урок. "Виштовхувальна сила. Умови плавання тіл"

Урок

Тема. Виштовхувальна сила. Закон Архімеда. Умови плавання тіл

Мета. З’ясувати причини виникнення виштовхувальної сили у рідинах і газах і пояснити природу її походження; з’ясувати умови плавання тіл.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Епіграф: «Ми зобов’язані Архімеду фундаментом вчення про

рівновагу рідин».

 Ж. Лагранж.

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

Обладнання: терези, посудини з водою, набори тіл, сіль, завдання у конвертах.

План уроку

І Організаційна частина:

1.1 Етап мотивації-2 хв.

ІІ Актуалізація опорних знань учнів:

2.1 Гра «Так чи ні»7 хв.

ІІІ Вивчення нового матеріалу:

3.1 Створення проблемної ситуації-1 хв.

3.2 Причини виникнення виштовхувальної сили (виведення формули)-10 хв.

ІV Закріплення нового матеріалу:

4.1 Гра «Щаслива кулька»

4.2 Розв’язування задач-21 хв.

V Підсумки уроку:

5.1 Оголошення оцінок-3 хв.

5.2 Запис домашнього завдання-1 хв.

ХІД УРОКУ

І Організаційна частина

1.1 Етап мотивації

Сьогодні ми з вами дослідимо дію рідини на занурене в неї тіло. Виявимо дослідним шляхом від яких величин залежить виштовхувальна сила.

Тепер запишемо тему нашого уроку.

Урок ми проведемо в ігровій формі. Кожен з вас побуває в ролі фізика-дослідника. Для цього клас поділимо на три команди. Активна участь кожного з вас дає змогу отримати в кінці уроку оцінки – «Ньютони»(Картка оцінювання )

Для початку пограємо у гру «Так чи ні»

ІІ Актуалізація опорних знань учнів: «Силовий штурм»

1.               Силу позначають літерою F. Так чи ні?
2.               При збільшенні площі опори механічний тиск збільшується. Так чи ні?
3.               Тиск вимірюють в Па. Так чи ні?
4.               1 кН=1000 Н. Так чи ні?
5.               На всі тіла на Землі діє сила тяжіння. Так чи ні?
6.               Густина тіла дорівнює відношенню маси тіла до об´єму. Так чи ні?
7. Формула для вимірювання тиску рідини на дно посудини: p= gh. Так чині?
8.               Тиск газу залежить від температури. Так чині?
9.               Виразіть у Па тиск 10 кПа?

А) 10000Па

Б) 100Па

В) 1000Па

10.          Тиск газу не залежить від густини. Так чи ні?
11.          Маса тіла дорівнює відношенню густини тіла до об’єму. Так чи ні?
12.          Леза ножів заточують для того, щоб зменшити тиск. Так чи ні?

ІІІ Вивчення нового матеріалу

3.1 Створення проблемної ситуації

Ви знаєте, що під водою доволі легко можна підняти важкі тіла, які в повітрі підняти неможливо. Гумова куля, наповнена легким газом, якщо її випустити з рук, може високо полетіти.

Дію рідини на занурене в неї тіло ґрунтовно дослідив древньогрецький учений Архімед.

Підвісимо до динамометра вантаж і визначимо покази динамометра. Сила, з якою вантаж розтягує пружину динамометра, виявилася рівною

P₁ = 3 H. Опустимо цей же вантаж у воду, динамометр показує силу, з якою вантаж у воді розтягує пружину динамометра:

P₂ = 2,6 H. Отже, сила, з якою вантаж розтягує пружину динамометра, в рідині менше, ніж у повітрі. F_А=Р₁-Р₂

Таким чином, на тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила.

Перегляд мультиплікаційного фільму про Архімеда .

Як розв’язати задачу Герона?

Для дослідження залежності виштовхувальної сили від фізичних величин кожна група проведе певні досліди та зробить висновки. (Додаток 1)

F = gVт

Закон Архімеда: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, що напрямлена вертикально вгору і дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі зануреної частини тіла.

У невагомості ваговий тиск рідини відсутній, тиск рідини в усіх точках однаковий. Тому в умовах невагомості ця сила не діє.

Історична довідка про Архімеда (додаток 2).

Зараз проведемо досліди по завданнях, отриманих у конвертах для кожної групи.(Додаток 1)

Фронтальний експеримент №1

Мета: на досліді виявити виштовхувальну силу, що діє на занурений в рідину циліндр, визначити цю силу та з’ясувати, як вона залежить від густини рідини.

