Урок по физике для 7 класса

Конкурсные материалы Г.П. Дуденковой.

Муниципальное образовательное учреждение

«Плехановская средняя общеобразовательная школа №1»

Муниципального образования «Ленинский район»

Архимедова сила

Конспект урока физики в 7 классе

учителя Г.П.Дуденковой.

п. Плеханово

апрель 2010

Цели и задачи урока: сформировать представления об архимедовой силе, развитие познавательной и творческой активности путём введения элемента новизны, создание условий для развития мировоззренческого кругозора учащихся, создание условий для развития навыков исследовательской деятельности и работы с измерительными приборами.

Оборудование: мультимедийная установка, лабораторное оборудование для изучения архимедовой силы.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Фронтальный опрос.

• Какие известные вам из жизни явления указывают на существование выталкивающей силы?

• Как доказать, основываясь на законе Паскаля, существование выталкивающей силы?

• Как показать на опыте, что на тело, находящееся в жидкости, действует выталкивающая сила?

• Как показать на опыте, что на тело, находящееся в газе, действует выталкивающая сила?

3. Объяснение нового материала.

Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют Архимедовой силой. Давайте сейчас послушаем небольшое сообщение о жизни человека, в честь которого и названа эта сила.

Далее идёт доклад ученика, сопровождаемый показом слайдов1-5.

А вот об истории открытия одного из его самых знаменитых законов я несколько лет тому назад сочинила маленькое стихотворение:

Сейчас мы с вами разобьёмся на маленькие группы и проведём небольшие исследования, которые помогут ответить на вопросы об открытии Архимеда, и о том чему равна выталкивающая сила.

Каждый ряд получает карточку с напечатанным заданием-исследованием.

Задание для 1-го ряда.

Используя груз из набора по механике, стакан с водой и динамометр определите выталкивающую силу, действующую на грузик в воде.

Для этого сначала измерьте вес груза в воздухе Р. Затем опустите грузик в воду и измерьте его вес в жидкости Р₁. Рассчитайте архимедову силу по формуле : F_А = Р - Р_1. Результаты измерений запишите в таблицу:

Вес тела в воздухе Р, Н

Вес тела в воде Р_1, Н

Выталкивающая сила F_А, Н

Задание для 2-го ряда.

Используя груз из набора по механике и линейку, рассчитайте вес воды, которая имеет такой же объём, что и ваш груз.

Для этого:

1. Сначала измерьте диаметр основания груза D.

2. Затем рассчитайте площадь основания по формуле S = Π · D²/ 4.

3. Измерьте высоту грузика h.

4. Рассчитайте объём грузика по формуле V = S · h.

5. Вычислите вес, который будет иметь вода, занимающая такой же объём. Плотность воды принять равной 1000 кг/м³.

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

Диаметр груза D , м

Площадь основания S = Π · D²/ 4, м²

Высота груза h, м

Объём грузика V = S · h, м³

Масса воды m = ρ · V , кг

Вес воды Р = m · g , Н

Задание для 3-го ряда.

Используя груз из набора по механике, отливной сосуд с водой, измерительный цилиндр, штатив и динамометр измерьте объём жидкости, выливающейся из сосуда при полном погружении груза в воду, и рассчитайте её вес.

1. Укрепите динамометр на штативе и подвесьте к его пружине тело цилиндрической формы.

2. Приподняв тело, подставьте под него отливной сосуд, наполненный водой до уровня отливной трубки.

3. Погрузите груз целиком в жидкость.

4. Используя измерительный цилиндр, измерьте объём вылившейся воды.

5. Приняв плотность воды равной 1000 кг/м³, рассчитайте её массу и вес.

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

Объём воды V , см³

Объём воды V , м³

Масса воды m = ρ · V , кг

Вес вытесненной воды Р = m · g , Н

А теперь давайте подведём итоги. Все вы работали с одной и той же жидкостью - водой и одним и тем же грузом. Итак, что же делали учащиеся сидящие на первом ряду и что они получили?

Выталкивающая сила, действующая на груз в воде равна 0,2 Н.

Что делали учащиеся сидящие на втором ряду и что они получили?

Вес воды, занимающей тот же объём, что и груз равен0,2 Н.

