Урок "Виштовхувальна сила (Архімедова сила)"

Тема: Виштовхувальна сила, Архімедова сила.

Мета: сформувати поняття архімедової сили, виявити існування сили, що виштовхує тіло з рідини; встановити від яких факторів залежить і від яких не залежить виштовхувальна сила; розвивати в учнів вміння робити висновки з проведених ними дослідів, інтерес до фізики, пізнання чогось нового і цікавого, що необхідне в повсякденному житті; виховувати наполегливість, самостійність, відповідальність, уважність та відповідальність.

Тип уроку: інтегрований з елементами STEM навчання.

Обладання: посудини з водою та розчином солі, динамометри, мірні циліндри, тіла різного та однакового об’єму, тенісна і гумова кульки, картон.

      Щоб пізнати, потрібно вчитеся спостерігати…

Перебіг уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Актуалізація опорних знань

Гра «Далі, далі!»  (Учитель зачитує питання, а учні по черзі дають швидко відповідь. Якщо учень не знає відповіді на запитання, то право відповідати переходить до наступного учня.)

 Запитання для гри

• Що називається силою?
• Позначення сили та її одиниці вимірювання?
• Які ви знаєте види сил?
• Що таке вага?
• Позначення, одиниці вимірювання ваги?
• Напрям дії сили тяжіння?
• Формула для обчислення сили тяжіння, ваги?
• Що називається густиною? Формула густини.
• Позначення густини та її одиниці вимірювання?
• Позначення та одиниці вимірювання об’єму.
• Що таке тиск?

• За якою формулою можна знайти тиск рідини?
• Чи однаковий тиск на одній глибині у гасі й у воді?
• Від чого залежить тиск у рідині?
• В чому суть закону Паскаля.

ІІІ. Пояснення нового матеріалу

Вчитель фізики.

Ось уже тривалий час ми знайомимось з сутністю великої групи явищ нашого чудового світу – явищ, пов’язаних з властивостями рідин і газів, явищ, знання, які подарували нам Паскаль, Торрічеллі, інші вчені і якими люди вже користуються багато віків.

Як відомо, усі тіла в природі взаємодіють незалежно від їхнього стану. Тверді тіла, взаємодіючи, змінюють свої швидкості, або деформуються. Повітря тисне на поверхню Землі і на всі тіла які знаходяться на ній. Взаємодіють і рідини – з твердими тілами і газами. Не завжди ми фіксуємо свою увагу на особливостях такої взаємодії, хоч і вона і проявляється.

Вчитель зарубіжної літератури

Я пропоную вам кілька уривків з художньої літератури, а ви спробуйте виявити спільні ознаки в описаних явищах. Ось невеликий уривок з роману Жуля Верна «П’ятнадцятирічний капітан»: «Пірога  глибоко увійшла в яму, вириту падаючою водою біля підніжжя водоспаду, закрутилась в глибині і потім знову випливла на поверхню ріки»

Цікавий дослід описаний в оповіданні Л.М. Толстого «якщо взяти надуту повітряну кульку і опустити її в воду, а потім відпустити, то повітряна кулька спливе на поверхню води і почне по ній плавати»

А ось як переказав розповідь підводника письменник Новиков-Прибой  у своїй повісті «Підводники»: «Зубов рішуче почав відкривати кришку люка. Я погано усвідомлюю, що відбулося в наступний момент. Пам’ятаю лише, як щось рявкнуло, оглушило. Хтось схопив мене  беззубою пащею, зім’яв у клубок, виштовхнув. Я полетів і завертівся дзиґою. Довго довелось плисти, свердлячи воду, до поверхні води…»

Вчитель фізики.

Які схожі між собою явища привернули вашу увагу в цих уривках?

Відповіді учнів.

Сьогодні наші дослідження допоможуть не тільки розібратися у фізичній сутності фізичних явищ, а й зрозуміти, чому одні тіла плавають на поверхні рідини, а інші – тонуть, чому можливе плавання суден, підводних човнів, повітряних куль.

Пропоную вам провести наступні досліди. (робота в групах)

Дослід 1. Візьміть тенісний м’яч і металевий циліндр і занурте їх у воду. Що ви бачите? (Відповіді учнів)

 Чому кулька «вискочила» з води, а циліндр потонув?

