерил атмосферное давление…

- Выяснил, что на тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила…

3. Вопрос-проблема к следующему уроку:

В Вологодской области есть, на первый взгляд, странное озеро. С незапамятных времен люди считали, что на дне его живет колдун, и боялись нарушать границы его владений. Однажды попытался крестьянин искупать свою лошадь в озере, а она не успела войти в него, как потеряла равновесие и упала, но не утонула, а всплыла. Да и другие предметы, брошенные в воду, не тонули, а поддерживались непонятной силой. Как же объяснить такое явление?

Такие водоемы встречаются и в других странах. Самый большой из них - Мертвое море. О нем сложились мрачные легенды. В одной из них говорится: «И вода, и земля здесь Богом прокляты». Но человек, вооруженный наукой, не боится капризов природы. Уже в 1902г. по Мертвому морю ходили небольшие пароходы, а на его берегах высились горы белоснежной соли. То, что раньше возбуждало страх, стало кладовой богатств для человека.

VI. Подведение итогов. Задание на дом. П. 48, 49, упр. 24(1,2,3)