Урок "Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда"

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

Мета: сформувати поняття про архімедову силу, продовжувати формувати вміння знаходити рівнодійну двох сил, застосовувати закон Паскаля; формувати вміння установлювати причинно-наслідкові зв’язки в спостережуваному явищі; ознайомити учнів з практичним застосуванням закону Архімеда, формувати вміння застосовувати закон Архімеда під час розв’язування типових задач, розвивати логічне мислення, виховувати в учнів любов до фізики.

Обладнання: прозорі посудини з прісною та соленою водою, м’ячик, залізний та  алюмінієвий  циліндр, динамометр, терези, скляна куля, сода, оцет, «Архімедове відерце», датчик сили, програмне забезпечення MiLab, планшет, комп’ютер, мультимедійний проектор, програмне забезпечення «Уроки фізики».

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Хід уроку

1. Організаційний етап, перевірка домашньої роботи

Доброго дня! Діти зверніть увагу у вас на партах знаходиться «Кошик очікувань», я попрошу вас всіх уважно переглянути і відмітити, те що ви очікуєте від нашого сьогоднішнього уроку. На це вам хвилинка часу.

Відкладіть «Кошик очікувань», до нього повернемось в кінці уроку, щоб перевірити чи виправдались наші сподівання

2. Актуалізація опорних знань

Діти, давайте з вами пограємо у гру під назвою «Фізичний футбол»

У вигляді гри футбол

Умови етапу: в опитування  ми з вами зіграємо у фізичний футбол. Правила гри такі: я задаю питання і обираю гравця,  який буде на нього відповідати, а далі учень, який відповідав, обирає наступного, тобто «дає пас», наступний учень «дає пас» іншому і так далі. Отже, розпочинаємо гру.

«ФІЗИЧНИЙ ФУТБОЛ»

1. Що таке тиск?
2. Як розрахувати тиск?
3. В яких одиницях вимірюють тиск?
4. Від чого залежить ваговий (гідростатичний тиск) тиск рідини?
5. За якою формулою обчислюється ваговий тиск рідини?
6. Сформулюйте закон Паскаля.
7. Що таке сила тяжіння?
8. Як розрахувати силу тяжіння?
9. Що таке вага?
10.          Чому дорівнює вага нерухомого тіла?
11.          Яку силу називають рівнодійною?
12.          Яка буде рівнодійна сил, які діють уздовж однієї прямої в протилежних напрямках? Який її напрямок?

3.  Мотивація

Мотивація навчальної діяльності із використанням технології «Мозковий штурм»

Чи звертали ви увагу на те, що коли заходиш у воду , то здається тіло стає легшим? Чи мали ви коли-небудь нагоду переконатися в тому, що у воді значно легше підняти важкий камінь, аніж у повітрі. Якщо так, то розкажіть про такий випадок.

(Учитель слухає відповіді учнів)

Використання анімації програмного забезпечення «Уроки фізики».

• Чому тиск на тіло стає меншим, коли ми заходимо у воду?

(Очікувані відповіді : на тіло занурене у рідину діє сила з боку рідини, тому сила тиску тілом на ґрунт зменшується, а отже людина з меншою силою тисне на ґрунт, а значить і ґрунт менше тисне на людину. )

Явище зменшення ваги тіла в рідині було відомо ще Архімеду.

Демонстрація1.

У склянку з водою зануримо тенісний м’ячик і відпустимо. Чому м’ячик вискакує з води. (Діє виштовхувальна сила в рідині).

Демонстрація 2.

Дія виштовхувальної сили в газах.

4. Вивчення нового матеріалу

Отже, від чого саме залежить чи не залежить виштовхувальна сила спробуємо розібратися на сьогоднішньому уроці. Оголошення теми., мети уроку.

Проблемна ситуація

Проаналізуємо перший дослід. В скляну посудину з водою повністю занурюють гумовий м’ячик і прибирають руку. М’ячик стрімко спливає.

Питання класу: Чому м’яч сплив на поверхню води?

(на м’яч діяла сила, напрямлена вгору).

Ця сила називається виштовхувальною.  Повторимо наш експеримент, але з іншим тілом.

Демонстрація 3. В посудину занурюємо металевий циліндр. Спостерігаємо, що тіло тоне.

Питання класу: Чому?

Демонстрація 4. Металевий циліндр прикріплюєм до датчика сили (або динамометра). Визначаємо вагу тіла. Занурюємо тіло в воду. (покази зменшуються)

Питання класу: Чому?

Діє сила, напрямлена вгору.

 А зараз дослідним шляхом з’ясуємо від чого залежить сила Архімеда. Робота в групах. Обговорення техніки безпеки.

Група 1.

Дослідження  залежності виштовхувальної сила від густини тіла

Обладнання. Планшет, реєстратор даних, датчик сили, програмне забезпечення MiLab,  посудина з водою, нитка, алюмінієвий, залізний циліндри.