1 Визначити вагу тіла в повітрі Р₁.

2 Визначити вагу тіла у воді Р₂.

3 Обчислити значення сили, користуючись виразом: Fв=Р₁-Р₂.

4 Визначити вагу тіла в солоній воді Р₃.

5 Обчислити значення сили, користуючись виразом: Fв=Р₁-Р₃

6 Порівняти значення виштовхувальних сил та зробити висновок.

Вага тіла в повітрі, Р1, Н	Вага тіла у воді Р2, Н	Виштовхувальна сила у воді Fв=Р1−Р2, Н	Вага тіла в солоній воді Р3, Н	Виштовхувальна сила в солоній воді Fв=Р1−Р3, Н

Висновок (записати в зошит): виштовхувальна сила залежить від густини рідини, в яку занурюють тіло. Чим більша ця густина, тим більша виштовхувальна сила.

 Виконуючи наступний дослід встановимо ще одну залежність.

Фронтальний експеримент №2

Мета: на досліді виявити виштовхувальну силу, що діє на занурене в рідину тіло, визначити цю силу та з’ясувати, як вона залежить від об’єму зануреної частини тіла (взяти картоплини різного об’єму).

 1 Визначити вагу меншого тіла в повітрі Р₁.

 2 Визначити вагу меншого тіла в рідині Р₂.

 3 Обчислити значення Fв=Р₁-Р₂.

 4 Визначити вагу більшого тіла в повітрі Р₃.

 5 Визначити вагу більшого тіла в рідині  Р₄.

 6 Обчислити значення: Fв=Р₃-Р₄.

 7 Порівняти значення виштовхувальних сил та зробити висновок.

 

 

Вага меншого тіла в повітрі, Р1, Н	Вага меншого тіла у воді Р2, Н	Виштовхувальна сила Fв=Р1−Р2, Н	Вага більшого тіла в повітрі Р3, Н	Вага більшого тіла в воді Р4, Н	Виштовхувальна сила Fв=Р3−Р4, Н

Висновок (записати в зошит): виштовхувальна сила залежить від об`єму зануреної частини тіла. Чим більший об`єм зануреної частини тіла, тим більша виштовхувальна сила.

Фронтальний експеримент №3

Мета: на досліді виявити виштовхувальну силу, що діє на занурене в рідину тіло, визначити цю силу та з’ясувати, як вона залежить від глибини занурення.

Обладнання: мензурка з водою, вантаж, динамометр.

1. Визначити вагу тіла в повітрі Р₁.
2. Визначте вагу тіла в рідині  Р₂.
3. Обчислити значення Fв=Р₁-Р₂.
4. Визначити вагу тіла в рідині на більшій глибині Р₃.
5. Обчислити значення: Fв=Р₃-Р₄.
6. Порівняти значення виштовхувальних сил  та зробити висновок.

Вага тіла в повітрі, Р1, Н	Вага тіла у воді на меншій глибині Р2, Н	Виштовхувальна сила у воді Fв=Р1−Р2, Н	Вага тіла у воді на більшій глибині Р3, Н	Виштовхувальна сила у воді Fв=Р1−Р3, Н

Висновок (записати в зошит): виштовхувальна сила не залежить від глибини занурення тіла.

При виконанні експериментів учні результати вимірювань та обчислень записують в таблицю. (Додаток 3)

Проблемне запитання. Чи знаєте ви над тим: чому маленький цвях тоне у воді. А велике судно ні?

Дослідимо дане питання. Дослідимо умови плавання тіл.

А) співвідношення між силою тяжіння та силою Архімеда.

 

 

 

FА>FТ	FА=FТ	FА<FТ
Б) співвідношення між густиною рідини та густиною тіла
ρр > ρт	ρр = ρт	ρр < ρт
плаває на поверхні	плаває в середині рідини	тоне

 

Давайте подумаємо де застосовують силу Архімеда?

Учень розповідає про явище «Флотації», що застосовують на гірничо-металургійних комбінатах нашого міста. (Додаток 4)

ІV Закріплення нового матеріалу

А тепер настав час подбати про своє здоров´я.

(проведення фізкультхвилинки) (Відеоролик «Вправи для очей»)

Переходимо до наступного етапу уроку гра «Щаслива кулька».

