Урок фізики 7 клас. Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда

 

 

 

 

 

 

 

Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда

Відкритий урок з фізики 7 клас (нова програма)

 

 

 

 

 

 

 

Розробив:

 учитель Сахновецької ЗОШ І-ІІІ ст.

 Ізяславського району

Хмельницької області

 Лисай Олександр Дмитрович
Скажи мені – і я забуду, покажи мені – і я запам'ятаю, дай мені зробити самому – і я навчуся.
Давньокитайська  мудрість.

Тема: «Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда»

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу  

Форма уроку: урок – дослідження

Мета: сформувати поняття про архімедову силу, ознайомити учнів з законом Архімеда. З’ясувати причини виникнення виштовхувальної сили у рідинах і газах. Пояснити природу її походження. Формувати вміння застосовувати закон Архімеда під час розв’язування типових задач; показати практичне застосування закону Архімеда. Розвивати мислення, вміння будувати алгоритми дій, необхідних для досягнення потрібного результату; активізувати самостійність мислення учнів; розвивати пізнавальну активність, кмітливість, спостережливість. Виховувати бажання вивчати фізику.

Технічні засоби: комп`ютер, мультимедійний проектор, екран.

Обладнання: посудина з водою, солоною водою й олією, мензурка, алюмінієвий і мідний циліндри однакового об'єму, але різної маси з набору тіл для калориметра, тіла різного об'єму, але однакової маси, шматок пластиліну, нитка, відро Архімеда.

Заплановані результати уроку

Учні мають:

- зрозуміти зміст закону Архімеда й архімедової сили; уміти обчислювати архімедову силу;

- оволодіти досвідом вирішення проблем і досвідом евристичної діяльності при розв'язку якісних фізичних задач по даній темі;

- оволодіти досвідом дослідницької діяльності в процесі самостійного вивчення залежності сили Архімеда від об'єму тіла й густини рідини під час роботи в групах;

- навчитися використовувати для пізнання навколишнього світу різні методи: спостереження, дослід,  експеримент;

- навчится проводити спостереження, виконувати досліди, обробляти результати дослідів, представляти результати вимірів за допомогою таблиць, виявляти залежності між фізичними величинами, пояснювати отримані результати й робити висновки;

- навчитися застосовувати теоретичні знання по фізиці на практиці при розв'язувані фізичних задач;

Формування ключових компетентностей:

• Математична грамотність.
• Компетентності в природничих науках і технологіях.
• Уміння навчатися впродовж життя.
• Екологічна грамотність і здорове життя.

Використовувана технологія: технологія дослідницької діяльності.

Хід уроку

1.                Організаційний етап.

Мобілізація й позитивний настрой учнів на початку уроку.

2.            Актуалізація опорних знань (фронтальне опитування)

1) Що таке маса, об'єм, сила, густина, тиск, вага тіла?

2) Як позначаються ці фізичні величини.

3) Назвати одиниці виміру цих фізичних величин у системі СІ.

4) Написати формули для обчислення ваги тіла та густини.

5) Що таке атмосферний тиск?

6) Як називається прилад для вимірювання атмосферного тиску?

3.        Етап постановки цілей і завдань уроку  (проблема – формулювання завдання)

Учитель.

На екрані за допомогою мультимедійного проектора виводиться зображення. (Додаток 1)

1)   Чому собака-водолаз легко перетягує потопаючого у воді, однак на березі не може зрушити його з місця? ( відповіді учнів)

2) «Іхтіандр простягає руки нагору й хапає альбатроса за ноги. Переляканий птах розкриває свої потужні крила й піднімається, витягаючи з води Іхтіандра. Але в повітрі Іхтіандр і альбатрос падають на хвилю...» (А.Р.Бєляєв. Людина-Амфібія). Чому альбатрос упав у воду? (На екрані додаток 2)

Учні. Пропонують різні варіанти відповідей.

Учитель.

Чи знайшли ви відповіді на поставлені запитання?

Чому не всі змогли виконати завдання? Де виникали труднощі?

Як бачимо, тих знань, що ви засвоїли на попередніх уроках, замало для того, щоб повно й коректно відповісти на поставлені запитання. Таким чином, ми зустрічаємося з необхідністю поповнення багажу наших знань про деяку силу (що виштовхує) і закони, що її описують.

