Студенческая средняя школа

Урок на тему: "Архимедова сила. Закон Архимеда"

7 класс

Учитель физики: Цесько Ирина Александровна

п. Мартук 2016 год

Тема: "Архимедова сила. Закон Архимеда"

Цели:

Образовательная : изучить действие жидкости на погруженное тело;

познакомить учащихся с понятием архимедовой силы и законом Архимеда; обеспечить усвоения формулы расчета архимедовой силы.

Воспитательная: на примерах из жизни великих людей продолжить формирование в учащихся уверенности в своих силах; умение использовать свой интеллект, внимание, трудолюбие; прививать навыки самостоятельной, коллективной работы.

Развивающая: развитие внимания при наблюдении за экспериментом, развитие логического мышления, развитие познавательной активности учащихся; продолжить развитие культуры речи, умение грамотно отвечать и обосновывать свою точку зрения.

Тип урока: урок изучение и первичного закрепления знаний.

Методы обучения: частично-поисковый, словесно-демонстративный, исследовательский.

Форма организации урока: групповая, индивидуальная.

Межпредметные связи: математика, биология.

Оборудование: интерактивная доска, компьютер, документ-камера, ведерко Архимеда, штатив, динамометр, тело цилиндрической формы, отливной сосуд, мензурка для сбора воды, разноуровневые карточки с заданиями.

Эпиграф урока:

"Тела более легкие, чем жидкость, опущенные в эту жидкость насильственно, будут выталкиваться вверх...

Тела более тяжелые, чем жидкость, будут погружаться, пока не дойдут до самого низа ..."

(Архимед)

Ход урока:

І. Организационный момент (приветствие учащихся, сообщение темы и целей урока)

Психологическая разминка.

Создадим хорошее настроение.

Повернувшись к соседу, посмотрите ему приветливо, с улыбкой в глаза и скажите вместе с ним по команде "Здравствуй сосед" приготовились....

"Здравствуй сосед!".

Улыбаясь, мы снимаем с себя напряжение и создаем вокруг себя атмосферу доброжелательности.

Начинаем урок.

ІІ. Учитель: Если внимательно присмотреться, можно заметить великое множество событий, происходящих вокруг нас. С некоторыми из них мы сталкиваемся крайне редко. С другими же встречаемся ежедневно, и в силу их привычности и обыденности едва ли обращаем на них внимание. Но за всеми этими явлениями и уникальными, и обыденными - внимательный взгляд и пытливый ум человека, способны увидеть действия удивительных законов природы, достойных нашего внимания и восхищения.

Один из таких законов является закон Архимеда. Сегодня на уроке нам предстоит изучить этот закон. Мы узнаем еще об одной силе, существующей в природе.

ІІІ. Актуализация опорных знаний.

Учитель: А какие силы вы уже изучили?

Класс: Сила трения, сила тяжести, вес тела, сила упругости.

Учитель: Какую силу называют силой тяжести?

Класс: Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущему телу и направленная против движения.

Учитель: Какую силу называют силой тяжести?

Класс: Сила, с которой Земля притягивает к себе тело.

Учитель: Есть ли различие между силой тяжести и весом тела?

Класс: Да, есть. Вес тела - сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Учитель: А сейчас мы узнаем, в каком случае, мы имеем дело с какой силой.

1. Какая сила удерживает наш класс на поверхности Земли? (сила тяжести)

2. Благодаря какой силе не развязывается бант? (сила трение)

3. Какая сила помогает хоккейной шайбе, скользя по льду попасть в ворота противника? (сила трение)

4. Какая сила не дает нам провалиться сквозь пол? (сила упругости)

5. С какой силой мы действуем на сиденье стула? (вес тела)

6. Какая сила заставляет яблоко падать с яблони вниз? (сила тяжести)

Учитель: Вот какие силы природы! Но не менее важна и та, о которой мы сегодня будем говорить.

Итак, тема нашего урока «Архимедова сила».

(Тема записывается на доске)

ІV. Изложение нового материала

Исторический экскурс.

Сейчас мы перенесемся в Грецию конца 3 в.до н.э. Там в это время в Сиракузах на острове Сицилия жил и работал один из величайших ученых древности - Архимед. Ему принадлежит ряд открытий в физике и математике. В его сочинении «О плавающих телах» содержатся выведенные им основные закономерности гидростатики, в частности закон, получивший название « закон Архимеда». Архимед был талантливым конструктором: ему мы обязаны изобретением таких полезных приспособлений, как рычаг, винт, блок, ворот. Во время войны с римлянами он оказал большую помощь родному городу, сконструировав метательные машины.

