Закон Архимеда и лабораторная работа (2 урока)

Школа:

МОУ «Торосовская ООШ»

Предмет: физика

Класс: 7

Учитель: Мак Н.В.

Цели урока:

1. Выяснить от чего зависит выталкивающая сила, действующая на тело помещенное в жидкость или газ; научить рассчитывать эту силу.

2. Формировать умение наблюдать физические явления, анализировать их, делать выводы, развивать экспериментальные навыки, активизировать познавательную деятельность учащихся путем решения проблемных задач.

3. Для повышения интереса к уроку раскрыть роль Архимеда в развитии физики; прививать интерес к предмету, способствовать чтению дополнительной литературы.

Оборудование: ведерко Архимеда, корона (из пластилина), кусок пластилина по весу равный короне, весы, сосуды с водой, лабораторный стакан с водой, динамометр, ванночка, рычаг, грузы разного объема; портрет Архимеда.

Д/з: §51, упр. 26(3)

Урок 1

1. Актуализация опорных знаний

   1. Заполнить таблицу на доске (1-ый ученик)

1. Задача (у доски) (2-ой ученик)

На доске изображен параллелепипед с площадью основания 0,5 м², погруженный в сосуд с водой, глубина указана.

• Что можно сказать о моделях сил, действующих на боковые грани параллелепипеда.

• Вычислить силу, действующую на верхнее основание параллелепипеда.

• Вычислить силу, действующую на нижнее основание параллелепипеда.

• С какой силой параллелепипед выталкивается из воды.

1. Решение качественных задач (фронтальная работа с классом)

• Собака легко перетаскивает утопающего в воде, однако на берегу, она не может сдвинуть его с места. Почему?

• Ходить по берегу, усеянному галькой босыми ногами больно. А в воде, погрузившись ниже пояса, ходить по мелким камням не больно. Почему?

• Для подводных лодок устанавливается предельная глубина погружения. Чем объяснить существование такого предела?

• Генерал нырнул в воду «солдатиком» и подвергся действию выталкивающей силы. Можно ли сказать, что вода выталкивала генерала в шею? (Нет. В подметки сапог)

• «Егорушка … разбежался и полетел с полуторасаженной высоты. Описав в воздухе дугу, он упал в воду, глубоко погрузился, но дна не достал; какая-то сила, холодная и приятная на ощупь, подхватила его и понесла обратно наверх. Он вынырнул и … опять нырнул … Опять та же сила, не давая ему коснуться дна и побыть в прохладе, понесла его наверх».
  О какой силе идет речь в этом отрывке?

А.П. Чехов «Степь»

(С.А. Тихомирова «Дидактический материал 7-11 кл.»)

1. Фронтальный ученический эксперимент (3-й ученик)

Показать на опыте, что на тело находящееся в жидкости, действует выталкивающая сила.

Оборудование: динамометр, стакан с водой, груз.

• Проверка таблицы и задачи на доске.

1. Объяснение нового материала

Каждый в своей жизни наблюдал явления, которые указывают на существование выталкивающей силы. Посмотрим еще раз.

Демонстрационное оборудование: сосуды с водой, ведерко Архимеда, весы, ванночка, рычаг, грузы разного объема.

Читая стихи, бросаем мячик в воду:

«Наша Таня громко плачет:

«Уронила в речку мячик».

Тише, Танечка, не плачь,

Не утонет в речке мяч».

? Почему мячик всплыл на поверхность?

 Опыт1. На равноплечем рычаге уравновесили в воздухе 2 груза (алюминиевый и латунный). Объем грузов разный. Подставим один из сосудов, заполненный водой, под алюминиевый груз и поднимем сосуд так, чтобы груз опустился в воду. Почему нарушается равновесие системы? (потому что на груз, погруженный в воду, действует выталкивающая сила).

 Опыт2. То же самое проделать со вторым грузом. Равновесие снова нарушилось. Почему? (потому что и на другой груз, погруженный в воду, действует выталкивающая сила).

 Опыт3. К обоим грузам поднести сосуды с водой и поднять их так, чтобы началось погружение тел. Равновесие системы опять нарушается.

 Проблема:

Почему нарушается равновесие

уравновешенного в воздухе рычага с грузами одинакового веса,

но различного объема, помещенными в жидкость?

(Ответ: на тела действуют различные выталкивающие силы)

Итак, на тела действуют различные выталкивающие силы. Почему? Выясним, от чего они зависят? (Запись в тетради темы урока).

Выталкивающую силу называют еще и Архимедовой силой. В честь древнегреческого ученого Архимеда. Предание донесло до нас курьезный случай из жизни Архимеда, связанный с открытием закона о погружении тел в жидкость.

