Урок-исследование Выталкивающая сила

Урок №3

Тема урока. Выталкивающая сила. Закон Архимеда.

Цели урока:

• образовательная: обнаружить наличие силы, выталкивающей тело из жидкости; осознать причины её возникновения и вывести правила для её вычисления;

• развивающая: формировать умения анализировать свойства и явления, навыки применения закона Архимеда; формировать коммуникативные умения, развивать устную речь, проверить уровень самостоятельности мышления школьника по применению знаний в различных ситуациях.

• воспитательная: прививать ученикам интерес к исследовательской деятельности; содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира; формировать культуру умственного труда; создавать для каждого ученика ситуацию успешной деятельности.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Жанр урока: урок-исследование.

Оборудование: компьютерный класс с локальной сетью, видеосюжеты «Пираты Карибского моря», «Ведерко Архимеда»; материал для учащихся (на стол): динамометр, нить, набор грузов, сосуды с водой, пластилин, шар.

Ожидаемые результаты: Учащиеся смогут определять выталкивающую силу, перечислять факторы, от которых зависит сила Архимеда, критически анализировать изучаемые явления, оценивать значимость изученного материала в практической плоскости.

Структура урока

Ход урока.

I.Организационный момент.

II. Актуализация знаний учащихся (автоматизированное тестирование).

Для актуализации опорных знаний учитель использует компьютерное тестирование (программа MyTestX). Из 30 вопросов теста для ученика генерируется 12 вопросов различного уровня сложности. Время тестирования 8 минут.

Для мотивация учебной деятельности учитель использует проблемную ситуацию, созданную на основе фрагмента художественного фильма «Пираты Карибского моря» После просмотра ученики отвечают на проблемный вопрос: «Безумец или гений капитан Джек Воробей?», и выдвигают свои гипотезы. Учитель оглашает тему урока и совместно с учениками формулирует его цели.

III.Объяснение нового материала:

Для проверки высказанных гипотез учитель предлагает ученикам провести фронтальный опыт и ответить на вопросы.

Ход опыта: Подвесим цилиндр к динамометру и наблюдаем растяжение пружины в воздухе, а затем в воде.

1. Определите вес груза в воздухе Р₁. Р₁=. . . . Н.

2. Определите 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)

Вопросы:

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

2. А как можно найти величину выталкивающей силы?

После проведенного опыта ученики приходят к следующему результату:

На тело, погруженное в жидкость, действуют две силы: одна сила - сила тяжести, направленная вниз, другая - выталкивающая, направленная вверх.

Учитель сообщает, что обнаруженную силу часто называют архимедовой силой в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые рассчитал её значение. Учитель предлагает ученикам объединиться в 5 групп и выяснить, от каких факторов зависит эта сила.

Учитель вместе с детьми вспоминает правила работы в группе и дает карточки-задания для каждой группы.

Задание первой группе

Определите зависимость архимедовой силы от плотности тела.

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, тела одинакового объема и разной плотности (алюминиевый и медный цилиндры), нить.

1. Определите вес алюминиевого цилиндра в воздухе. Р₁= Н

2. Определите вес алюминиевого цилиндра в воде. Р₂= Н

3. Найдите архимедову силу, действующую на алюминиевый цилиндр. Р₁-Р₂=… Н

4. Определите вес медного цилиндра в воздухе. Р₃= Н

5. Определите вес медного цилиндра в воде. Р₄= Н

6. Найдите архимедову силу, действующую на медный цилиндр. Р₃-Р₄=…Н

7. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от плотности тела.

Ответ: архимедова сила…………………………………от плотности тела.

Задание второй группе

Определите зависимость архимедовой силы от объема тела.

Оборудование: сосуд с водой, тела разного объема (алюминиевые цилиндры), динамометр, нить.

1. Определите вес большого цилиндра в воздухе. Р₁= Н

2. Определите вес большого цилиндра в воде. Р₂= Н

3. Найдите архимедову силу, действующую на большой цилиндр. Р₁-Р₂= Н

4. Определите вес маленького цилиндра в воздухе. Р₃= Н

5. Определите вес маленького цилиндра в воде. Р₄= Н

6. Найдите архимедову силу, действующую на маленький цилиндр. Р₃-Р₄= Н

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

Ответ: архимедова сила…………………………………от объема тела.