И наконец, что узнали те, кто сидит на третьем ряду?

Вес воды, вытесненной грузом равен 0,2 Н.

Что же мы видим?

Во всех случаях мы получили одинаковые результаты. Во всех случаях мы получали архимедову силу.

Действительно, архимедову силу можно рассчитать как разницу веса тела в жидкости и в воздухе, как вес жидкости в объёме тела и как вес жидкости, вытесненной погруженной частью тела.

Но чаще архимедову силу рассчитывают ещё одним способом. Давайте вместе посмотрим на страницу 118 учебника. 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 т_ж, вытесняемую телом, можно выразить через ее плотность (р_ж) и объем тела (V_т), погруженного в жидкость (так как V_ж - объем вытесненной телом жидкости равен V_T - объему тела, по­груженного в жидкость), т. е. т_ж = р_жV_т. Тогда получим:

F_{А =} р_жV_т g

Следовательно, 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 в 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 тела в вакууме Р на архимедову силу, т.е. Р₁ = Р - F_А. таким образом, если тело погружено в жидкость (или газ), то оно теряет в своём весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ).

4. Закрепление нового материала.

Итак, давайте подведём итоги. (слайд №6)

• Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости и газы?

• Как подсчитать архимедову силу?

• От каких величин зависит архимедова сила?

• От каких величин она не зависит?

• Два шарика, свинцовый и железный, равной массы подвешены к коромыслу весов. Нарушится ли равновесие весов, если шарики опустить в воду?

• Определите архимедову силу, действующую на стальной шарик объёмом 200 см³, погруженный в керосин.

• В какой воде и почему легче плавать: в морской или речной?

• Бетонная плита, объёмом 3 м³ погружена в воду. Какую силу необходимо приложить, чтобы удержать её в воде?

А теперь, давайте проверим, насколько хорошо вы усвоили новую тему. Сейчас получите тестовые задания и на полученном листочке обведёте букву, соответствующую правильному ответу.

1 вариант.

2 вариант.

5. Домашнее задание.

Дома вы будете учить параграф 49, выполнять задачу №3 из упражнения 24 и попробуете нарисовать то, что произвело на вас самое яркое впечатление на уроке или напишите маленькое стихотворение о Архимеда или архимедовой силе.

луч­ших астрономов, математиков и медиков, без сомнения, собрала сто­лица Птолемеев. Сюда и отправился Архимед. Учёные жили при Алексан­дрийском мусейоне. Этот легендар­ный научный центр был основан царём Птолемеем I Сотером. Он хо­тел привлечь в Александрию всех крупных учёных и, освободив их от забот о хлебе насущном, предоста­вить неограниченный досуг для заня­тий наукой. Учёные мужи жили при храме муз на полном содержании царя; в огромном зале устраивались совместные трапезы, во время ко­торых они обсуждали различные научные вопросы и давали уроки окружавшим их ученикам. Деньги из государственной казны выделялись щедро. Например, Эратосфену, решившему измерить окружность Зем­ли, пришлось проводить наблюдения из Родоса, Александрии и Сиены. Царь финансировал эти, очень доро­гие по тем временам, экспедиции. В результате окружность удалось определить с феноменальной точ­ностью - ошибка составила всего 300 км.

По форме большинство сочинений Архимеда производят впечатление посланий друзьям. В Мусейоне учёный создал, возможно, первую из прославивших его ма­шин - «улитку», предназначенную для подачи воды на поля. В основе её конструкции был вал с винтовой по­верхностью, помещённый внутрь на клонной трубы и получивший назва­ние «архимедов винт». Вращаясь, спираль винта поднимала воду на высоту до 4 м.

Из Александрии Архимед вернул­ся в родные Сиракузы. Здесь учёный под покровительством Гиерона, не обременённый денежными пробле­мами, полностью посвятил себя лю­бимой геометрии.

Архимед, согласно многочислен­ным свидетельствам, относился к довольно редкому типу людей, для которых не существует ничего, кро­ме целиком поглотившей их страс­ти. Для него такой страстью стала геометрия. Плутарх писал про Архи­меда: «Нельзя не верить рассказам, будто он был тайно очарован некой сиреной, не покидавшей его ни на миг, а потому забывал о пище и об уходе за телом, и его нередко силой приходилось тащить мыться и ума­щаться, но и в бане он продолжал чертить геометрические фигуры на золе очага и даже на собственном теле, натёртом маслом, проводил пальцем какие-то линии - поистине вдохновлённый Музами, весь во вла­сти великого наслаждения».

