Архимедова сила

Урок на тему:

«Архимедова сила»

Цель урока: Сформировать понятие об архимедовой силе, умение выводить формулу, выражающую зависимость этой силы от плотности жидкости (газа) и объема тела на основе закона Паскаля.

Продолжить формирование умений находить равнодействующую двух сил, применять закон Паскаля для объяснения действия жидкости или газа на погруженное тело, применять формулу для расчета давления внутри жидкости, сравнивать давление жидкостей и газов на тела, находящиеся в них.

В целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента в физике.

Для повышения интереса к изучаемому материалу осветить роль Архимеда в физике.

Оборудование: аквариум, сосуд с водой (или раствор медного купороса), ведерки Архимеда, динамометр.

Ход урока:

Учитель: Содержание сегодняшнего урока поможет понять нам, почему одни тела плавают на поверхности жидкости, а другие тонут, почему возможно плавание судов, подводных лодок, воздушных шаров и дирижаблей

(Погружает мяч полностью в воду и быстро убирает руку - мяч «выпрыгивает» из воды).

Ученик: На мяч подействовала сила.

Учитель: Будем называть ее выталкивающей силой. Опустим в воду цилиндр. Тело утонуло. Действует ли выталкивающая сила в этом случае?

Ученик: Да действует.

Учитель: Как с помощью динамометра проверить действует ли выталкивающая сила на металлический цилиндр?

Ученик: Надо подвесить тело к пружине динамометра, заметить его показание, а затем опустить тело в воду и сравнить оба показания динамометра.

(Учитель проделывает этот опыт)

Учитель: Какой вывод можно сделать из этих наблюдений?

Ученик: На любое тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила.

Учитель: Как направлена эта сила?

Ученик: Сила, действующая на это тело, находящееся в жидкости направлена вверх.

Учитель: Выясним, почему возникает выталкивающая сила.

(рисунок на доске)

Ученик. Жидкость производит на него давление.

Учитель: Что можно сказать о давлении жидкости на одной и той же глубине?

Ученик: На определенной глубине внутри жидкости давление по всем направлениям одинаково.

Учитель: Верно. Поэтому и силы, с которыми вода действует на боковые поверхности бруска, будут равными. Они направлены друг к другу и снижают брусок. Теперь сравните давления на уровнях верхней и нижней грани бруска.

Ученик: На нижней грани бруска вода оказывает большее давление, чем на уровне верхней.

Учитель: Почему?

Ученик: Давление на уровне нижней поверхности больше потому, что она находится на большей глубине.

Учитель: Написать формулу, по которой производится расчет давления жидкости на уровне верхней и нижней поверхности бруска.

(На доске ученики записывают формулы)

P₁ = g h₁ P₂ = g h₁

F₁ = P₁ S F₂ = P₂ S

F₁ =g h₁S F₂ = g h₂S

F₂ F₁, F₂- F₁- архимедова сила

Учитель: Сравните силы F₁ u F₂, с которыми вода действует на верхнюю и нижнюю грани.

Ученик: Сила F₂ больше, чем сила F₁

Учитель: Как направлены эти силы?

Ученик: Сила F₁ направлена вниз, сила F₂ – вверх.

Учитель: Почему сила F₂ направлена вверх?

Ученик: В соответствии с законом Паскаля: верхние слои воды производят давление на нижние слои, вода передает это давление в каждую точку жидкости без изменения. На нижнюю грань бруска также передается давление. Вода действует на эту грань снизу вверх с силой F_2.

Учитель: Верно. Представим силы, действующие на брусок графически.

(Учитель прикладывает к телу бумажные стрелки и зажимает их магнитом)

Какая стрелка изображает силу F₂, и какая F₁?

Ученик: Большая стрелка изображает силу F_2.

Учитель: Определите, чему равна равнодействующая сила?

У ченик: Чтобы определить равнодействующую силу, надо из большей

силы, вычесть меньшую.

(Учитель совмещает стрелки и отрезает часть большей,

эта часть изображает равнодействующую, которую он закрепляет на доске)

Учитель: Мы выяснили, почему на тело действует выталкивающая сила. Впервые выталкивающую силу рассчитал древнегреческий ученик Архимед, живший в V в. до н.э. Поэтому эту силу называют архимедовой силой. Проверим, все ли умеют правильно указывать направления сил, действующих на тело, погруженное в жидкость. Прошу показать стрелкой эти силы (учащиеся на своих магнитных досках закрепляют магнитами бумажные стрелки) А теперь послушайте рассказ о жизни Архимеда.

(Ученик читает доклад о жизни Архимеда, учитель в это время готовит опыт с ведерком Архимеда)

Архимед в своих исследованиях опирался на наблюдения, опыт, практическую деятельность, эксперимент.

Выясним, отчего зависит архимедова сила. Как математически можно рассчитать эту силу.

Итак, F_A= F₂ – F₁

F_A = g _ж h₂ S – g _ж h₁ S = g _жS(h₂ – h₁) =g S h

S h = V_{T. ж} ∙ V_T = m _ж

F_A = g m_ж = P_ж.

Итак, архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженного тела. Проверим этот вывод на опыте.

(Учитель объясняет назначение ведерка Архимеда).

Как убедиться в том, что объем вытесненной телом воды равен объему тела?

Ученик: Можно налить эту воду в ведерко, объем которого равен объему тела.

Учитель: Правильно. (Выливает воду в ведерко). Что происходит с пружиной?

Ученик: Пружина вновь растягивается, т.к. на нее дополнительно действует вес вытесненной воды.

Учитель: На какой отметке установился указатель?

Ученик: Указатель установился на первоначальной отметке.

Учитель: Итак, архимедова сила сократила пружину на 4 деления, а вес вытесненной воды растянул пружину на те же 4 деления. Что можно сказать об этих силах?

Ученик: Эти силы равны, т.е. архимедова сила равна весу жидкости, вытесненной телом.

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

Вы знаете, что газам то же применим закон Паскаля. Поэтому и на тела, находящиеся в газе, действует архимедова сила.

Формулу для силы Архимеда необходимо запомнить

F_A = g _ж V_T F_A= P_ж

Закрепление:

Качественные задачи. 1. К концам равноплечего рычага подвешены два тела одинакового тела, но разного объема (картофелина и металлическая гиря) Вопрос: Сохранится ли равновесие, если тела опустить в воду? Ответы проверяют опытом.

1. К концам того же рычага подвешивают два тела одинакового объема. Вопрос: Сохранится ли равновесие, если одно тело опустить в воду, а другое в керосин? Ответы проверяют опытом.

Итог урока.