Плавание судов. Законы физики на службе человечества.

Тема: «Плавание судов».  Законы физики на службе человечества.

7 класс.

Цель:  расширить  кругозор у обучающихся по практическому применению действия жидкостей погруженные в них тела, через  активное включение учеников в самостоятельную  работу по изучению нового материала.

Задачи.

Образовательные: 1) показать обучающимся  практическую значимость 

                                    изучаемой   темы;

                                2) понять, что такое: осадка, ватерлиния, водоизмещение, грузо-

подьемность.                                  

Воспитательные:  1) привитие навыков коллективной  работы и  товарищеской  

взаимопомощи;

                                2) воспитывать самостоятельность, трудолюбие и  настойчивость по

                                    достижению поставленной цели.

Развивающие:       1) углубить интерес к физике;

                               2) развивать умение воспроизвести  полученную информацию;

                               3) развивать способность к анализу и творческую активность, умение

логически мыслить.

Тип урока – изучение нового материала.

Технология – изучение темы на основе физических экспериментальных заданий.

Оборудование – комплект для изучения плавания тел, бумажные листы и цветные карандаши, компьютер и мультимедийный проектор, аквариум, прозрачные посуды.

Методы обучения: постановка учебной проблемы, словесно-наглядный, частично-поисковый.

Ход урока.

1. Организационный этап

Вступление.

Учитель:

Дорогие семиклассники!

Я очень рад провести этот урок с вами. Я знаю: каждый из вас осилит тему нашего занятия.

Ребята, как вы думаете, что необходимо нам для успеха на уроке?

- Настрой.

- Улыбнитесь друг другу и настроимся на плодотворную работу.

Присаживайтесь.

2. Постановка учебной проблемы и ее обсуждение.

Учитель. - На этом уроке мы с вами продолжим выяснять о действии жидкостей на погруженные в них тела. Тему урока я предлагаю определить вам самим. Для этого загадаю несколько загадок.

По волнам дворец плывет,

На себе людей везет.

(Корабль)

Паровоз без колес!

Вот так чудо-паровоз!

Не с ума ли он сошел? —

Прямо по морю пошел!

(Пароход)

Обучающиеся определяют, что эти загадки относятся водным транспортным средствам.

3. Актуализация познавательной деятельности.

Учитель. Таким образом, загадки относились к транспортам на воде, а это подсказывает вам тему нашего урока?

Обучающиеся. Темой сегодняшнего урока будет «Плавание судов». (Слайд 1)

Учитель. Что мы должны знать о плавании судов? Правильно, необходимо учитывать условия плавания тел. Для перехода водных преград люди изобрели плавучие средства. (Слайд 2)

Из какого материала создавались эти плавучие средства?

Обучающиеся. Корпуса плавучих средств создавались из дерева. Потому что выполняется условие плавания тел, так как плотность древесины меньше плотности воды. Также древесина хорошо обрабатывается.

Демонстрируются слайды № 3-

Учитель. Какие недостатки у плавучих средств, сделанные из дерева?

Обучающиеся называют недостатки деревянных плавучих средств.

Учитель. Можем ли использовать металлы для создания плавучих средств? Какое условие выполняться при погружении металла в воду? Проверим на опыте.

Физическое экспериментальное задание №1. Сосуд с водой, цилиндры из железа и алюминия. Обучающиеся убеждаются, что металлические цилиндры тонут в воде. При этом оговаривается, что плотность металлов больше плотности воды.

Учитель. Проблема. Может ли плавать тело, если плотность материала, из которого оно сделано больше плотности жидкости? Корпус современного судна сделан из металла. Почему же они не тонут?

Физическое экспериментальное задание №2. Сосуд с водой, полое алюминиевое тело. Обучающиеся убеждаются, что металлические полое не тонет в воде. При этом оговаривается, что средняя плотность таких тел меньше плотности воды.

Учитель. Таким образом металлические корпуса кораблей должны быть полыми. Тогда, несмотря на огромную массу их средняя плотность будет меньше плотности воды. При этом сила тяжести, действующая на судно, уравновешивается архимедовой силой, и судно плавает. Если бы корабли не имели внутри себя заполненных воздухов отсеков и целиком состояли из металла, они, конечно, не смогли бы удержаться на воде. Но корабли содержат много пустых помещений. Это и приводит к тому, что их средняя плотность оказывается меньше плотности воды. Слайд

Основные понятия темы. Работа по учебнику.