1. Підключити реєстратор даних до планшета. Дочекатися поки індикатор не засвітиться зеленим кольором, натиснути кнопку на реєстраторі даних, якщо індикатор блимає голубим кольором, це означає, що прилад готовий до роботи.
2. Запустіть програму  MiLab на робочому столі.
3. Під’єднайте датчик сили до реєстратора даних. Переконайтесь що датчик з’явився у діалоговому вікні.
4. Зробіть мінімальні налаштування. (Оберіть 50 замірів за секунду)
5. Під’єднайте до датчика сили алюмінієвий циліндр. Визначте вагу тіла в повітрі натиснувши кнопку Пуск. Запишіть показники Р₁ . Зробіть вимірювання зануривши циліндр у посудину з водою, запишіть показники сили Р₂.
6. Обчисліть  силу Архімеда знайшовши різницю зроблених вимірювань. F_А= Р₁ - Р₂
7. Аналогічні вимірювання проробіть для залізного циліндра.
8. Зробіть висновки чи залежить сила Архімеда від густини тіла.

Група 2. Залежність виштовхувальної сили від об’єму.

Обладнання: динамометр, склянка з водою, тіла різного об’єму.

1. Підвісити тіло меншого об’єму до динамометра і зняти покази Р₁, опустити у  рідину і записати значення сили Р₂, обчислити силу Архімеда як різницю показників динамометра в повітрі і воді            F_А= Р₁ - Р₂.
2.  Проробити аналогічні дії для тіла більшого об’єму.
3. Зробити висновки про залежність виштовхувальної сили від об’єму.

Група 3. Залежність виштовхувальної сили від глибини занурення тіла у воду.

Обладнання: динамометр, склянка з водою, алюмінієвий  циліндр.

1. Підвісити тіло до динамометра і виміряти силу Архімеда на одній висоті.
2. Опустити тіло на більшу глибину і з’ясувати як змінилися покази динамометра.
3. Зробити  висновок.

Група 4. Залежність виштовхувальної сили від густини рідини.

Обладнання: динамометр, склянка з прісною водою, склянка з солоною водою, алюмінієвий циліндр.

1. Прикріпити циліндр до динамометра і опустити  у прісну воду. Зняти покази.
2. Опустити циліндр  у склянку з солоною водою. Зняти покази.
3. Зробити висновки.

Представлення результатів проведених дослідів. Запис висновків.

Як же математично можна описати наші висновки? Чому дорівнює архімедова сила?. Робота з вкладкою «Уроки фізики».

Демонстрація 5. Відерце Архімеда.

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

Демонстрація 4. Підтвердження закону на досліді («Відерця Архімеда»)

«Запам’ятай»

• Для розрахунків потрібно брати лише об’єм зануреної в рідину частини тіла
• Сила Архімеда напрямлена вертикально вгору і прикладена до центра зануреної частини тіла.

Історична довідка про Архімеда.

Архімед - давньогрецький вчений, який відкрив закон. Названий в його честь. Відбулося це під час роздумів над досить складною задачею, запропонованою царем Гієроном. Ідея розв’язку прийшла Архімедові в голову, коли він заліз у ванну й помітив, що рівень води піднявся. Учений зрозумів. Що витіснений об’єм води дорівнює якраз об’єму зануреного в рідину тіла. У захоплені Архімед вистрибнув із ванни і побіг вулицею, забувши навіть вдягнутися. Дорогою Архімед вигукував «Еврика! Еврика!, що в перекладі з давньогрецької означає «Знайшов».

6. Закріплення вивченого матеріалу

Для закріплення вивченої нової теми розглянемо задачі

1. Буде плавати, чи потоне сталева куля у воді?
2. Сталева куля об’ємом 400 см³ занурена в воду. Яка сила Архімеда діє на кулю?
3. Яка сила Архімеда діє на суцільний алюмінієвий брусок масою 540 г, якщо він на половину занурений у воду і не торкається дна та стінок посудини?

7. Узагальнення та систематизація знань

Другий тайм гри Футбол

1.     Куди напрямлена сила, яка діє з боку рідини або газу на тіла, що в них занурені?
2.     Як ще називають виштовхувальну силу?
3.     Сформулюйте закон Архімеда?
4.     Як залежить Архімедова сила від густини рідини чи газу?
5.     Чи діє закон Архімеда в умовах невагомості? (Ні)
6.     Буде плавати  чи потоне сталева куля у воді? (потоне)
7.     Чому дорівнює Сила, яка виштовхує повністю занурене в рідину тіло?  (вазі рідини в об’ємі тіла)
8.     Запишіть формулу за якою можна визначити  Силу Архімеда, що діє на повністю занурене в рідину або газ тіло.
9.     В яких одиницях вимірюють силу? (Н)
10. Чому затонулі кораблі важко підняти з дна моря, адже архімедова сила виштовхує тіла вгору? (Якщо судно лежить на дні, то вода не може потрапити під його нижню частину і щоб подолати силу тяжіння та силу тиску води на верхню частину затонулого судна, треба прикласти дуже велику силу. Про це варто пам’ятати при зануренні підводного човна, якщо такий човен сяде на дно, то піднятися він уже самотужки не зможе).

8. Підведення підсумків уроку

Аналіз і рефлексія.

Учитель. Сьогодні ми познайомилися з новою темою «Архімедова сила», а головне ми вирішили завдання Архімеда, зробивши подорож в 3 століття до нашої ери, з'ясувавши при цьому, від чого залежить сила, що виштовхує.

Давайте повернемося до нашого кошика очікувань. Позначте, будь-ласка, що ж ви досягнули на уроці, і порівняємо результат. Чи справдились ваші очікування?!

10.  Домашнє завдання

Вивчити §27,  вправа 27 № 4

Провести спостереження, де проявляється сила Архімеда.