Урок-проєкт: «Умови плавання тіл. Розвиток судноплавства та повітроплавання».

Тема уроку-проєкту: «Умови плавання тіл. Розвиток судноплавства та повітроплавання».

 

Анотація проєкту

 Проєкт «Умови плавання тіл. Розвиток судноплавства та повітроплавання» у курсі фізики 7 класу демонструє роль архімедової сили в практичній діяльності людини й дозволяє пов’язати знання законів фізики з реальними явищами та фактами, що впливають на здоров’я людини, розвиток техніки. Проєкт учить самостійно працювати з інформаційними ресурсами; вибирати потрібну інформацію, аналізувати її й робити відповідні висновки. Проєкт заснований на міжпредметних зв’язках фізики й біології, фізики й техніки.

 

Перелік питань для проєкту

 

1. Поводження різних тіл у воді.

2. Прилади для вимірювання густини рідини.

3. Умови плавання тіл і живі організми.

4. Використання людиною умов плавання тіл.

5. Історія розвитку повітроплавання.

6. Розвиток судноплавства.

7. Сучасний стан судноплавства та повітроплавання.

 

Тривалість виконання:  два тижні.

Типологія проєкту:  дослідницький.

Мета

Навчальна: поглибити знання учнів про умови плавання тіл на основі поняття про архімедову силу; розкрити практичне використання умов плавання тіл у житті людини, природі; познайомити учнів з історією розвитку судноплавства та повітроплавання.

Розвивальна: розвивати в учнів експериментальні навички й уміння; продовжити формування інформаційно-комунікативних умінь учнів: вибирати потрібну інформацію, аналізувати її й робити відповідні висновки; розвивати критичне мислення, творчу активність і творчі здібності учнів.

Виховна: виховувати самостійність і наполегливість у навчанні; показати роль знань і їх застосування для практичних потреб людини; формувати професійні інтереси; виховувати почуття відповідальності й бережливого ставлення до природи.

Очікувані результати:

• учні називають поняття архімедової сили;
• учні пояснюють урахування архімедової сили  під час проєктування морських суден та літальних апаратів;
• учні уміють застосовувати теоретичні знання про архімедову силу для пояснення судноплавства та повітроплавання.

Технічні засоби навчання, наочні посібники

1. Комп’ютер, телевізор, презентації учнів.
2. Устаткування, яке учні самостійно дібрали для виконання навчальних проєктів.

 Міжпредметні зв’язки: математика, географія, біологія, історія.

План  заняття

Час	Метод навчання	Зміст роботи
2 хв.	Бесіда	І. Організаційний момент
2 хв.	Бесіда	ІІ. Мотивація вивчення нового матеріалу
38 хв.	Звіти груп	ІІІ. Захист прєктів
2 хв.	Метод «Мікрофон»	ІV. Підбиття підсумків уроку
1 хв.		V. Домашнє завдання

 

 

Проведення уроку-проєкту

 

І. Організаційний момент

Учитель оголошує правила захисту проєкту: кількість часу відведеного кожній групі для захисту проекту; критерії оцінювання. Коментує презентації, акцентує увагу учнів на важливих моментах теми.

 Інформація для вчителя

Критерії оцінювання проєкту

1. Обґрунтування й постановка мети, планування шляхів її досягнення, практична цінність проекту (максимальний бал – 2)

Мета виконання проєкту не сформульована.	0
Мета визначена, але не позначені шляхи її досягнення, немає плану роботи.	1
Мета визначена, чітко описана, подано детальний план шляхів її досягнення. Проєкт виконано точно й послідовно відповідно до плану, має практичну цінність.	2

2. Повнота використаної інформації, різноманітність джерел інформації (максимальний бал – 2)

Бібліографія відсутня.	0
Бібліографія містить незначний обсяг відповідної інформації.	1
Робота містить досить повну інформацію з широкого спектра відповідних джерел.	2

 

3. Творчий і аналітичний підхід до роботи, новизна рішень

(максимальний бал – 3)

Робота не містить особистих роздумів і є нетворчим зверненням до теми проєкту.	1
Робота містить роздуми описового характеру, не використані можливості творчого підходу.	2
Робота відзначається глибокими роздумами й аналізом, власним оригінальним ставленням автора до ідеї проєкту, новими рішеннями.	3

4. Якість оформлення звіту про роботу над проєктом (максимальний бал – 2)

Звіт відсутній.	0
Звіт представлений у вигляді усного повідомлення без наочних посібників.	1
Звіт представлений у вигляді презентації або текстового файлу.	2