Для того щоб ми могли повноцінно плідно працювати, нам необхідно сформулювати мету нашого сьогоднішнього уроку. Будь ласка… (учні за бажанням, з допомогою учителя, формулюють мету уроку)

Учень. Наша мета полягає в з'ясуванні причини виникнення сили, що діє на тіло в рідині, її якісному й кількісному описі, а також у з'ясуванні області застосування отриманих знань і вмінь на практиці.

Учитель.

Поставте для себе особисту мету (запишіть  її  у зошиті на полях)

Отже, мета визначена. Тепер необхідно поставити перед собою ряд завдань, розв'язок яких приведе нас до реалізації поставленої мети. Хто спробує сформулювати їх?

Учні.

1) Досліджувати дію рідини на занурене в неї тіло.

2) Описати силу, що діє на тіло в рідині, встановити від чого залежить ця сила.

3) Кількісно описати силу, що діє на тіло в рідині (формула).

4) Навчитися застосовувати отримані знання  на практиці.

 IV. Пояснення нової теми (із записами основних моментів у зошиті)

(«Відкриття» дітьми нового знання).

 

Фронтальний експеримент: 

Задача№1: дослідження дії рідини на занурене в неї тіло.

 

Учитель.

 Спробуємо розібратися в першому завдані, яке ми поставили перед собою: Дослідити дію рідини на занурене в неї тіло.

У чому ми повинні переконатися? (у воді тіло легше, чим у повітрі)

 Як це зробити? (Можуть бути різні відповіді, усі гіпотези записуються на дошці)

Складаємо алгоритм дій:

1.               Визначимо  вагу даного тіла в повітрі – .
2.               Визначимо вагу цього тіла у воді – .
3.               Зрівняєте результати й зробіть висновок: Вага тіла у воді менша від ваги тіла в повітрі.
4.               Чому вага тіла у воді менша ваги в повітрі? (на тіло у воді діє сила)
5.               Куди спрямована ця сила?
6.               А чи знаєте ви, хто вперше досліджував дію сили на тіло, занурене в рідину? (на екрані демонструється відеофрагмент «Легенда про Архімеда») Додаток 4.
7.               Як називається ця сила?
8.               Яку інформацію ми повинні записати для поповнення багажу наших знань?

Існує – архімедова сила, на честь давньогрецького    вченого Архімеда, який вперше вказав на її існування й розрахував її значення.

   Учні виконують малюнок, записують результати експерименту.

          F_А = P₁ – P₂,

1.               Проміжний  підсумок:  Отже ми розібралися з першим поставленим перед собою завданням: Дослідили дію рідини на занурене в неї тіло

ВИСНОВОК: на тіло, занурене в рідину, діє сила, що виштовхує це тіло з рідини.

Учитель пропонує деякі факти із життя Архімеда (На проекційному екрані демонструють портрет Архімеда. Додаток 4. Одночасно на тлі музичного супроводу учитель розповідає про вченого.)

 «Легенда про Архімеда»

Існує легенда про те, як Архімед прийшов до відкриття, що сила, що виштовхує, дорівнює вазі рідини в об'ємі тіла. Він міркував над завданням, заданим йому сіракузьким царем Гієроном (250 років до н.е.).

Цар Гієрон доручив йому перевірити чесність майстра, що виготовив золоту корону. Хоча корона важила стільки, скільки й було відпущено на неї золота, цар запідозрив, що вона виготовлена зі сплаву золота з іншими, більш дешевими металами. Архімеду було доручено довідатися, не ламаючи корони, є в ній домішка чи ні.

Вірогідно невідомо, яким методом користувався Архімед, але можна припустити наступне. Спочатку він знайшов, що шматок чистого золота в 19,3 рази важчий такого ж об'єму води. Інакше кажучи, густина золота в 19,3 рази більша за густину води.

Архімеду треба було знайти густину речовини корони. Якщо ця густина виявилася б більшою густини води не в 19,3 рази, а в менше число раз, то корона була виготовлена не із чистого золота.

Зважити корону було завдання легке, але як знайти її об'єм? От що бентежило Архімеда, адже корона була дуже складної форми. Багато днів мучило Архімеда це завдання. І от одного разу, коли він, перебуваючи в лазні, стрибнув у наповнену водою ванну, його раптово осінила думка, що дала розв'язок задачі. Радісний і збуджений своїм відкриттям, Архімед закричав:  «Эврика!  Эврика!», що  значить: «Знайшов! Знайшов!».