Задание третьей группе

Определите зависимость архимедовой силы от плотности жидкости.

Оборудование: динамометр, нить, сосуды с пресной водой и соленой водой, шар.

1. Определите вес шара в воздухе. Р₁= Н

2. Определите вес шара в пресной воде. Р₂= Н

3. Найдите архимедову силу, действующую на шар в пресной воде. Р₁-Р₂= Н

4. Определите вес шара в воздухе. Р₁= Н

5. Определите вес шара в соленой воде. Р₃= Н

6. Найдите архимедову силу, действующую на шар в соленой воде. Р₁-Р₂ = Н

7. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от плотности жидкости.

Ответ: архимедова сила…………………………………от плотности жидкости.

Задание четвертой группе

Определите зависимость архимедовой силы от глубины погружения.

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

1. Определите вес алюминиевого цилиндра в воздухе. Р₁= Н

2. Определите вес алюминиевого цилиндра в воде на глубине 5 см. Р₂= Н

3. Найдите архимедову силу, действующую на алюминиевый цилиндр в воде.

Р₁-Р₂= Н

4. Определите вес алюминиевого цилиндра в воздухе. Р₁= Н

5. Определите вес алюминиевого цилиндра в воде на глубине 10 см. Р₃= Н

6. Найдите архимедову силу, действующую на алюминиевый цилиндр во втором случае.

Р₁-Р₃ = Н

7. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от глубины погружения тела.

Ответ: архимедова сила…………………………от глубины погружения тела.

Задание пятой группе

Определите зависимость архимедовой силы от формы тела.

Оборудование: динамометр, нить, сосуд с водой, кусочек пластилина.

1. Кусочку пластилина придайте форму куба.

2. Определите вес пластилина в воздухе. Р₁= Н

3. Определите вес пластилина воде. Р₂ = Н

4. Найдите архимедову силу, действующую на кусочек пластилина. Р₁-Р₂ = Н

5. Кусочку пластилина придайте форму шара.

6. Определите вес пластилина в воздухе. Р₃= Н

7. Определите вес пластилина воде. Р₄= Н

8. Найдите архимедову силу, действующую на кусочек пластилина. Р₃-Р₄= Н

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

Ответ: архимедова сила …………………………………от формы тела.

После получения результатов каждая группа афиширует результаты своей работы, заносит свои выводы в общий документ.

Выводы проецируются на экран и записываются в тетрадях.

Архимедова сила

не зависит от:

зависит от:

1) формы тела;

2) плотности тела

3) глубины погружения.

1) объема тела;

2) плотности жидкости.

Для определения значения силы Архимеда учитель предлагает ученикам ознакомиться с видеофрагментом «ведерко Архимеда» и провести его анализ.

На основании проведенного анализа видеофрагмента ученики делают вывод, что сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела.

На основе вывода ученики совместно с учителем рассчитывают значение силы: 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 = ρ_жgV_т.

Учитель обращает внимание учеников на то, 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 погружено полностью).

На основе всей исследовательской работы ученики формулируют закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная по величине весу жидкости, вытесненной телом.

IV. Закрепление знаний учащихся.

Закрепление знаний проводится в виде решения качественных (прием «брейн-ринг») и количественных задач (прием «морской бой»).

Решение качественных задач (время на обдумывание 20 с).

1. К коромыслу весов подвешены два свинцовых цилиндра одинаковой массы. Нарушится ли равновесие весов при погружении обоих цилиндров в воду? спирт? Ответ поясните.

2. Какой вывод можно сделать о величине архимедовой силы, проводя такие же опыты на Луне, где сила тяжести в шесть раз меньше, чем на Земле?

4. Деревянный брусок целиком погружен сначала в воду, потом в керосин. Одинаковы ли выталкивающие силы, действующие на него в обоих случаях?

5. На тело, плавающее на поверхности воды, подействовали силой, направленной вертикально вниз. Как при этом изменилась выталкивающая сила?

6. Железное тело полностью погрузили в отливной сосуд, наполненный водой. При этом часть воды вылилась. Равна ли масса железного тела массе вылившейся воды?

7. Почему нельзя тушить нефть, бензин, керосин водой?

8. Железный и алюминиевый шары равных объемов бросили в воду. Равны ли выталкивающие силы, действующие на эти шары?