5. Аналіз процесу й результатів роботи (максимальний бал – 1)

Висновки відсутні.	0
Представлений вичерпний огляд ходу роботи з аналізом ситуацій, що склалися.	1

6. Особиста зацікавленість автора, його залученість у роботу,

рівень самостійності (максимальний бал – 2)

Робота шаблонна, що показує формальне ставлення автора.	1
Робота самостійна, що демонструє особисту зацікавленість автора, власні розробки і пропозиції.	2

 

ІІ. Мотивація вивчення нового матеріалу

 

Учитель. Ми знаємо, що на будь-яке тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила. Але чи достатньо ваших знань, щоб пояснити, коли плаває тіло?  Чому одні тіла тонуть у рідині, а інші в тій же рідині плавають? Чому одне й те ж тіло в одній рідині тоне, а в іншій плаває?  На сьогоднішньому уроці   представники груп презентують підготовлені проєкти, які допоможуть дати відповіді на поставлені запитання та на важливість знань для практичних потреб людини. Решта учнів конспектують матеріал у робочих зошитах.

 

 

Теорії, гіпотези, закони й постулати

Для того й відкривалися, щоб їх застосувати.

 

ІІІ. Захист проєктів

 Група 1. «Експериментатори»

Завдання 1.

1. Дослідити , за якої умови тіло тоне, плаває в середині рідини, плаває на поверхні.

 

Ці висновки стосуються не тільки твердих тіл, але й рідин та газів.

 

 Завдання 2.

• Чи можна змусити плавати тіло, яке у звичайних умовах тоне у воді, наприклад, картоплину або пластилін? 

Висновок. Щоб примусити плавати тіла, що тонуть, можна змінити густину води. Змінюється сила Архімеда, що діє на тіло.

• Як розподіляються в посудині кілька рідин? Наприклад, олія і вода?

Висновок: Речовина з більшою густиною опускається вниз.

 

Група 2. «Конструктори»

 

Завдання 1.

1. Дослідити історію створення ареометра.
2. Скласти  «паспорт» ареометра.

 

Завдання 2.

1. Запропонувати ідею конструкції приладу для визначення густини рідин з використанням підручних матеріалів.
2. Пояснити принцип роботи такого приладу.

Інформація для вчителя

Історія винаходу ареометра. Ареометр - це прилад для вимірювання густини рідин. Є версія, що прилад винайшла Гипатія Олександрійська, яка жила в 4-5 ст. в стародавній Греції. Вона відома своїми працями в галузі механіки, астрономії, філософії, але винаходи Гипатії були забуті. У 18-му столітті французький хімік Антуан Боме винайшов два прилади: один для речовин, густина яких менша за густину води, другий для речовин, густина яких більша за густину води.

 Ареометр виготовлявся зі скла і являв собою кулясту колбу. У нижній, більш широкій частині перебувала ртуть або металеві кульки, у верхній, більш вузькій частині – проградуйована шкала, по якій визначають густину розчину.

 Принцип роботи ареометра заснований на законі Архімеда: На тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі рідини в об’ємі зануреної частини тіла.  Оскільки кожна рідина має свою густину, то одне  і те ж тіло може зануритися в неї на різну глибину. По аерометричній шкалі визначають густину рідини.

 Застосування ареометра:

• дає можливість відрізнити керосин від бензину;
• визначає щільність електроліту в акумуляторі;
• на виробництві визначає концентрацію кислоти, солі, цукру;
• у медицині ареометр називають урінометром, ним вимірюють щільність урини;
• на молочній фермі ареометр називають лактометром, ним вимірюють кількість жиру в молоці.

Саморобний ареометр. Використали пластмасову соломинку у нижній частині, прикріпили пластилін для баласту. Соломинка повинна максимально опуститись, але не торкатися дна.

 Беремо рідини, густини яких відомі. Наприклад, чисту воду (p=1000кг/м³). Наливаємо певний об’єм чистої води, опускаємо соломинку з баластом, вона занурююється і зрівноважується. Ставимо позначку. Наливаємо другу рідину – олію (p=900кг/м³) такого самого об’єму. Знову ставимо позначку. Вимірюємо відстань між отриманими позначками   і кроком у 3мм будуємо шкалу. Ціна поділки приладу 30 кг/м³.

 Чим менша густина рідини, тим глибше зануриться прилад, а чим більша густина, тим більше спливатиме над рідиною. За даним приладом можна визначити густину солоної води, цукрового сиропу, молока, соку в домашніх умовах.