луч­ших астрономов, математиков и медиков, без сомнения, собрала сто­лица Птолемеев. Сюда и отправился Архимед. Учёные жили при Алексан­дрийском мусейоне. Этот легендар­ный научный центр был основан царём Птолемеем I Сотером. Он хо­тел привлечь в Александрию всех крупных учёных и, освободив их от забот о хлебе насущном, предоста­вить неограниченный досуг для заня­тий наукой. Учёные мужи жили при храме муз на полном содержании царя; в огромном зале устраивались совместные трапезы, во время ко­торых они обсуждали различные научные вопросы и давали уроки окружавшим их ученикам. Деньги из государственной казны выделялись щедро. Например, Эратосфену, решившему измерить окружность Зем­ли, пришлось проводить наблюдения из Родоса, Александрии и Сиены. Царь финансировал эти, очень доро­гие по тем временам, экспедиции. В результате окружность удалось определить с феноменальной точ­ностью - ошибка составила всего 300 км.

По форме большинство сочинений Архимеда производят впечатление посланий друзьям. В Мусейоне учёный создал, возможно, первую из прославивших его ма­шин - «улитку», предназначенную для подачи воды на поля. В основе её конструкции был вал с винтовой по­верхностью, помещённый внутрь на клонной трубы и получивший назва­ние «архимедов винт». Вращаясь, спираль винта поднимала воду на высоту до 4 м.

Из Александрии Архимед вернул­ся в родные Сиракузы. Здесь учёный под покровительством Гиерона, не обременённый денежными пробле­мами, полностью посвятил себя лю­бимой геометрии.

Архимед, согласно многочислен­ным свидетельствам, относился к довольно редкому типу людей, для которых не существует ничего, кро­ме целиком поглотившей их страс­ти. Для него такой страстью стала геометрия. Плутарх писал про Архи­меда: «Нельзя не верить рассказам, будто он был тайно очарован некой сиреной, не покидавшей его ни на миг, а потому забывал о пище и об уходе за телом, и его нередко силой приходилось тащить мыться и ума­щаться, но и в бане он продолжал чертить геометрические фигуры на золе очага и даже на собственном теле, натёртом маслом, проводил пальцем какие-то линии - поистине вдохновлённый Музами, весь во вла­сти великого наслаждения».

Несомненно, как механик и мате­матик, Архимед на несколько столе­тий опередил своё время. Ему припи­сывают до 40 открытий в области практической механики, большин­ство из которых до наших дней не со­хранилось. И всё же сам учёный особенно ценил свои открытия в геометрии: он составил формулы вычисления площадей различных геометрических фигур и объёмных тел, в том числе площади эллипса, параболического сегмента, площади поверхностей ко­нуса и шара. Занимаясь вычислением отношения длины окружности к её диаметру, Архимед впервые предло­жил для этой величины обозначение «пи» и достаточно точно определил его цифровое значение: в пределах от 22/7 до 223/71.

Согласно самой известной леген­де об Архимеде, однажды Гиерон по­ручил ему найти способ проверить содержание золота в жертвенном венце. Царь подозревал, что ювелир, изготовивший корону, утаил часть золота и заменил его более дешёвой бронзой. Перед Архимедом стояла довольно сложная задача: опреде­лить объём короны сложной формы. Не переставая думать над этим, он полез в ванну и увидел, что, погру­зившись в воду, своим телом вытес­нил часть жидкости на пол бани, причём его тело стало легче. И тут его осенило. Архимед выскочил из ванны и, забыв об одежде, побежал по улицам Сиракуз, крича: «Эврика!» («Нашёл!»). Тем не менее, ставшая притчей во языцех рассеянность учёного и его подчёркнутое увлечение максималь­но оторванной от жизни геометри­ей не помешали Архимеду создать машины, вызвавшие восхищение как его «приземлённых» современников, так и учёных последующих поколе­ний. Именно благодаря не имеющим аналогов сокрушительным механи­ческим монстрам, перед которыми дрогнула одна из самых сильных армий того времени, имя великого математика и попало в труды таких серьёзных военных историков, как Плутарх, Полибий, Тит Ливии.