В основу того, что Вы сейчас увидите, мы положили легенды, связанные с именем Архимеда. Но в изображении событий мы дали волю своей фантазии. Встает царь Гиерон - ученик:

• Сегодня у нас великий день. Римляне сняли осаду города и отплыли из Сицилии. Возблагодарим же богов за нашу победу. Победа досталась нам нелегко, и она не случайна. Наши военные машины оказались лучше римских. Их изобрел наш механик астроном, математик и инженер Архимед. Среди них есть машины, бросающие камни и свинец на большие и малые расстояния: одни его катапульты обстреливают морские суда, другие - предназначены для обстрела пехоты. Машины навели на римлян такой ужас, что они не решились пойти на второй приступ. Наши воины сражались самоотваженно, но они не смогли бы победить без знаний, и мудрости Архимеда!

Встает царица - ученица:

• Так я и знала, что про нас забудут! Когда римляне осаждали город, великий Архимед сказал, что без женщин с врагами не справиться. Он велел нам связать все свои зеркала и расставил нас всех на стенах города. По его приказу мы направили солнечные лучи, отраженные от зеркал, сначала на паруса одного корабля - они загорелись, потом на паруса другого корабля - он вспыхнул, затем - на третье судно, и оно также загорелось. Римляне в ужасе отступили. А теперь про нас забыли!!

Царь Гиерон: Позвать сюда мастера! /входит мастер с короной/. Главный жрец храма Зевса! В ознаменование победы над Римом дарую храму золотую корону. Помести ее на главный алтарь.

Жрец /берет корону/, Великий царь:

• Благодарю! Ты дал мастеру на корону 2 меры золота. Могу я проверить, все ли золото он истратил?

Гиерон: Проверь.

Жрец./Достает пружинные веса динамометр и взвешивает корону/.

• Да, здесь ровно 2 меры. Но как узнать, из одного ли золота сделана корона? Может быть, мастер добавил в нее серебро, а часть золота взял себе? Это может вызвать гнев Зевса.

Геирон. /обращаясь к ученому/

• Мудрый Архимед! Эта задача достойная тебя. Узнай, не ломая короны, нет ли в ней примеси серебра.

Архимед.(учитель физики) /держа корону/:

• Какая красивая корона! И какой сложной формы! Жалко повредить ее. А мне необходимо узнать объем короны. Зачем? Это понятно. Золото очень тяжелый металл, его плотность 19300 кг/м³ , а серебро намного легче, его плотность 10500 кг/м³ . Если корона сделана не из чистого золота, а из сплава, то хоть вес останется прежним, объем будет больше. Как же определить объем? Ладно, пойду, помоюсь, потом попробую решить эту задачу. /Архимед садиться в ванну/:

Смотрите! Я погрузился в воду и уровень воды поднялся. Я как бы стал легче. Сейчас я взвешу корону в воздухе - ее вес равен Р = 20Н, а потом опущу ее в воду - ее вес равен Р1 = 18,75Н. И она стала легче! На корону действует выталкивающая сила, равная разнице весов Р - Р1 = 20Н - 18,75Н = 1,25Н. Но эта сила равна весу вытесненной воды! FA = P - P1 или pж qvв.ж = Р - Р1, так как тело целиком погружается в воду, то объем вытесненной воды равен объему тела (Vт = Vвыт.) Необходимо учесть, что вес тела Р = pт qVт ; т.е. V = ^{­­­­­­­­­ ___Р___}

pт q

После преобразований получаю:

pж q = ^___Р__ = Р - Р₁, тогда плотность короны, которую мне

pт q

необходимо определить pк = ^___Р___ , тогда плотность короны,

Р - Р₁

которую мне необходимо определить

pк = ^__Р__. pж = ^{__20 Н___ .} 1000 кг/м³ = 16000 ^кг/м³

Р - Р₁ 1,25 Н

Значит… Сейчас подсчитаю объем золота

V_золота = ^{________20 Н_______} = 1,036 ^. 10^-4 м³ ≈ 1,04 ^. 10^-4м³ , а объем

19300 ^кг/м^{3 .} 9,8 ^Н/кг

нашей короны равен: V_к = ^{________20 Н_______} = 1,25 ^. 10^-4м³

1600 ^кг /м^{3 .} 9,8 ^Н/кг

- Да, да объем короны больше объема золота значит в нашей короне

есть примесь серебра. Эврика !!! (что значит нашел)

( Архимед подходит к царю)

- Великий царь! Я решил твою задачу с короной. Боги просветили

меня, и я узнал, что в короне есть примесь серебра. Мастер - вор!