в атерлиния

осадка

1. Осадка судна – глубина погружения.

2. Ватерлиния – линия, отмечающая наибольшую допустимую осадку.

3. Водоизмещение – вес воды, вытесняемый судном при погружении его до ватерлинии.

4. Грузоподъемность – принятый на судно груз при погружении до ватерлинии.

3. Суда способные плавать под водой называют подводными, а все остальные – надводными.

Приведите примеры надводного транспорта и подводного.

4. Как происходит подъем и погружение подводной лодки?

ФЭЗ№3. Сосуд с водой и подводная лодка.

Для погружения в воду в подводных лодках применяют специальные балластные цистерны, наполненные водой. Всплытие подводной лодки происходит вследствие вытеснения воды из этих цистерн сжатым воздухом.

5. Охарактеризовать экологическую ситуацию, создаваемую в результате эксплуатации подводных и надводных транспортных средств. Предложить альтернативный транспорт.

Водные транспортные средства загрязняют воду. Нефть, попавшая в море из двигателей или из танкеров, всплывает и расте­кается по поверхности, в результате на воде образуется пленка, резко уменьшающая газообмен между водой и воздухом и тем самым нарушающая нормальную жизнь рыб и друг их обитателей моря. Таким образом, экологическая обстановка ухудшается. Экологически безвредными транспортными средствами являются плоты и парусные суда.

6. Из истории водного транспорта.

7. Задачи.

1. Почему надувная лодка имеет малую осадку? (плотность воздуха меньше плотности воды, а вес стенок лодки невелик.)

2. Почему тонет корабль, получивший пробоину?

3. Почему гвоздь в воде тонет, а тяжелое металлическое судно нет?

4. Как измениться осадка судна при переходе его из реки в море?

5. Почему подводной лодке иногда трудно оторваться от глинистого дна? (Архимедова сила не возникает в том случае, когда вода не проникает между лодкой и дном).

Б.С. Житков «Под водой» 
Подводная лодка не может всплыть со дна залива. «Лейтенант вздрогнул. Минер вопросительно на него посмотрел.

- Сели на мель? Так ведь? – спросил он лейтенанта.

Рули были поставлены на подъем, винт работал, приборы показывали, что лодка на той же глубине. Лейтенант вспомнил, что тут в порту глинистое, липкое дно».

6. Взгляните, как плавает ягодка винограда в стакане с газированной водой. Что общего между этим явлением и подводной лодкой? (У подводной лодки есть специальные цистерны. Называются они – балластные. Когда лодка должна всплыть – они должны быть пусты, при погружении – их заполняют забортной водой. В случае ягоды винограда роль таких цистерн выполняют пузырьки воздуха, которыми покрыта эта ягода.

7. За одну минуту приведите примеры использования закона Архимеда в мире живой природы.

8. «Задача от Архимеда».

Однажды царь спросил у Архимеда, сколько нужно взять золота, чтобы его масса была равна массе слона? Архимед довольно легко справился с этой задачей. Догадайтесь, каким способом?

Итог урока. Домашнее задание.

Инструкция по выполнению ФЭЗ.

ФЭЗ №1. Плавание тел.

Цель: выяснить условия плавания тел.

Приборы и материалы: цилиндры, сосуд с водой.

Ход работы.

1. Опустите цилиндры в сосуд с водой. Что произошло?

2. Сделайте вывод.

ФЭЗ №2. Плавание судов.

Цель: исследовать зависимость погружения тела в воду от его объема и увеличения

веса.

Приборы и материалы: кусок пластилина, мелкие предметы, сосуд с водой.

Ход работы.

1. Опустите кусок пластилина в сосуд с водой. Что произошло?

2. Выньте пластилин из воды. Сделайте из него лодку и опустите её в сосуд с

водой. Что произошло?

3. Нагрузите лодку. Что произошло?

4. Сделайте вывод.

Лист самоподготовки, самопроверки и самооценки.

Фамилия:___________________________класс:_________дата:_____________________

Тема:______________________________________________________________________

Задание№1. Выполните ФЭЗ№1.

Вывод:______________________________________________________________________________

Задание№2. Выполните ФЭЗ№2.