А началось всё с письма Архимеда царю Гиерону, в котором математик утверждал, что, применяя незначи­тельную силу, возможно, переместить очень большой груз. Именно тогда из уст Архимеда впервые прозвучали слова: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину землю». Гиерон потребовал доказательств. По приказу учёного на берег вытащили трёхмачтовый гру­зовой корабль и наполнили его кла­дью. Затем на судно забралась боль­шая команда. Архимед, сев поодаль, безо всякого напряжения вытягивал канат, пропущенный через состав­ной блок - полиспаст. Он придви­гал корабль к себе так медленно и ровно, будто тот плыл по воде. Царь был поражён. Поняв всю мощь меха­низмов, он убедил учёного постро­ить несколько боевых машин. Сам Гиерон не успел увидеть их в дей­ствии: машины пригодились жите­лям Сиракуз через несколько лет после смерти царя.

Сиракузы, долгое время занима­вшие нейтральную позицию в споре Рима с Карфагеном, решили высту­пить на стороне последнего. В 214 г. до н. э. римский полководец Марцелл осадил город. Его армия встала у стен Сиракуз; флот, состоявший из 60 ко­раблей, подошёл с моря. Солдаты Марцелла на связанных друг с другом восьми кораблях установили осад­ную машину, которую римляне назы­вали «самбука», - она была похожа на одноимённый музыкальный инст­румент.

Плутарх так описал случившееся: «Римляне напали и с суши и с моря, и сиракузяне притихли от страха. Но тут Архимед привёл в действие свои машины». В неприятеля полетели стрелы разных размеров и огромные каменные глыбы, сокрушавшие всё на своём пути. На вражеские суда ста­ли опускаться укреплённые на сте­нах брусья и топить их, сильно тол­кая. С помощью огромных железных рук и клювов, похожих на журав­линые, защитники Сиракуз хватали корабли Марцелла, вытаскивали из воды носом вверх, а потом кормой вперёд пускали на дно или бросали на камни. Самбуку разбили тремя камнями, каждый весом в 10 та­лантов, выпущенными из огромной катапульты. По некоторым свиде­тельствам, Архимед уничтожил мно­жество кораблей неприятеля, ис­пользуя совершенно неожиданный способ. Женщины Сиракуз, собра­вшиеся на берегу, направляли с по­мощью бронзовых зеркал солнечные лучи на корабли римлян, отчего смо­ла на них вспыхивала.

Римская армия отступила. Видя, что солдаты запуганы до крайности и впадают в панику, как только заметят над крепостной сте­ной верёвку или кусок дерева, думая, что это какое-то разрушительное уст­ройство Архимеда, полководец ре­шил отказаться от наступательных действий и положиться на время.

Два года благодаря машинам Ар­химеда и подземной системе снабже­ния Сиракуз водой, также созданной по проекту учёного, жителям города удавалось сдерживать натиск армий Марцелла. Но в 212 г. до н. э., обнару­жив и разрушив систему водоснабже­ния Сиракуз, а также воспользова­вшись тем, что осаждённые во время празднеств, посвященных богине Артемиде, опьянели и потеряли бди­тельность, римляне ворвались в го­род. Согласно легенде, легионер застал Архимеда в саду, когда тот пы­тался решить очередную геометри­ческую задачу, не обращая ни малей­шего внимания на происходящее в городе. Солдат попытался силой уве­сти его. Архимед закричал: «Не тро­гай мои чертежи». Легионер в гневе зарубил учёного мечом. По словам Плутарха, убийство Архимеда больше всего расстроило Марцелла, который надеялся поставить талант учёного на службу Риму. Он изгнал его убийцу из армии, а математика приказал похо­ронить с почестями.

Архимед был погребён в полном соответствии с завещанием: на мо­гильном камне изображён шар, впи­санный в цилиндр. Определение со­отношений объёмов этих двух тел Архимед считал своим лучшим от­крытием и просил изобразить их на своём надгробии.

17