Архімед зважив корону спочатку в повітрі, потім у воді. За різницею у вазі він розрахував силу, що виштовхує, рівну вагу води в об'ємі корони. Визначивши потім об'єм корони, він зміг уже обчислити її густину, а знаючи густину, можна дати відповідь на запитання царя: чи немає домішок дешевих металів у золотій короні?

Легенда говорить, що густина речовини корони виявилася меншою густини чистого золота. Тим самим майстер був викритий в обмані, а наука збагатилася чудовим відкриттям.

Історики розповідають, що завдання по золотій короні спонукало Архімеда зайнятися питанням про плавання тіл. Результатом цього була поява чудового твору «Про плаваючі тіла», який дійшов і до нас.

Учитель. Отже які наші подальші дії?

Учні. Спробуємо розв'язати друге завдання, поставлене перед собою: Завдання №2: встановимо, від чого залежить сила, що виштовхує, і від чого не залежить.

Робота в групах

Учитель: У мене на столі різні тіла й рідини. Що ми можемо припустити?

Учні: Ми можемо припустити, що виштовхувальна сила, залежить: від маси тіла, густини тіла, об'єму тіла, густини рідини  і т.д. (записуємо на дошці)

Учитель: А чи є ваші гіпотези вірними?

Учні: Ми не знаємо. Потрібно перевірити на досліді.

Учитель: Як це швидше й вірніше зробити?

Учні: розділимося на групи, одна група перевірить чи залежить виштовхувальна сила від густини тіла,  друга група – від густини рідини і т.д.

Виконання експериментального завдання  (зробити звіт, оформити його у вигляді таблиці, повідомити висновок)

Група 1. Обладнання: посудина з водою, динамометр, алюмінієвий і мідний циліндри однакового об'єму, але різної маси з набору тіл для калориметра, нитка.

1.               Визначите архімедові сили, що діють па перше й друге тіла.
2.               Порівняйте архімедові сили, що діють на тіла різної маси.
3.               Зробіть висновок про залежність  архімедової сили від маси тіла.

Група 2. Обладнання: посудина з водою, тіла різного об'єму, але однакової маси, динамометр, нитка.

1.               Визначите архімедову силу, що діє на кожне з тіл.
2.               Порівняйте ці сили.
3.               Зробіть висновок про залежність  архімедової сили від об'єму тіла.

Група 3. Обладнання: динамометр, нитка, посудини із прісною водою, солоною водою й олією, алюмінієвий циліндр.

1.               Визначите архімедові сили, що діють на тіло у воді, прісні і солонї, і у маслі.
2.               Що можна сказати про архімедові сили, що діють на тіло в різних рідинах?
3.               Встановіть залежність архімедової сили від роду рідини.

Група 4. Обладнання: мензурка з водою, алюмінієвий циліндр, нитка, динамометр.

1.               Визначите архімедові сили, що діють на тіло на глибині h₁ і на глибині h₂ >h₁.
2.               Зробіть висновок про залежність архімедової сили від глибини занурення тіла.

Група 5. Обладнання: шматочок пластиліну, посудина з водою, нитка, динамометр.

1.               Надайте шматочку пластиліну форму кулі, куба, циліндра.
2.               По черзі опускаючи кожну фігурку у воду, за допомогою динамометра визначите архімедову силу, що діє на неї.
3.               Зрівняєте ці сили й зробіть висновок про залежність архімедової сили від форми тіла.

(Виконавши завдання, групи звітують про результати своєї роботи й повідомляють свої висновки. Результати записуються у вигляді таблиці.

 

	Архімедова сила
	Залежить	Не залежить
Від маси тіла
Від форми тіла
Від об'єму тіла
Від густини  рідини
Від глибини занурення тіла

 

2. Проміжний  підсумок:  Ми розв'язали друге поставлене перед собою завдання:  встановили, від чого залежить виштовхувальна сила і від чого вона не залежить.

ВИСНОВОК: архімедова  сила залежить від густини рідини й об'єму тіла, не залежить від маси й форми тіла, глибини занурення тіла.

Учитель. Які наші подальші дії?