Вывод:______________________________________________________________________________

Задание№3. Заполните пропуски в тексте и запомните. (Смотрите текст учебника на стр. 155-156)

1. Осадка судна – ________ погружения.

2. Ватерлиния – линия, отмечающая __________ допустимую __________.

3. Водоизмещение – вес ____________, вытесняемый судном при погружении его до _________.

4. Грузоподъемность – принятый на судно ____ при погружении до _________.

5. Суда способные плавать ____________ называют подводными, а все остальные –___________

Задание № 4. Выполните ФЭЗ№3.

Вывод:______________________________________________________________________________

Я

5 . Самооценка. Оцени свою работу на уроке.

Количество баллов______ Оценка_____

____________________________________________________________________

Учитель. Давайте, вспомним, когда тела тонут, плавают, всплывают.(Ответы учащихся)

На доске записаны символы: Fт FA

ρт ρж

Какие знаки равенства можно поставить между символами?

Тогда тело как себя поведет?

= Что наблюдаем?

Учитель. Справились с заданием? Молодцы!

Учитель: Предлагаю посмотреть иллюстрацию к сказке А.С. Пушкина …..

-Каким образом бочка может плыть по морю?

-(Отпускается гвоздь в стакан с водой) Почему гвоздь тонет, а металлический корабль нет? Почему пластилин тонет, а пластилиновый кораблик этой же массы нет?

Почему лист фольги тонет в воде, а коробочка из фольги – нет? На эти вопросы вы сможете ответить в ходе урока. Итак, тема урока «Плавание судов».

Учитель. Сегодня я выступаю в роли капитана и приглашаю вас в путешествие. В ходе урока мы должны рассмотреть физические основы плавания судов. Не забывайте делать пометки в бортовом журнале. Итак, команда к плаванию готова? Свистать всех наверх, отдать концы, мы отплываем. Семь футов под килем!

Что кроме знаний нам понадобиться в путешествии?

Ученики. Еда, одежда, лекарства, взаимная выручка, смелость, отвага, крепкое здоровье, выносливость, внимание, взаимоуважение и дисциплинированность..

Физкультминутка.

Есть комплекс упражнений, чтобы приучить себя не бояться воды. Предлагаю разучить одно из них. Люди тонут потому, что боятся полностью погрузиться в воду. Они стремятся выскочить из воды, а ведь при этом архимедова сила уменьшается. Чтобы плавание не закончилось трагично, наберите воздуха и присядьте на дно (сгруппировавшись). Вскоре вы всплывете, и будете держаться на поверхности, как поплавок. Итак, встаньте, на мгновение закройте глаза и представьте, что вы стоите в водоёме там, где вода вам по грудь и повторите упражнение.

Учитель. Теперь нам не страшны любые происшествия. Для романтики будем считать наш корабль парусником.

4. Изучение нового материала

Учитель. Говоря о плавании судов, можно заметить, что необходимость в таком способе передвижения у человека была всегда. Какова история становления судов?

Судно — это сложное инженерное сооружение, способное передвигаться по воде (обычные надводные суда), под водой (подводные суда) или над водой (суда на подводных крыльях и на воздушной подушке) Первым средством передвижения людей по воде были обломки деревьев, потом появились плот, челн — бревно с выдолбленной сердцевиной. Постепенно люди научились улучшать мореходные качества судов, строить их из отдельных частей — каркаса и обшивки. Первоначально на челнах и плотах передвигались с помощью шестов и весел. Затем, примерно за 3000 лет до н. э. появился парус — на судах в Средиземном море. Со временем паруса были заменены паровыми машинами. С развитием атомной энергетики появились установки, вырабатывающие пар на тепле, выделяемом в ядерном реакторе. Первое гражданское судно на ядерном топливе — атомный ледокол «Ленин» работал в Арктике с 1959 г. Самоходное судно приводится в движение с помощью движителя (паруса, винта, колёс). Корпус судна состоит как бы из скелета (его называют набором), к которому прикрепляются наружная обшивка, палуба и другие части.

На ваших партах лежат бортовые журналы. Найдите в бортовых журналах задание №1 и заполните его. Бортовой журнал

Задание № 1. Судно

по способу передвижения

(по воде)………. (над водой) …(под водой)…….