о.Сицилия, Сиракузы III век до н.э. …

(три ученика показывают сценку с демонстрацией опыта проведенного Архимедом, приложение стр. 8)

Оборудование: корона (из пластилина), кусок пластилина по весу равный короне, весы, сосуды с водой.

Два обстоятельства важны в этой легенде:

1. Архимед нашел способ измерить объем твердого тела сложной формы.

2. Он сопоставил вес различных веществ не друг с другом, а с весом воды, т.е. впервые обратил внимание на свойство физических тел, которое мы называем плотностью, открыл гидростатический способ взвешивания.

Следовательно, архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженного тела: F_А=Р_ж=mg. Нельзя ли полученный вывод проверить на опыте?

 Опыт4. Демонстрация опыта с ведерком Архимеда (V_ц=емкости жидкости в ведерке)

? Почему сократилась пружина при погружении цилиндра в воду? Что нужно сделать, чтобы пружина заняла первоначальное положение? Как это можно сделать?

 Опыт5. Повторить опыт с другой жидкостью (насыщенный раствор соли).

 Опыт6. Погрузить цилиндр частично.

Запишем закон Архимеда в тетрадь (работа с учебником):

Определим вес тела, погруженного в жидкость (или газ). Т.к. две силы, действующие на тело, в этом случае направлены в противоположные стороны (F_т↓ F_А↑), то вес тела в жидкости Р₁, будет меньше веса тела в вакууме Р₀=mg. Можно записать: Р₁= Р₀ – F_А, где F_А=m_жg – сила Архимеда, или выталкивающая сила. Таким образом, если тело погружено в жидкость (или газ), оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ).

1. Выполнение лабораторной работы по группам (2-ой урок).
   (группам выдаются задания на заранее приготовленных бланках отчета).

2. Обобщение

Представитель каждой группы дает отчет о проделанной работе с демонстрацией опыта перед всем классом. По ходу отчета учащиеся делают следующие записи в тетрадях:

1. F_А зависит от V_т (F_А ~ V_т)

2. F_А не зависит от ρ_тела

3. F_А зависит от ρ_ж (F_А ~ ρ_ж)

4. F_А не зависит от h_{столба жид}

5. F_А не зависит от формы тела



F_А=m_жg= Р_ж, m_ж= ρ_жV_ж,
V_т погруженного в жидкость = V_ж вытесненной телом



V. Итоги уроков

1. Какая сила действует на тело находящееся в жидкости или газе? Куда она направлена?

2. От каких величин зависит сила Архимеда?

3. От каких величин не зависит сила Архимеда?

4. Чему равна F_А, действующая на тело погруженное в жидкость или газ?

5. Сформулировать закон Архимеда.

Подводятся итоги, выставляются оценки.

Урок 2

Лабораторная работа

Тема: «Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело»

Цели работы:

1. выяснить, от чего зависит выталкивающая сила (архимедова сила), действующая на тело, погруженное в жидкость;

2. вывести формулу для расчета силы Архимеда.

Класс («младшие научные сотрудники») делится на 5 исследовательских лабораторий. Во главе каждой – «старшие научные сотрудники». Каждой лаборатории дается свое задание.

1 лаборатория

Оборудование: кусочки пластилина объемом 10, 20, 40 см³ на нити, динамометр, сосуд с водой.

Ход работы. Измерить вес каждого кусочка пластилина сначала в воздухе, а затем в воде. По результатам работы заполнить таблицу.

Ответить на вопросы. Зависят ли значения выталкивающих сил от объема тела? Как зависят? На какой из кусочков действует максимальная выталкивающая сила?

Вывод: F_А ~ V_т , значит F_А зависит от V_т

2 лаборатория

Оборудование: цилиндр на нити, динамометр, сосуды с простой и соленой водой (ρ_в=1000 кг/м³, ρ_{сол. в}≈1150 кг/м³)

Ход работы. Измерить, с помощью динамометра, вес цилиндра в воздухе. Затем его вес в простой воде, а потом в соленой воде. Определить, на сколько уменьшится вес тела в каждой жидкости. По результатам работы заполнить таблицу.

Ответить на вопросы. Зависит ли выталкивающая сила от плотности жидкости? Как зависит? В какой из жидкостей на тело действует минимальная архимедова сила?

Вывод: F_А ~ ρ_ж , F_А зависит от ρ_ж

3 лаборатория

Оборудование: алюминиевый, стальной, латунный, динамометр, сосуд с водой.

Ход работы. Измерить динамометром вес каждого цилиндра в воздухе, затем, опустив поочередно в воду. Вычислите действующие на них архимедовы силы. По результатам работы заполнить таблицу.

Ответить на вопросы. Сравнить выталкивающие силы и выяснить зависит ли выталкивающая сила от плотности тела?

