Урок "Виштовхувальна сила. Закон Архімеда"

 

 

 

 

 

 

 

Урок фізики у 7 класі

з теми:

«Виштовхувальна сила. Закон Архімеда»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Освітня мета уроку:

дати знання  про існування виштовхувальної сили і пояснити її походження.Навчити застосовувати одержані знання для пояснення явищ, пов’язаних із зануренням твердого тіла в рідину чи газ.

 

 Розвивальна мета уроку:

з метою розгляду наукового світогляду учнів показати роль фізичного експерименту в фізиці.

 

 Виховна мета уроку:

ознайомити учнів із практичним застосуванням закону  в техніці й для підвищення  інтересу до досліджуваного матеріалу, розкрити роль Архімеда у фізиці.

 

 Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

 

    Обладнання: м’яч, прозора посудина з водою,динамометри, склянки з олією і водою, важіль, металеві циліндри, картоплини різного розміру, “відерце Архімеда”, мензурка з водою, скляні пробірки, скляна трубка, відливна посудина.

                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           ХІД УРОКУ:

        І. Організаційна частина.

        ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1.   Конкурс теоретиків полягає в розгадуванні кросворду.

 

      

                                   

                             

                                       

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

 

 

 

1. Ім’я якого вченого носить закон, який говорить

«Тиск рідин передається у всі боки однаково?»

(Паскаль)

2. Прилад для вимірювання сили. (Динамометр)

3. Явище зміни з плином часу положення тіла в просторі відносно інших тіл. (Рух)

4. Тверде тіло,яке може обертатися навколо нерухомої осі. (Важіль)

5. Математична величина, яка характеризується добутком довжини,ширини і висоти. (Об’єм)

6. Прилад для вимірювання атмосферного тиску. (Барометр)

7. Агрегатний стан, в якому перебуває вода. (Рідина)

Слово, яке можна прочитати по вертикалі кросворду вказує на автора, закон якого ми вивчимо. 

 

          ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

                  3.1 Створення проблемної ситуації

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

Дослід1 (демонструє вчитель). Якщо занурити у воду м`яч і випустити там його з рук,він спливає. Чому? Зануримо тепер у цю ж рідину циліндр. Тіло потонуло. Чи діє сила в цьому разі? Підвісимо тепер цей же циліндр до пружини,спостерігаємо її  розтяг. Потім зануримо його у воду, виявляємо скорочення пружини.(Забираємо воду і показуємо,що таке саме скорочення пружини можна дістати діючи на це тіло знизу вгору.) Чому? Подіяла сила,яка виштовхнула м`яч з рідини. В фізиці її так і називають виштовхувальною силою Fв.

Дослід 2 (демонструє вчитель). До коромисла терезів підвісити два однакових за об ємом і масою циліндри, і терези зрівноважити. Чи порушиться рівновага терезів,якщо одночасно один циліндр занурити у воду, а другий – в олію? Так ми підійшли до наступного конкурсу:

                   3.2  Конкурс дослідників

   Не забувайте дотримуватися правил техніки безпеки при роботі з динамометром, скляним посудом, рідинами. Будьте охайними та уважними.

 

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 олії Р3.

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

6. Порівняйте значення виштовхувальних сил та зробіть висновок.

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. 

Дослід 3 (демонструє вчитель). До коромисла терезів підвісити два тіла однакової маси,але різного об єму, і терези зрівноважити. Чи порушиться рівновага терезів, якщо ці тіла одночасно занурити у воду?

                                 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 зануреного тіла (картоплин різного розміру).

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.

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

 Виштовхувальну силу ще будемо називати архімедовою, на честь давньогрецького  вченого Архімеда, що жив в ІІІ ст.. до н. е. і вперше розрахував величину цієї сили.

 

              3.3  Причини виникнення виштовхувальної сили.