Завдання для групи 1.	Завдання для групи 2
Завдання для групи 3.	Завдання для групи 1
Завдання для групи 2	Завдання для групи 3
Завдання для групи 1	Завдання для групи 2

V Підсумки уроку

5.1 Оголошення оцінок

5.2 Домашнє завдання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток 1

Дослід 1.

Мета:на досліді виявити виштовхувальну силу, що діє на занурений в рідину циліндр, визначити цю силу та з’ясувати, як вона залежить від густини рідини.

Обладнання: два однакових тіла, дві однакові склянки з водою, водний розчин солі.

1 Визначити вагу тіла в повітрі Р1.

2 Визначити вагу тіла у воді Р2.

3 Обчислити значення сили, користуючись виразом:
Fв=Р₁-Р₂.

4 Визначити вагу тіла в солоній воді

5 Обчислити значення сили, користуючись виразом:
Fв=Р₁-Р₃

6 Порівняйте значення виштовхувальних сил та зробіть висновок.

 

Дослід 2.

Мета: на досліді виявити виштовхувальну силу, що діє на занурене в рідину тіло,визначити цю силу та з’ясувати,як вона залежить від об’єму зануреного тіла (картоплин різного розміру).

Обладнання: склянка з водою, динамометр, два тіла однакової маси, але різного об'єму.

1 Визначити вагу меншого тіла в повітрі Р₁.

2 Визначити вагу меншого тіла в рідині Р₂.

3 Обчислити значення Fв=Р₁-Р₂.

4 Визначте вагу більшого тіла в повітрі Р₃.

5 Визначте вагу більшого тіла в рідині  Р₄.

6 Обчислити значення: Fв=Р₃-Р₄.

 7 Порівняйте значення виштовхувальних сил та зробіть висновок.

 

Дослід 3

Мета: на досліді виявити виштовхувальну силу, що діє на занурене в рідину тіло,визначити цю силу та з’ясувати,як вона залежить від глибини занурення.

Обладнання: мензурка з водою, вантаж, динамометр.

1 Визначити вагу тіла в повітрі Р₁.

2 Визначте вагу тіла в рідині  Р₂.

3 Обчислити значення Fв=Р₁-Р₂.

4 Визначте вагу тіла в рідині на більшій глибині Р₃.

5 Обчислити значення: Fв=Р₃-Р₄.

6 Порівняйте значення виштовхувальних сил та зробіть висновок.

 

Додаток 2

Архімед

Народився Архімед в 287 році до н. е. в місті Сиракузи на острові Сицилія. Архімед одержав гарну освіту від свого батька – астронома. В юнацтві провів декілька років в Александрії. Це послужило розвитку його надзвичайних здібностей. В Сицилію повернувся зрілим вченим. Він прославився багаточисленними науковими працями в області фізики і геометрії.  У математиці він першим знайшов значення числа «пі». Сформулював умову рівноваги важеля, йому належать крилаті слова: «Дайте мені точку опори і я зрушу Землю». Винайшов прості механізми: гвинт, клин, лебідку, бойові машини, які відбивали атаки римлян під час другої Північної війни. Загинув він під час облоги Сіракуз римлянами.

Останні роки життя Архімед був у м. Сиракузи, обложеним римським флотом і військом. Він побудував багато дивовижних бойових машин, які топили ворожий флот, розбиваючи їх на друзки, знищували ворожих солдат, наводячи на них панічний страх. Існує легенда, що за допомогою дзеркал Архімед підпалив кораблі римлян. Однак дуже малим було військо захисників міста і в 212 р. до н. е. Сиракузи були взяті. Дуже прикро, що загинув Архімед.

Додаток 3

Тема. Виштовхувальна сила. Закон Архімеда. Умови плавання тіл.

Дослід 1

Вага тіла в повітрі, Р1, Н	Вага тіла у водіР2, Н	Виштов-хувальна сила у водіFв=Р1−Р2, Н	Вага тіла в солоній водіР3, Н	Виштовхувальна сила в солоній водіFв=Р1−Р3, Н

 

Висновок: Виштовхувальна сила залежить від ___________ рідини: чим більша _________ рідини, тим більша виштовхувальна сила.

І навпаки: чим менша _________, тим менша виштовхувальна сила.