Царь Гиерон:

- Стража! Арестовать вора!

Архимед:

- Путём рассуждений я пришёл к выводу:

ТЕЛА, ПРЕБЫВАЯ В ЖИДКОСТИ, ТЕРЯЮТ В СВОЁМ

ВЕСЕ СТОЛЬКО, СКОЛЬКО ВЕСИТ ЖИДКОСТЬ

ВЗЯТАЯ В ОБЪЁМЕ ТЕЛА.

( На интерактивной доске)

Этот вывод настолько важен, что я нарекаю его законом. Им

будут люди пользоваться веками.

Учитель: Итак, выталкивающую силу мы будем называть

Архимедовой силой, в честь древнегреческого учёного Архимеда,

который впервые указал на её существование и рассчитал её

значение.

FA = pж qVт

pж - плотность жидкости, в которую погружено тело

Vт - объем тела

Архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую

погружено тело и от объёма этого тела. Но она не зависит,

например от плотности вещества тела, погруженного в жидкость,

так как эта величина не входит в полученную формулу.

ЭКСПЕРИМЕНТ (работа в группах)

Учащимся предлагается при помощи оборудования, находящегося

на партах, экспериментально определить значение выталкивающей

силы. (по описанию эксперимента из учебника стр. 150 рис.139.)

После проведения эксперимента приходим к выводу:

НА ТЕЛО, ПОГРУЖЕННОЕ В ЖИДКОСТЬ, ДЕЙСТВУЕТ

ВЫТАЛКИВАЮЩАЯ СИЛА, РАВНАЯ ВЕСУ ЖИДКОСТИ

В ОБЪЁМЕ ПОГРУЖЕННОЙ ЧАСТИ ТЕЛА.

Учитель: Если бы подобный эксперимент проделать с телом,

погруженным в какой-либо газ, то он показал бы, что сила,

выталкивающая тело из газа, также равна весу газа, взятого

в объёме тела. Поскольку эта сила намного меньше силы тяжести,

действующей на тело, то её трудно заметить. Однако под действием

этой выталкивающей силы поднимаются вверх воздушные шары

и дирижабли.

Жидкости на тело давят,

Вверх его всё поднимают,

При этом силу создают,

Что Архимедовой зовут!

Её считать умеем мы,

Надо знать лишь вес воды,

Что-то тело вытесняет -

Всё закон нам объясняет.

Открыл его великий грек,

Ему имя - Архимед!

ІV Закрепление полученных знаний (работа в группах)

Карточки - задания

1 вариант

І уровень

№1.Архимедова сила зависит от:

А) от плотности тела

Б) от плотности жидкости и объёма тела

В) от объёма тела

Г) от плотности жидкости и объёма жидкости.

№2.На какое из тел действует в воде наибольшая выталкивающая сила?

1. А) рис.1

2. Б) рис.2

3. В) рис. 3

Г) рис.2 и рис.3

ІІ уровень

№3. В воду погружено тело объёмом 200 см³. Определите значение

выталкивающей силы на это тело. Плотность воды 1000 кг/м³.

4. Определите выталкивающую силу, действующую на стеклянный шар

объёмом 0,04 м³, если он на ¾ погружен в воду.

ІІІ уровень

5. Вес алюминиевого изделия в воздухе 15 Н, а в воде - 9,5Н. Определите плотность алюминия.

Карточка №2.

1 уровень

1. В какой воде легче плавать в морской или речной?

а) морской

б) речной.

2. Четыре одинаковых стальных шарика помещены в разные жидкости

воду, машинное масло, керосин и бензин. Наибольшая выталкивающая сила действует на шарик, помещенный в …..

а) керосин

б) машинное масло

в) воду

г) бензин.

ІІ уровень.