На всі тіла,занурені в рідину діє Fв,і на ті що плавають і на ті, що тонуть. З’ясуємо причину виникнення цієї сили. Обчислимо значення Fв для кубика,зануреного в рідину. Сили, з якими вода діє на бічні грані бруска,будуть рівні й зрівноважують одна одну. Під дією цих сил тіло тільки

стискається. А сили, що діють на верхню і на нижню грані,неоднакові. На верхню грань тисне зверху із силою F1 стовп рідини висотою h1.На рівні нижньої грані тіла тиск створює стовп рідини висотою h2. Але  h2 > h1,слідує  F2 > F1. Тому тіло виштовхується з рідини із силою:

Fв= F2-F1= Р2 S2 – P1 S1= pgh2 S2 – pgh1 S1=pgs(h2-h1); h=h2-h1; S=S1=S2; Sh=V, де pV -маса рідини в об’ємі кубика. Тому, виштовхувальна сила виникає внаслідок того, що тиск рідини на різні ділянки поверхні неоднаковий.

  Fa=p рідини gv зануреного тіла  

                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.

 

Дослід 4 (демонструє вчитель). Взяти спеціальний прилад-відерце Архімеда. До пружини підвішують відерце, а до нього - циліндр. Стрілку-покажчик на пружині встановлюють проти самого покажчика на штативі. Увагу учнів фіксують на таких моментах:

    ємкість відерця дорівнює об’єму циліндра;

    при зануренні тіла в рідину пружина скорочується,стрілка-покажчик на пружині піднімається вгору;

    занурене тіло витісняє у відливну посудину деякий об’єм рідини. Цей об’єм води дорівнює об’єму тіла. Потім витіснену тілом воду виливають з відливної посудини у відерце. Відерце заповнюється водою, при цьому пружина розтягується до початкової довжини;стрілки-покажчики на пружині і штативі знову збігаються.

ІV. Закріплення нового матеріалу.

         4.1  Конкурс знавців. Винаходи Архімеда.

 Учні по черзі з кожної команди називають винаходи та наукові відкриття,які зробив Архімед.

Наприклад, винайшов машини для зрошення полів, гвинта, важелів, блоків і гвинтів для підняття великих вантажів,військових кидальних машин.

Архімед запропонував поняття центра ваги,визначив положення центра ваги багатьох тіл і фігур, математично вивів закони важеля, заклав основи гідростатики.

Учні розповідають про судноплавство та повітроплавання.

           4.2 Тимчасова самостійна робота з вибором правильної відповіді.

 Учні письмово відповідають  на 12 питань, вибираючи лише одну правильну відповідь.

           4.3 Конкурс практиків.

Представник з першої команди проводить дослід і ставить запитання учням другої команди.

Дослід 1.

Взяти склянку, наповнену на дві третини водою. Влити в неї  пів пробірки соняшникової олії.

Питання: як зібрати масло назад у пробірку,не торкаючись склянки?

Відповідь:змазати краї пробірки яким-небудь твердим жиром і налити в неї води. Заткнути пробірку пальцем,перевернувши та опустивши в склянку догори донцем. Підвести край пробірки до поверхні води. Густина олії менша за густину води, тому виштовхувальна сила, яка діє на неї, більша за силу тяжіння. Масло,будучи легшим за воду, спливаючи,спрямує в пробірку.

Аналогічним способом збирають нафту,що розлилася на поверхні водоймища.

Це є великою екологічною катастрофою. У моря і океани щороку потрапляє більше 3 млн. т нафти і нафтопродуктів, яка потрапляє під час буріння морського дна, аварій танкерів,які перевозять нафту. Оскільки нафта являє собою рідину,що не змішується з водою, а розтікається тонкою плівкою.

           Представник з другої команди проводить дослід і ставить запитання учням першої команди

Дослід 2.

Взяти пробірку з водою, через яку пропустити скляну тоненьку  трубку  завдовжки 10-15 см.,запаяну згори. Запаяний кінець трубки повинен виступати над пробіркою на 6-7 см. У пробірку необхідно насипати стільки піску,щоб вона плавала у воді і кінець трубки на 3 см. виступав над водою. Потім вставте трубку у пробірку на 4 см. і знову опустіть її у воду. Вона потоне.

Питання: чому пробірка спочатку плаває а потім після того, як вставили трубку- тоне?

Відповідь: коли ми вставили трубку у пробірку, об’єм пробірки з трубкою, що опущена у воду зменшився. Внаслідок цього зменшується виштовхувальна сила Архімеда.

 

V. Підсумки уроку

             5.1 Оголошення оцінок.

             5.2 Запис домашнього завдання: виконати експериментальну задачу: обчислити густину картоплини, використовуючи закон  Архімеда.