 

 

 

Дослід 2

Вага меншого тіла в повітрі, Р1, Н	Вага меншого тіла у водіР2, Н	Виштовху-вальна сила Fв=Р1−Р2, Н	Вага більшого тіла в повітріР3, Н	Вага більшого тіла в водіР4, Н	Виштовху-вальна сила Fв=Р3−Р4, Н

 

Висновок: Виштовхувальна сила залежить від _______ зануреної частини тіла: чим більший _____ зануреної частини тіла, тим більша виштовхувальна сила.

Дослід 3

Вага тіла в повітрі, Р1, Н	Вага тіла у водіна меншій глибині Р2, Н	Виштовхувальна сила у водіFв=Р1−Р2, Н	Вага тіла у воді на більшій глибиніР3, Н	Виштовху-вальна сила у водіFв=Р1−Р3, Н

Висновок: Виштовхувальна сила від глибини занурення тіла

Умови плавання тіл.

Умови плавання тіл	За силами	За густиною
Тіло спливає
Тіло плаває
Тіло тоне

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема. Виштовхувальна сила. Закон Архімеда. Умови плавання тіл.

Дослід 1

Вага тіла в повітрі, Р1, Н	Вага тіла у водіР2, Н	Виштов-хувальна сила у водіFв=Р1−Р2, Н	Вага тіла в солоній водіР3, Н	Виштовхувальна сила в солоній водіFв=Р1−Р3, Н

 

Висновок: Виштовхувальна сила залежить від ___________ рідини: чим більша _________ рідини, тим більша виштовхувальна сила.

І навпаки: чим менша _________, тим менша виштовхувальна сила.

Дослід 2

Вага меншого тіла в повітрі, Р1, Н	Вага меншого тіла у водіР2, Н	Виштовху-вальна сила Fв=Р1−Р2, Н	Вага більшого тіла в повітріР3, Н	Вага більшого тіла в водіР4, Н	Виштовху-вальна сила Fв=Р3−Р4, Н

 

Висновок:Виштовхувальна сила залежить від _______ зануреної частини тіла: чим більший _____ зануреної частини тіла, тим більша виштовхувальна сила.

Дослід 3

Вага тіла в повітрі, Р1, Н	Вага тіла у водіна меншій глибині Р2, Н	Виштовхувальна сила у водіFв=Р1−Р2, Н	Вага тіла у воді на більшій глибиніР3, Н	Виштовху-вальна сила у водіFв=Р1−Р3, Н

Висновок: Виштовхувальна сила від глибини занурення тіла

Умови плавання тіл.

Умови плавання тіл	За силами	За густиною
Тіло спливає
Тіло плаває
Тіло тоне

 

Додаток 4

Піна збагачує руду

За книгою Я.І. Перельмана «Цікава фізика», книга ІІ

На гірничо-металургійних комбінатах руду перед плавкою «збагачують», тобто збільшують відсоток вмісту в ній корисного мінералу. Техніка знає багато способів збагачення руд. Ми розповімо про один з них, який називається  флотацією. Слово «флотація» означає спливання. Це найбільш поширений спосіб збагачення; він успішно застосовується навіть у тому випадку, коли решта способів не досягає мети.

     Суть флотації полягає в наступному: добре подрібнену руду завантажують у посудину з водою і з маслянистими речовинами. Маслянисті речовини обсновують частинки корисного мінералу тонкими  плівками, але не змочують частинки пустої породи. Суміш енергійно перемішують з повітрям; утворюється безліч дрібних бульбашок – піна. При цьому частинки корисного мінералу, оточені тонкою маслянистою плівкою, не змочуваною водою, дотикаються з оболонкою повітряної бульбашки, прилипають до неї і повисають на бульбашці. Бульбашка і виносить ці частинки на поверхню. Частинки ж пустої породи, змочені маслянистою рідиною, не пристають до повітряної бульбашки і лишаються на дні.

Так як повітряна бульбашка піни набагато більша за об’ємом, ніж мінеральна частинка, то її плавучість достатня для підіймання твердої крупинки на поверхню. В результаті частинки корисного мінералу майже всі виявляються в піні, що знаходиться на поверхні рідини.

     Піну знімають і направляють на подальшу обробку – для отримання «концентрату», який в десятки разів багатший корисним мінералом, ніж початкова руда.

     Техніка флотації розроблена так ретельно, що належним підбором домішуваних рідин можна відділити кожний корисний мінерал від пустої породи будь-якого складу.