3. В ртуть погружено тело объёмом 20 дм³. Определите значение выталкивающей силы, действующей на это тело. Плотность ртути 13600 кг/м³.

4. Вычислить архимедову силу, действующую на деревянный брусок размерами 2 х 5 х 10 (см³), если он на 2/3 погружен в спирт.

ІІІ уровень.

5.Вес изделия в воздухе 5Н, а в воде - 4,5 Н. Сделано ли изделие из чистого серебра, или в нём присутствуют примесь меди.

СВЯЗЬ ФИЗИКИ С БИОЛОГИЕЙ. ДОКЛАДЫ УЧАЩИХСЯ.

РОЛЬ АРХИМЕДОВОЙ СИЛЫ В ЖИЗНИ ЖИВОТНЫХ И РАСТЕНИЙ:

Плотность многих животных и растений, живущих в воде, мало отличается от плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на водные организмы (например: на рыб) или равна их силе тяжести, или лишь немного меньше. Поэтому все приспособления, служащие для противодействия силе тяжести, у них либо отсутствуют, либо имеют рудиментарный характер. Например, конечности глубоководных раков очень слабы и имеют непомерную длину.

Стебли подводных растений, несмотря на чрезвычайную гибкость и длину, достигающую иногда 60 м и нередко превышающую поперечные размеры в сотни и тысячи раз, тем не менее, сохраняют в воде вертикальное положение благодаря силам Архимеда. Увеличению плавучисти способствует также крупные воздушные пузыри, заключающие у некоторых водорослей в концах стеблей и играющие роль поплавков.

ВОДЯНОЙ ОРЕХ ЧИЛИМ.

Любопытное водное растение - чилим (водяной орех) растёт по заводям Волги, в озёрах, лиманах. Плоды его (водяные орехи) достигают в диаметре 3 см и имеют форму, похожую на морской якорь с несколькими острыми рожками или без них. Этот "якорь" служит для того, чтобы удерживать на подходящем месте молодое прорастающее растение. Когда чилим отцветает, под водой, начинают образовываться тяжёлые плоды. Они могли бы потопить растение, но как раз в это время на черенках листьев образуются вздутия - своего рода "спасательные пояса". Тем самым увеличивается объём подводной части растений, возрастает, следовательно, выталкивающая сила. Этим достигается равновесие между весом плодов и возникающей за счёт вздутий выталкивающей силой.

РЫБЫ.

Плотность живых организмов, населяющих водную среду, очень мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь массивных скелетах, как наземные. Интересна роль плавательного пузыря у рыб. Это единственная часть тела рыбы, обладающая заметной сжимаемостью; сжимая пузырь усилиями грудных мышц, рыба меняет объём своего тела и тем самым среднюю плотность, благодаря чему она может в определённых пределах регулировать глубину своего погружения.

ВОДОПЛАВАЮЩИЕ ПТИЦЫ.

Важным фактором в жизни водоплавающих птиц является наличие толстого, не пропускающего воды слоя перьев и пуха, в котором содержится значительное количество воздуха: благодаря этому своеобразному воздушному пузырю, окружающему всё тело птицы, её средняя плотность оказывается очень малой. Этим объясняется тот факт, что утки и другие водоплавающие мало погружаются в воду при плавании.

ПАУК СЕРЕБРЯНКА.

С точки зрения законов физики очень интересно существование паука - серебрянка. Он устраивает своё жилище - подводный колокол из паутины. Сюда паук приносит с поверхности пузырьки воздуха, задерживающего между тонкими волосками брюшка. В колоколе паук собирает запас воздуха, который время от времени пополняет: благодаря этому он может долго находиться под водой.

КРОССВОРД

¹ А

²

Н

³

Е

⁴

Р

⁵

О

⁶

И

⁷

Д

1. Прибор для измерения плотности жидкости.(Ареометр)

2. Прибор для измерения давления, больше или меньше атмосферного.(Манометр)

3. Линия, отмечающая наибольшую допустимую осадку судна.(Ватерлиния)

4. Учёный, который изобрёл ртутный барометр.(Торричелли)

5.Тип воздушного шара, применяемого для исследования верхних слоёв атмосферы, на котором был установлен рекорд высоты подъёма в 1934 году в СССР.(Стратостат)

6. Учёный, доказавший существование давления атмосферного воздуха на опыте с "магденбурскими" полушариями. (Герике)

7. Учёный, впервые указавший на существование выталкивающей силы. (Архимед)

ФОКУСЫ.