Вывод: F_А не зависит от плотности цилиндра

4 лаборатория

Оборудование: мензурка, цилиндр на нити, динамометр, стакан с водой, линейка.

Ход работы. Налить в мензурку воду, замерить высоту столба жидкости, опустить в нее цилиндр и определить выталкивающую силу. Предварительно измерить вес цилиндра в воздухе. Затем, подливая воду в мензурку, следить за изменениями показаний динамометра. По результатам работы заполнить таблицу.

Ответить на вопросы. Сравнить выталкивающие силы и выяснить зависят ли они от высоты столба жидкости?

Вывод: F_А не зависит от высоты столба жидкости (от глубины погружения h)

5 лаборатория

Оборудование: тело из пластилина на нити, динамометр, сосуд с водой.

Ход работы. Кусочку пластилина придать сначала форму шарика, затем цилиндра, а затем кубика. Определить вес каждого тела различной формы в воздухе, затем в воде. Найти выталкивающие силы, действующие на тела разной формы. По результатам работы заполнить таблицу.

Ответить на вопросы. Сравнить выталкивающие силы и выяснить зависят ли они от формы тела?

Вывод: F_А не зависит от формы тела.

Закон Архимеда

(сценка)

Ведущий. Жил в Сиракузах мудрец Архимед,

Был другом царя Гиерона.

Какой для царя самый

важный предмет?

Вы все догадались – корона!

Захотелось Гиерону

Сделать новую корону.

Золота отмерил строго.

Взял не мало и не много,

Сколько нужно, в самый раз.

Ювелиру дал заказ.

Через месяц Гиерону

Ювелир принес корону.

Взял корону Гиерон,

Оглядел со всех сторон.

Чистым золотом сверкает…

Но ведь всякое бывает,

И добавить серебро

Можно к золоту хитро,

А того и хуже – медь

(Если совесть не иметь)…

И царю узнать охота:

Честно ль сделана работа?

Не желал терпеть урон Гиерон.

И позвал он Архимеда…

Началась у них беседа.

Гиерон. Вот корона Архимед.

Золотая или нет?

Архимед. Чистым золотом сверкает…

Гиерон. Но, ты знаешь, все бывает!

И добавить серебро

Можно к золоту хитро.

А того и хуже – медь,

Если совесть не иметь.

Сомневаться стал я что-то.

Честно ль сделана работа?

Можно ль это, ты скажи,

Определить?

Но корону не царапать, не пилить…

Ведущий. И задумался ученый:

Архимед. Что известно? Вес короны.

Ну а как найти ОБЪЕМ?

Ведущий. Думал ночью, думал днем.

И однажды, в ванне моясь,

Погрузился он по пояс.

На пол вылилась вода -

Догадался он тогда,

Как найти ОБЪЕМ короны,

И помчался к Гиерону,

Не обут и не одет…

А народ кричал вослед:

– Что случилось, Архимед?

– Может быть, землетрясенье

Или в городе пожар!

Всполошился весь базар!

Закрывали лавки даже.

Шум и крики, и смятенье!

Он промчался мимо стражи.

Архимед. Эврика! Нашел решенье!

Ведущий. Во дворец примчался он.

Архимед. Я придумал, Гиерон!

(Во дворце)

Архимед. Эврика! Раскрыл секрет!

Гиерон. Ты оденься, Архимед!

Вот сандалии, хитон.

А расскажешь все потом!

Архимед. Пусть весы сюда несут

И с водой большой сосуд…

Всё доставить Гиерону!..

На весы кладем корону

И теперь такой же ровно

Ищем слиток золотой…

(находят кусок золота, по весу равный короне)

Гиерон. Всё понятно!

Архимед. Нет, постой!

Мы теперь корону нашу

Опускаем в эту чашу.

Гиерон! Смотри сюда –

В чаше поднялась вода!

Ставлю черточку по краю…

Гиерон. А корону?

Архимед. Вынимаю.

В воду золото опустим.

Гиерон. В воду – золото? Допустим…

Архимед. Поднялась опять вода,

Метку ставлю я.

Гиерон. Куда?

Архимед. Ну, конечно же, по краю.

Гиерон. Ничего не понимаю…

Лишь две черточки я вижу.

Эта – выше, эта – ниже.

Но какой же вывод главный?

Архимед. Равный вес.

ОБЪЕМ не равный!

Понимаешь, Гиерон,

Я сейчас открыл закон.

Тот закон совсем простой.

Тело вытеснит…

Гиерон. Постой!

Говоришь, объем не равный?

Мастер мой – мошенник явный!

За фальшивую корону

Он ответит по закону!

А ты за разгадку

Получишь дары!

Ведущий. На этом прервалась беседа…

Немало воды утекло с той поры,

Но помнят закон Архимеда!

11