Учні. Спробуємо розв'язати третє завдання, поставлене перед нами:

Завдання №3: кількісно опишемо силу, що діє на тіло в рідині (формула).

Учитель. Пропоную вам кількісно описати силу Архімеда після  проведення досліду:

Демонстрація досліду із відром Архімеда (Опускаємо тіло відомого об’єму у відро Архімед, знаходимо об’єм рідини витиснутий тілом)

Учні. Роблять висновок: виштовхувальна сила дорівнює вазі витиснутої рідини, що дорівнює об'ємові зануреного в неї тіла. 

Учитель: як можна розгорнути цю формулу?

Учні:,   тому що,

                                отже

 

3. Проміжний  підсумок:  Ми розв'язали третє поставлене перед собою завдання:  одержали кількісну залежність архімедової  сили від густини рідини й об'єму тіла (формулу)

 

Учитель. Які наші подальші дії?

Учні. Спробуємо розв'язати четверте завдання, поставлене перед собою:

Завдання №4: навчимося застосовувати отримані знання  на практиці.

Учитель: Перш ніж ми будемо застосовувати отримані знання до розв'язування задач,  давайте повторимо вивчений матеріал

1.               Якими способами можна розрахувати виштовхувальну силу, що діє на тіло, занурене в рідину?
2.               Від чого залежить архімедова сила?
3.               За якою формулою можна розрахувати архімедову силу?

 

5.            Закріплення нового матеріалу

Учитель: Переходимо до наступного етапу нашого уроку – навчимося застосовувати отримані знання для розв'язування задач.

Тестові завдання  (на екрані демонструються тестові завдання)

1. Вага картоплини в повітрі дорівнює 3,5 Н, а у воді 0,5 Н. Чому дорівнює архімедова сила?

   А) 4 Н;   Б) 0,3 Н;    В) 3 Н;    Г) 2,7 Н.

2.  Залізну і дерев'яну кулі рівних об'ємів кинули у воду. Чи рівні виштовхувальні сили, що діють на ці кулі?

     А) На залізну кулю діє більша виштовхувальна сила;

     Б) Більша виштовхувальна сила діє на дерев'яну кулю;

     В) На обидві кулі діють однакові виштовхувальні сили.

3. До пружинного динамометра підвішене металеве тіло. У якому випадку показання динамометра будуть більшими: якщо тіло занурити у воду або в гас?

А) Більше у воді; 

Б) Більше в гасі;

В) Однакові.

Якісні завдання

Завдання 1. На яку з опущених у воду сталевих куль діє найбільша виштовхувальна сила?

Завдання 2. Однакового об'єму тіла - скляне й сталеве - опущені у воду. Чи однакові виштовхувальні сили діють на них?

 

Завдання 3.Чи однакові виштовхувальні сили будуть діяти на дане тіло в рідині при зануренні його на різну глибину?

 

VI.  Рефлексія

Учитель:  Наш  урок підходить до логічного завершення. Підведемо підсумки уроку.

1.               Що нового ви дізналися, зрозуміли?
2.               Що навчилися робити?
3.               Що сподобалося найбільше на уроці?
4.               Які труднощі виникали? І чому?
5.               Чи досягнули поставленої мети?

(Проводиться порівняння із запропонованими на початку уроку гіпотезами.)

Учитель. Тепер ви зможете мені пояснити, чому альбатрос з Іхтіандром впав у воду, чому собака-водолаз легко може тягти людину по воді, але тільки до берега.

Учні. Вага людини на березі збільшується.

Учитель. А маса?

Учні. Залишилася сталою.

Учитель. У якій воді легше навчитися плавати – у річковий або морський?

Учні. У морський, у ній виштовхувальна сила більша.

Учитель: Сьогодні на уроці ви одержали додатковий життєвий досвід. Сподіваюся, що знання й уміння, отримані на уроці, допоможуть вам краще орієнтуватися в навколишньому світі, а фізичні явища стануть для вас більш зрозумілими й привабливими.

 

VII. Домашнє завдання:

 Підручник: опрацювати параграф, знати відповіді на запитання після параграфа.

Творче завдання: проведіть досвід, перевірте, як поводиться яйце у воді й розчині солі.

 

Додаток 1

 

 

Додаток 2

 

 

 

 

Додаток 3