Реквизит: Глазная пипетка, пластиковый стакан, водопроводная вода, пустая пластиковая бутылка ёмкостью 2 литра в завинчивающейся крышкой.

Подготовка:

1. Опусти пипетку в стакан с водой, чтобы убедиться, что она плавает. Нажми на резиновый кончик и набери в неё немного воды. Если пипетка всё равно не тонет, добавь ещё немного воды. Если пипетка тонет, удали чуть - чуть воды. Ты должен добиться, чтобы пипетка не плавала на поверхности, но и не тонула, а плавала стоймя в толще воды.

2. Налей в бутылку воды до самого верха. Убедись, что в ней не осталось пузырьков воздуха.

3. Опусти пипетку в бутылку и плотно завинти крышку.

НАЧИНАЕМ НАУЧНОЕ ВОЛШЕБСТВО!

1. Объявите зрителям: "Благодаря своим волшебным способностям я смогу заставить пипетку в бутылке подчиняться моим командам, не дотрагиваясь до неё".

2. Произнесите несколько волшебных слов, затем слегка сожмите бутылку в руке. Что произойдёт?

3. Скажите ещё какие - нибудь волшебные слова, и ослабьте давление на бутылку. Что будет происходить теперь?

СЕКРЕТ ФОКУСА:

Молекулы, из которых состоит вода, постоянно скользят и вращаются вокруг друг друга. Эти перемещения создают так называемое давление воды. Когда мы сжимаем бутылку, молекулы оказываются ближе друг к другу. Давление воды внутри бутылки, в том числе и внутри пипетки, возрастает и заставляет сжиматься воздух внутри пипетки. Мы можем увидеть, как поднимается уровень воды в пипетке. Из-за этого уменьшается объём, занимаей воздухом. Это увеличившееся давление воды делает пипетку с находящейся внутри водой плотнее, чем окружающая вода в бутылке и поэтому пипетка тонет. Когда мы опускаем бутылку, давление воды внутри неё падает. Воздух в пипетке возвращается к первоначальному объёму. Пипетка становится легче окружающей её воды и поднимается к поверхности.

2. К короткому отрезку стеариновой свечи прикрепить снизу небольшой груз так, чтобы свеча плавала в воде. Зажечь плавающую свечу и задать вопрос: "Как быстро погаснет свеча?"

ОТВЕТ:

Кажется, что пламя зальется водой, как только сгорит отрезок свечи, выступающий над водой, и свеча быстро погаснет. Но, сгорая, свеча уменьшается в весе и всплывает.

3.Взять стакан, наполненный на две трети водой. Вылить в него пол пробирки подсолнечного масла. Как собрать масло обратно в пробирку, не трогая стакан.

СЕКРЕТ ФОКУСА.

Смазать края пробирки каким - нибудь твердым жиром и налить в неё воды. Заткнуть пробирку пальцем, перевернуть и опустить в стакан вверх дном. Подвести край пробирки к поверхности воды. Масло, будучи легче воды, всплывая, устремится в пробирку. ( аналогичным способом собирают нефть, разлитую на поверхность водоёма).

V. РЕФЛЕКСИЯ.

Учитель:

- Что ж, наш урок подходит к завершению. Вы сегодня все были активны, все цели урока достигнуты. Мне бы хотелось услышать ваши отзывы о сегодняшнем уроке что понравилось, что не понравилось, чем бы хотелось заняться ещё.

VІ. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП.

Учитель:

РЕШАТЬ ЗАДАЧИ МОЖНО ВЕЧНО,

ВСЕЛЕННАЯ ВЕДЬ БЕСКОНЕЧНА.

СПАСИБО ВСЕМ НАМ ЗА УРОК,

А ГЛАВНОЕ, ЧТОБ БЫЛ ОН ВПРОК!

Мне очень понравилось работать с вами. Очень надеюсь, что это не последние наше научное исследование, мы ещё не раз прокричим подобно Архимеду "ЭВРИКА!" А давайте подведём итоги вашей работы на сегодняшнем уроке.

( выставление оценок)

Д/З

§ 55 прочитать. Дать объяснение фокусам письменно.

Упр. 29 №3, 4, 5.