 

Група 3 «Біологи»

Завдання 1.

1. Дослідити пристосованість живих організмів до умов плавання.
2. Підібрати фото й відео представників флори та фауни, які у своїй життєдіяльності використовують плавання тіл.

 

Завдання 2. 

• З’ясувати, де й для чого людина використовує плавання тіл.

Інформація для вчителя

 Останнім часом набуває катастрофічних розмірів забруднення Світового океану нафтопродуктами та іншими шкідливими домішками. Це призводить до загибелі значної кількості птахів та ссавців. У Північному морі і Північній Атлантиді щорічно гине з цієї причини від 150 до 450 тисяч морських птахів. На умовах плавання тіл ґрунтується дія очисного обладнання – нафтопастки. Густина нафти менша густини води, тому вона спливає на поверхню води. За допомогою спеціального обладнання нафтові плями відгороджують від чистої води, стягують на менші площі і спалюють або посипають спеціальним порошком, який вступає з нафтою в реакцію і знешкоджує її.

 

 

Група 4. «Інженери»

Завдання 1. 

     -    Чому плавають судна?

• Основні характеристики суден.
• Чому літають повітряні кулі?
• Для чого потрібні повітряні кулі?
• Переваги та недоліки дирижаблів та аеростатів.
• Сучасний стан судноплавства та повітроплавання.

Завдання 2.

 Використовуючи шматок пластиліну, сконструювати модель плаваючого судна, яке не тонутиме у воді.  Визначити його вантажність і водотоннажність (за допомогою металевих монет).

    Інформація для вчителя

 Судноплавство

Усі закони фізики застосовуються на практиці. Закон Архімеда й умови плавання тіл не є виключенням. Саме вони допомогли людству здійснити свою давню мрію.

 Проведемо дослід1. Візьмемо дерев’яний брусок, покладемо його на стіл і подуємо на нього. Він залишиться на місці. Тепер опустимо його у посудину з водою.  Ми знаємо, що густина дерева менша за густину води, і сила Архімеда буде більша за силу тяжіння. Брусок плаває на поверхні води, частково занурившись у неї. Подуємо на нього, він буде рухатися по поверхні води. Цю здатність твердих тіл людина навчилась застосовувати з давніх  часів. Першими спробами людей пересуватися по воді були уламки дерев, пізніше з’явились плоти й човни із видовбаним поглибленням, у якому розташовувалась людина.

 Ще до нашої ери з’явились вітрила. Їх виготовляли із шкіри тварин. Згодом людина почала використовувати човни як із дерева, так і заліза. Їх розміри ставали ще більшими. З’явилися пароплави та теплоходи. Сучасні кораблі - це надзвичайно великі споруди, які добре тримаються на воді, хоча корпус їх виготовлений із сталі. Чому ж плавають судна?

 Проведемо дослід2. Візьмемо дві  однакові пластини, виготовлені із пластиліну. Оскільки розміри пластин однакові, то і маси їх однакові, і на них будуть діяти однакові сили тяжіння .

Із однієї пластини виготовимо кораблик і опустимо пластину і кораблик на поверхню води. Ми побачимо, що пластина потоне, а кораблик буде плавати, частково занурившись у воду. Чому? На ці тіла діють різні виштовхувальні сили, які залежать від об’єму води, яку витісняє тіло. Об’єм води, яку витіснив кораблик, більший за об’єм води, витіснений пластиною. Тому на кораблик діє більша виштовхувальна сила, ніж на пластину. Цей простий дослід дає зрозуміти, як  плавають кораблі. На корабель діє сила тяжіння, направлена вниз. При зануренні у воду, на нього буде діяти виштовхувальна  сила, направлена вгору. Вона  буде збільшуватись до тих пір, поки не дорівнюватиме силі тяжіння.

 Повернемось до досліду з корабликом. Будемо його навантажувати дрібними предметами. Він усе глибше занурюється у воду і навіть може потонути, якщо маса вантажу буде великою для нього. Тому і кораблі не можна перевантажувати. Найбільша осадка корабля відмічається червоною лінією на його корпусі, називається ватерлінією. Вона показує найвищий рівень, до якого може зануритись корабель у навантаженому стані. За висотою ватерлінії можна визначити, чи завантажене судно, чи йде порожнім.