Варіанти очікуваної відповіді:

• на кульку вгору подіяла якась сила;
• на циліндр така сила не подіяла;
• на циліндр подіяла менша сила і т. д.

А зараз я пропоную вам з допомогою приладів, які є на ваших партах, виявити, чи діє на металевий циліндр, занурений в рідину, сила, подібна до тієї, що діє на тенісну кульку. Як це можна зробити?

Очікуваний результат:

• підвісити металевий циліндр до пружини динамометра, зафіксувати його покази, а потім опустити тіло у воду і порівняти нові покази динамометра з попередніми.

Пропоную вам усім проробити для певності цей дослід 2-3 рази. І який же результат?

(Відповіді учнів)

Отже, існує виштовхувальна сила, що діє на всі занурені в рідину тіла, і вона напрямлена протилежно до дії сили тяжіння.

 Проблемне питання: Яка причина виникнення виштовхувальної сили? 

Аналіз версій, висунутих учнями.

Дослід2. Пропоную занурити тіло (прямокутний паралелепіпед) в посудину з водою так, що дві його грані паралельні поверхні рідини. Що можна сказати про дію рідини на тіло?

(Очікувана відповідь – рідина чинить на нього тиск)

Що можна сказати про тиск всередині рідини а одній і тій же глибині?

(Очікувана відповідь – на певній глибині всередині рідини тиск у всіх напрямках однаковий. Тому сили, які діють на бічні грані, попарно рівні і протилежно напрямлені. Тому вони лише стискують тіло з боків і виштовхувальної дії чинити не можуть)

Отже, суттєву роль відіграють сили, напрямлені вздовж лінії дії сили тяжіння.

Тепер порівняйте тиск на рівні верхньої і нижньої граней бруска. Який висновок можна зробити?

(Очікувана відповідь – на рівні нижньої грані тіла вода чинить більший тиск, ніж на рівні верхньої. Це тому, що нижня грань знаходиться на більшій глибині)

Отже, причиною появи виштовхувальної сили є тиск рідини, зумовлений дією сили тяжіння. Відповідно до закону Паскаля цей тиск діє не тільки на верхню грань,  а й на нижню.

Проблемне питання: Як практично визначити значення виштовхувальної сили?

(Очікувана відповідь – виштовхувальна сила дорівнює різниці між вагою тіла в повітрі і вагою цього ж  тіла в рідині)

А чи можна заздалегідь розрахувати виштовхувальну силу, не вдаючись до вимірювань? Що для цього треба зробити?

(Очікувана відповідь – треба знати, від чого залежить величина виштовхувальної сили)

У вас на столах є різні набори приладів. Спробуйте встановити:

Дослід 3. Визначте виштовхувальну силу, що діє на тіла, однакові за об’ємом, але з різних речовин.

 Чи залежить виштовхувальна сила від густини тіла?

Дослід 4. Визначити виштовхувальну силу, що діє на тіла різного об’єму, виготовлені з однієї і тієї ж речовини.

 Чи залежить величина виштовхувальної сили від об’єму тіла?

Дослід 5. Зважте одне і те ж тіло у воді і розчині солі. Де виштовхувальна сила більша? Чи залежить виштовхувальна сила від густини рідини?

 Після проведення запропонованих дослідів учні доповідають про їх результати.

Висновок: виштовхувальна сила залежить від об’єму тіла і густини рідини. Вона не залежить від густини тіла.  

Вчитель інформатики

 Діти давайте разом розробимо пам′ятки, які в подальшому будемо використовувати.

Виготовлення пам′ятки             

Рідини взаємодіють з твердими тілами

Як виникає виштовхувальна сила

Закон Архімеда

На тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, рівна вазі рідини чи газу в об’ємі цього тіла.

ІV. Підсумок уроку

Вправа «Дерево знань»

На дошці розміщене зображення дерева з гілочками. Учні на листочках записують, що нового вони вивчили на уроці і чіпляють на дерево. Наприкінці виконання отримуємо дерево знань із теми «Архімедова сила»

Оцінювання учнів.

V. Домашнє завдання