Учитель. По способу передвижения, какие судна бывают? Какие виды судна вы запомнили, с помощью чего они передвигались?

Учитель. Итак, мы узнали, историю становления судна. Чтобы времени не терять даром, давайте изучим устройство корабля. (Демонстрируется слайд с фотографией поперечного разреза корабля.) Для чего на дне корабля размещен груз?

Ученики. Груз называется балластом и размещен для устойчивости.

Учитель. А как же суда держатся на воде, принимают на борт и перевозят большие грузы? Строительство современных плавательных судов основано на применении материалов, плотность которых выше плотности воды. Почему же танкеры, крейсеры, изготовленные из стали держатся в воде?

Я вам предлагаю изложить основные понятия, отражающие физические основы плавания судов. Информационную поддержку вы можете получить в учебнике на с. 124.

В бортовых журналах найдите задание №2

Ученики. Суда, изготовленные из тяжелых материалов, плавают в воде потому, что вес воды, вытесненной подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом. Средняя плотность судна меньше плотности воды.

Учитель. Глубина, на которую погружается судно, называется осадкой. Наибольшая допускаемая осадка судна обозначена на корпусе судна красной линией, называемой ватерлинией от голландского – ватер – вода.

Любое тело вытесняет своей подводной частью столько воды, что вес этой воды равен весу тела в воздухе. Это справедливо и для любого судна. Условия плавания судов: в судостроении используется тот факт, что путем изменения объема можно придать плавучесть практически любому телу.

Вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом, называется водоизмещением судна. Но при плавании судна учитывается еще одна величина – это грузоподъемность. Грузоподъемность – разность между водоизмещением судна и весом самого судна.

Эти понятия отражают физические основы плавания судов.

Закрепим их решением задач. Находим задачу в бортовом журнале, задание №3.

Задача : После разгрузки баржи её осадка в реке уменьшилась на 60см. Определите вес груза, снятого с баржи, если площадь сечения баржи на уровне воды равна 240 м2.

Дано: СИ Решение:

S= 240 м2 Вес груза, снятый с баржи, равен изменению

h= 60см 0,6 м Архимедовой силы, действующей на баржу,

= 1000кг/м3 FА =  g  V=   g S  h   V= S  h =144м3

g= 9,8=10 Н/кг FА= 1000кг/м3 * 10 Н/кг * 240 м2* 0,6 м =144 0000 Н

P-? Ответ: Р= FА=144 0000 Н

Учитель. В дальнем плавании случается, выпадет свободная минутка и тогда можно почитать любимую книгу, конечно, о морских путешествиях.

Зачитывается фрагмент романа «Бегущая по волнам» Александра Грина.

«Первые часы отплытия всегда праздничны и напряженны, при солнце или дожде, - все равно; поэтому я с нетерпением вышел на палубу. Меня охватило хорошо знакомое, любимое мною чувство полного хода, не лишенное беспричинной гордости и сознания живописного соучастия… Зрелище развернутых парусов над закинутым, если смотреть вверх, лицом таково, что видеть их, двигаясь с ними, - одно из бескорыстнейших удовольствий, не требующих специального знания. Просвечивающие, стянутые к концам рей острыми углами, великолепные парусные изгибы нагромождены вверху и вокруг. Их полет заключен среди резко неподвижных снастей. Паруса мчат медленно ныряющий корпус, а в них, давя вперед, нагнетая и выпирая, запутался ветер».

Учитель. Какие трудности могут поджидать путешественников в морском плавании?

Ученики. Сильный ветер – шторм, для парусника – безветрие (штиль), встреча с айсбергом, рифы, мель и др.

Учитель. Представим себе, что настал полный штиль, и наш парусник на некоторое время оказался бездвижен. Но скучать команде не пришлось. Откуда ни возьмись, появляется подводная лодка «Наутилус». Вы что- нибудь слышали, читали или видели о «Наутилусе» и его капитане Немо?

Ученики. Нет.

Учитель. Подводная лодка «Наутилус» и капитан Немо – персонажи произведений знаменитого французского писателя-фантаста Жюля Верна «20000 лье под водой» и «Таинственный остров».