 Вага води, витісненої кораблем при його зануренні до ватерлінії, називається водотоннажністю. Вона дорівнює архімедовій силі, коли корабель занурений до ватерлінії, і вона дорівнює силі тяжіння, що діє на корабель із вантажем:   Р_{вит.води}= F_А

 Водотоннажність судна збігається з його власною масою (разом із вантажем) і виражена у тоннах. Наприклад, водотоннажність танкера-гіганта становить більше 640 тис.тонн. Водотоннажність пасажирського лайнера 10 тис.тонн.

 Якщо відома водотоннажність корабля, то можна визначити, який найбільший вантаж він може взяти на борт. Вага цього вантажу дорівнює різниці між водотоннажністю і вагою корабля у повітрі. Називають цю величину вантажопідйомністю корабля:      Р_{вантажу} = F_А- Р_{корабля}

 Для визначення водотоннажності кораблика, виготовленого із пластиліну, скористались монетами (1 коп). Р_{вантажу = 45г.}

 Інформація для вчителя

 Повітроплавання 

З давніх часів люди мріяли про можливість літати над хмарами, плавати у повітряному океані так, як вони плавали по морю. Майже  240 років назад французьке містечко Анноне стало відоме усьому світові, там було запущено першу повітряну кулю.

Цей винахід належить братам Монгольф’є. 5 травня 1783 року посередині площі на стовпах висіла величезна повітряна куля, унизу було зроблено великий отвір, під яким знаходилася жаровня із вугіллям, що горіло. Нагріте повітря в кулі збільшило її об’єм, бо густина гарячого повітря менша, ніж холодного. Це означає, що сила тяжіння, яка діє на оболонку кулі, гаряче повітря і вантаж, буде менша за архімедову силу -  куля підніметься вгору.

21 листопада 1783 р. знаменний день у історії повітроплавання. У цей день два відважних французи Маркіз д’Арленд та Пілатр де Розьє здійснили політ на повітряній кулі конструкції братів Монгольф’є. Вони піднялися  на висоту 1 км і за 25 хв пролетіли 8 км. Це був перший в історії політ людини на літальному апараті.

Кулі, заповнені гарячим повітрям, не можуть підняти великі вантажі, тому французький фізик Жак Шарль запропонував заповнити їх воднем, густина якого у 14 разів менша за повітря. 1 грудня 1783 року вчений піднявся на висоту до 3 км. Така куля могла підняти вантаж набагато більшої маси. У залежності від способу заповнення повітряних куль, вони отримали різні назви. Кулі, заповнені гарячим повітрям, називають монгольф’єрами, а воднем – шарльєрами. Водень – це найлегший газ, але він вогненебезпечний.  Тому в нас час повітряні кулі наповнюють безпечним гелієм. Сучасні повітряні кулі, які запускають в атмосферу землі, називають аеростатами. Одним із видів аеростатів є стратостат. Це кулі, які запускають на великі  висоти – у стратосферу. Недоліком повітряних куль є те, що вони не керовані, рухаються в повітрі під дією вітру.

У 1852 р. француз Жіффар створив дирижабль. Цей керований аеростат мав двигун і пропелер, що давали можливість літальному апарату рухатися у будь-якому напрямі. З часом вони удосконалювалися.

На початку 20 ст. були розроблені керовані повітряні апарати, які легші за повітря. Їх заповнюють гелієм в суміші з воднем та теплим повітрям. Дирижаблі мають видовжену обтічну форму, щоб зменшити опір повітря під час руху. Під корпусом кріпиться гондола для пасажирів і гондола із двигуном, що приводить в рух дирижаблі. Застосовуються повітряні кулі і дирижаблі для дослідження верхніх шарів атмосфери, для метеорологічних прогнозів, перевезення великогабаритних вантажів. Недоліком дирижаблів є їх відносно мала швидкість, низька маневреність, складність зберігання та обслуговування.

Для того, щоб дізнатися, який вантаж може підняти повітряна куля, необхідно визначити її підіймальну силу.  Вона  дорівнює різниці між архімедовою силою та силою тяжіння, що діє на кулю з вантажем:                                           F_{підняття} = F_А – F_{тяжіння}

Учитель. Завдяки законам фізики здійснилась мрія людини плавати, як риба і літати, як птах.

 ІV. Підбиття підсумку уроку

Метод «Мікрофон»

• Що ми вивчили сьогодні на уроці?
• Чому ця тема є важливою?
• Чим зацікавив вас цей урок?

Виставлення оцінок.

 

V. Домашнє завдання

- Повторити § 27.

- Опрацювати § 28, 29.

- Підготуватись до лабораторної роботи №10.

- Знайти матеріал про річковий та морський флот України, його розвиток та екологічні проблеми,  пов’язані з ним.