Решение количественных задач.

Решение этих задач целесообразно начать с разрешения проблемной ситуации, созданную в начале урока просмотром видеофрагментом «Пираты карибского моря».

Определим выталкивающую силу, действующую в морской воде на лодку объемом 1,6 м³.

Дано:

V = 1,6 м³

g = 9,8 Н/кг

ρ_ж = 1030 кг/м³

Решение:

F_А = gρ_жV.

F_А = 9,8 Н/кг^.*1030 кг/м³ *1,6 м³ = 16 480 Н ≈ 16,5 кН.

Ответ: F_А = 16,5 кН.

F_А − ?

Таким образом, удержать лодку усилиями героев видеофрагмента невозможно!

Учащиеся получают карточки с задачами разного уровня сложности:

Первая задача − на определение выталкивающей силы, вторая - на определение одной из величин, входящих в формулу, третья - комбинированная. Ответы к задачам - это координаты корабля на следующем поле. Задача учеников потопить как можно больше кораблей.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Карточка 1

1. Объем стального бруска 0,002 м³. Какая выталкивающая сила действует на брусок при его погружении в воду? Плотность воды 1000 кг/м³.

2. Каков объем стального цилиндра, если разность веса цилиндра в воздухе и в воде составляет 4 Н? Плотность воды 1000 кг/м³.

3. Гранитная плита размером 1,2*0,6*0,3м на половину своего объема погружена в воду. На сколько плита стала легче? Плотность воды 1000 кг/м³.

Карточка 2

1. Объем мяча 0,002 м³. Какая выталкивающая сила действует на мяч при его погружении в воду? Плотность воды 1000 кг/м³.

2. Определите объем полностью погруженного в воду тела, если выталкивающая сила, действующая на него, равна 29,4 Н. Плотность воды 1000 кг/м³.

3. Свинцовый цилиндр массой 200 г подвешен к пружинным весам. Затем цилиндр погружают в воду. Каковы показания весов в первом и во втором случаях? Плотность воды 1000 кг/м³, плотность свинца 11300 кг/м³.

Карточка 3

1. С какой силой выталкивается из керосина пробковый брусок размером 4*5*10см? Плотность 800 кг/м³.

2. Архимедова сила, действующая на деталь в воде, равна 1500 Н. Найти объем детали. Плотность воды 1000 кг/м³.

3. Какую силу необходимо приложить к мячу объемом 5 дм³ и массой 0,5 кг для удержания его под водой? Плотность воды 1000 кг/м³. Куда направлена эта сила?

Карточка 4

1. Чему равна выталкивающая сила, действующая на металлический брусок объемом 0,8 дм³ при полном его погружении в воду? Плотность воды 1000 кг/м³.

2. Архимедова сила, действующая на балку в воде равна 1000 Н. Найти объем детали. Плотность воды 1000 кг/м³.

3. Какую силу надо приложить, чтобы удержать в воде гранитную плиту, на которую действует сила тяжести 27000 Н? Объем плиты 1 м³, плотность воды 1000 кг/м³.

Карточка 5

1.Объем стального бруска 6 дм³. Какая выталкивающая сила действует на брусок? Плотность воды 1000 кг/м³.

2.Стальная плита весила в воздухе 1960 Н, после погружения в воду плита стала весить 1708,7 Н. Каков объем стальной плиты? Плотность воды 1000 кг/м³.

3. Деревянный шар, плотность которого 500 кг/м³, плавает в воде. Какая часть объема шара погружена в воду, если плотность воды 1000 кг/м³.

V. Подведение итогов. Рефлексия.

Рефлексия проводится учителем с использованием приема «микрофон».

Ученики делятся своими впечатлениями, акцентируя внимание на достижении целей данного урока, использовании полученных знаний в повседневной жизни.

VI. Домашнее задание. Учитель информирует учеников о домашнем задании и проводит инструктаж по его выполнению:

Читать §30 В.Д. Сиротюк «Физика-8»

Решить И.Ю. Ненашев «Физика-8». Сборник задач

№ 20.4, 20.5 (средний уровень);

№ 20. 15, 20.16 (достаточный уровень);

№ 20.25, 20.27 (высокий уровень).

Творческое задание (проектная деятельность)

Мини-проекты: «Пикнометр»; «Поплавковый плотномер»; «Ареометр».