Зачитывается фрагмент романа «20000 лье под водой»:

«1866 год ознаменовался удивительным происшествием, которое, вероятно, еще многим памятно. Не говоря уже о том, что слухи, ходившие в связи с необъяснимым явлением, о котором идет речь, волновали жителей приморских городов и континентов, они еще сеяли тревогу и среди моряков. Купцы, судовладельцы, капитаны судов, Шкиперы, как в Европе, так и в Америке, моряки военного флота всех стран, даже правительства различных государств Старого и Нового Света были озабочены событием, не поддающимся объяснению.

Дело в том, что с некоторого времени многие корабли стали встречать в море какой-то длинный, фосфоресцирующий, веретенообразный предмет, далеко превосходивший кита как размерами, так и быстротой передвижения».

Учитель. А интересно ли вам устройство и принцип действия подводной лодки?

Ученики. Да.

Учитель. Капитан Немо приглашает вас на экскурсию.

(Демонстрируется фильм об устройстве подводной лодки.)

Учитель. Более того, капитан Немо предлагает вам самим поуправлять подводной лодкой. Вашему вниманию представляется модель подводной лодки. Какие элементы вы выделите?

Ученики. Балласт, воздушная камера, баллон со сжатым воздухом.

Учитель. Что нужно для погружения лодки?

Ученики. Выпустить избыток воздуха и заполнить камеру водой.

Учитель. Почему выдумаете, что лодка погрузится?

Ученики. Лодка станет тяжелее, ее плотность станет увеличиваться и когда станет выше плотности воды, лодка начнет погружаться.

Учитель. Что нужно для всплытия лодки?

Ученики. Нужно удалить излишнюю воду.

Учитель. Тем временем подул ветер. Нам необходимо расправить паруса и пора двигаться дальше. К новым берегам, странам, к неизведанному.

Согласитесь, что наше путешествие напоминает остросюжетный приключенческий роман. Стилистика этого жанра предполагает всевозможные происшествия и счастливое спасение. Вот и в нашем путешествии не все гладко. Наш корабль подошёл слишком близко к берегу и сел на мель. Да так крепко, что нет никакой надежды сняться с мели. Какие способы движения вы предложите для возвращения домой?

Ученики. (Предлагают – дождаться помощи, отправиться вплавь и др.) Можно изготовить воздушный шар.

Учитель. Представим себе, что нам удалось изготовить шар и подняться на нем. куда он полетит? Как можно управлять шаром? (Ученики пытаются ответить на вопросы.) Оказывается на различной высоте, ветры дуют в разные стороны. Воздухоплаватели знают это и пользуются этим для управления шаром. О ВОЗДУХОПЛАВАНИИ МЫ ПОДРОБНО ПОГОВОРИМ НА СЛЕДУЮЩЕМ УРОКЕ.

5. Закрепление.

Учитель. Предположим, мы поймали нужный поток воздуха и благополучно вернулись в родные края. Нас встречают родные, близкие, любопытные. Каждый хочет знать, где вы были, что видели, чего узнали?

Что вы расскажите?

На каком транспорте передвигались?

Что нового узнали? увидели?

ДОМА вы напишите о своих приключениях в виде ответов на задания:

кроссворд;

ребус;

поиск информации в интернете по темам: монгольфьер, шарльер, стратостат; дирижабль

6. Итоги урока.

Учитель. Мы вместе прошли трудный путь от гипотез, догадок, к подлинно научной теории и научились использовать закон Архимеда. Все цели нашего исследования достигнуты. В организации нашего исследования мы использовали все этапы научного творчества, показали себя хорошими, наблюдательными экспериментаторами, способными не только подмечать вокруг себя новое и интересное, но и самостоятельно проводить научное исследование.

Физика учит хозяйку,

Как пищу готовить быстрей.

Зимою выращивать розы,

Тепло сберегать в квартире своей.

Физика учит плавать

Тяжёлый морской теплоход,

Летать воздушный лайнер,

Космический звездоход.

Физика в жизнь воплощает

Все замыслы и мечты.

Загадки природы она объясняет,

Всем, кто с нею на ты.

Адам Мицкевич

Итак, урок подходит к завершению. Есть ли у вас вопросы по изученной теме? (Выставление оценок за урок.)

Ученики. Нет.

Учитель. Мне очень понравилось с вами работать. Большое Вам спасибо.

7. Домашнее задание:

§ 51, упр. 26.

кроссворд;

ребус;

поиск информации в интернете по темам: монгольфьер, стратостат; дирижабль