Конспект уроку з фізики "Гідростатичне зважування. Зважування тіл гідростатичним методом"

Урок 8

Тема уроку: Гідростатичне зважування.   Зважування тіл гідростатичним методом.

Мета уроку:

• Ознайомити учнів з методом гідростатичного зважування та сформувати вміння вимірювати густину твердого тіла і рідини методом гідростатичного зважування; удосконалювати експериментальні навички та навички проведення віртуальних дослідів.
• Розвивати пізнавальну активність, творчі здібності, вміння мислити в стандартних і нестандартних ситуаціях.
• Виховувати свідоме розуміння значення знань у житті людини, готовність до колективних форм діяльності, зацікавленість учнів у результатах своєї роботи, відповідальність за здобуття ЗУН, впевненість при прийнятті рішень, навички раціонального використання часу.

Обладнання:  динамометр або пружина; вимірювальний циліндр або мензурка; тіло невідомої маси; штатив; посудина з водою; лінійка вимірювальна.

Тип уроку. Урок формування практичних навичок, умінь, знань.

Хід уроку

І. Організаційна частина

Вітання, фіксація відсутніх, готовність до уроку, план роботи на уроці.

. Актуалізація знань 

Інтерактивна вправа «Збери пазл».

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Якщо вправа виконана правильно, то для перегляду відкриється фрагмент мультфільму «Коля, Оля і Архімед».

Після перегляду обговорюємо спосіб, який Архімед використав для розв’язання поставленого царем завдання.

Суть методу гідростатичного зважування  полягає в тому, що густина твердих тіл визначається подвійним зважуванням: спочатку тіло зважують у повітрі (при цьому в багатьох випадках нехтують виштовхувальною силою, що діє на тіло у повітрі), а потім - у рідині, густина якої відома (наприклад, у воді). Гідростатичне зважування з давніх часів застосовується для визначення густини різних речовин. Для цього використовують закон Архімеда.

Підводне (гідростатичне) зважування

Цей метод вважається «золотим стандартом», так як має + / — 1,5% похибки. Таким способом  вимірюють відсотковий  вмісту жиру в організмі людини.

Дослідження виглядає так: людина сідає в крісло, підвішене до терезів, видихає, і його занурюють у резервуар з водою. Приблизно 10 секунд, поки йде підводне зважування, не можна дихати. Вся процедура повторюється кілька разів. По трьох максимальних результатах розраховують середнє значення. На його підставі з допомогою кількох складних формул обчислюється відсоток жиру в  тілі.
Зважаючи на те, що кістки і м'язи більш щільні, ніж вода, то людина з великим процентним вмістом жиру буде важити більше у воді і мати більш низький відсоток жиру тіла.  Точність вимірювання тут залежить від видиху повітря з легенів під час процедури. Процес займає близько 20-30 хвилин, коштує близько $ 100-150, і доступний кожному в науково-дослідних лабораторіях, університетах і лікарнях

Плюси
• Висока точність.

Мінуси
• Непрактичність.

• Висока вартість.

• Можливість частого використання (якщо Вам, звичайно, не сподобалося неодноразово занурюватися в бак і витрачати $ 150).

При зважуванні жінок і літніх людей він не відрізняється особливою точністю із-за того, що формули, добре «працюють» на чоловіків, тут дають значні похибки. Причина в різній щільності кісткових і м'язових тканин — у одних вони щільні, а у інших  менш щільні.

Якщо Ви дуже хочете отримати найбільш точну цифру своїх жирових відкладень в організмі, або Ви культурист або модель, чітко відстежуєте зміни в організмі, тоді гідростатичне зважування має сенс. В іншому випадку, це дуже непрактично.

Розглянемо приклад. Зважимо за допомогою динамометра тіло та запишемо значення ваги тіла Р=8Н.  Тепер зануримо повністю дане тіло у воду та знову зафіксуємо показник динамометра Р₁ =5Н. Визначимо густину тіл, якщо вважати, що густина води дорівнює 1000 кг/м³.

Сила Архімеда  визначається  F_a=P-P₁

Звідки        gρV= P-P₁

Оскільки   Р=mg=gρ_тV,  то

Підставимо це у вираз для архімедової сили, одержимо ,   звідки і випливає шукана формула для  визначення густини речовини твердого тіла:      

Підставимо наші значення у формулу

ρ= 1000*(8/(8-5))=2600 кг/м³.  За таблицею густин визначимо матеріал з якого виготовлено тіло – це граніт.

ІV.Формування практичних навичок та вмінь

Фронтальний експеримент виконується відповідно до інструкції, (додаток )

VI. Домашнє завдання.

1. Вивчити параграф  §32

2. Дати відповідь на запитання:

1.  Чому жир у гарячому супі збирається на поверхні?
2. Чому порожня скляна пляшка плаває на поверхні води, а наповнена водою тоне?
3. Чому мильна бульбашка, наповнена повітрям і опущена у вуглекислий газ, не падає на дно?
4. Дерев'яний брусок, що плаває у воді, витісняє 0,5 л води.
   Яка вага бруска?
5. На поверхні води у відрі плаває мідна каструля. Чи зміниться рівень води у відрі, якщо каструля потоне? Чому?
6. Тіло, маса якого дорівнює 2,5 кг, повністю занурили у воду. Маса витісненої води виявилася 2 кг. Потоне це тіло в рідині чи спливе на поверхню?
7. Як визначити масу дерев'яної кульки, маючи мензурку з водою?
8. Теплохід переходить із річки в море. Порівняйте виштовхувальні сили, які діють на нього в річці і морі.

Додаток

Інструкція до фронтального експерименту

 «Визначення густини тіла гідростатичним методом»

Мета: виміряти густину речовини, з якого складається тверде тіло, методом гідростатичного зважування.

Обладнання: динамометр, три тіла невідомої густини, посудина з водою, штатив.

Хід роботи

1. Закріпіть динамометр у штативі, зважте за допомогою динамометра одне із запропонованих вам тіл і запишіть у зошит для лабораторних робіт його вагуР.

2. Піднесіть до тіла знизу посудину з водою так, щоб тіло повністю поринуло у воду. Запишіть показання динамометра P₁ для цього випадку.

3. Скориставшись формулою  , визначте густину даного вам тіла ρ. Вважайте, що густина води дорівнює ρ_в= 1000 кг/м3.

4. Повторіть дослід для решти тіл.

5. Результати вимірів й обчислень запишіть у таблицю.

1.                    Порівняйте отримане значення густини з табличними значеннями густини й установіть, з якої речовини складається досліджуване тверде тіло.
2.                    Зробіть висновок.