Виштовхувальна сила — інтегрований STEM-підхід через експеримент і аналіз
Цей конспект розроблений для вчителів фізики, які прагнуть поєднати наукову точність із практичним дослідженням та міждисциплінарним контекстом. Матеріал охоплює ключові аспекти теми виштовхувальної сили: від базового експерименту з динамометром до аналітичного розрахунку за формулою Архімеда.
Урок включає:
- покрокову практичну роботу з вимірювання виштовхувальної сили;
- планування досліджень із чітким розмежуванням змінних;
- аналітичний і експериментальний способи визначення сили;
- знайомство з ареометром та його застосуванням у промисловості України;
- інтеграцію природничих наук із реальними прикладами з хімічної, харчової, нафтопереробної та аграрної галузей.
Конспект сприяє розвитку критичного мислення, навичок дослідження та розуміння ролі фізики в повсякденному житті й професіях. Підходить для адаптації під різні вікові групи та рівні підготовки учнів.
Виштовхувальна сила
|
Мета уроку |
Завдання уроку |
Очікувані результати навчання |
|
Сформувати в учнів уявлення про виштовхувальну силу, розвивати вміння працювати з формулами та символічними записами, удосконалювати здатність робити висновки й прогнози на основі наукових знань. |
- ознайомити з методами визначення виштовхувальної сили; |
Після уроку учні зможуть: |
- Виштовхувальна сила
Чому занурене у воду тіло здається легшим? Чому повітряна куля здіймається в небо, а підводний човен змінює глибину без двигунів? Як рідина підтримує предмети, дозволяючи їм плавати?
Щоб розібратися в цьому явищі, проведемо експеримент. Спочатку виміряємо вагу предмета у повітрі за допомогою динамометра. Потім зануримо його у воду та повторно визначимо вагу. Різниця між цими показниками чисельно дорівнює виштовхувальній силі—силі, яка діє з боку рідини або газу на занурене в них тіло.
Практична робота. Вимірювання виштовхувальгої сили
Науковці довели, що величина виштовхувальної сили залежить від густини рідини та об’єму зануреного тіла: чим більша густина рідини і більший об’єм тіла, тим сильніше воно виштовхується.
1. Запишіть висновки науковця так, щоб його можна було перевірити в експерименті.
а)Що ви будете змінювати (незалежна змінна);
б) Що ви будете вимірювати (залежна змінна);
в) Що ви залишите незмінним (контрольні змінні).
3. Поміркуйте, які прилади вам знадобляться та підготуйте їх.
4. Проведіть необхідні вимірювання.
5. Складіть таблицю та запишіть свої результати.
6. Напишіть висновок, в якому вкажіть, як виштовхувальна сила залежить від густини рідини та об1єму тіла.
2. Способи визначення виштовхувальної сили
1. Аналітичний спосіб. Виштовхувальну силу можна розрахувати за допомогою рівняння
Це рівняння можна представити за допомогою текстової формули(рис 8.15) та графічної схеми (рис.8.16)
Виштовхувальн сила = густина рідини
Це рівняння справедливо і для газу, але в нього необхідно підставляти густину газу, а не рідини.
2. Експериментальний спосіб.
Для проведення досліду використовують відливну посудину, наповнену водою. Коли тіло занурюють у рідину, частина води витісняється й виливається через спеціальний зливний отвір.
Кількість витісненої рідини безпосередньо залежить від об’єму зануреного тіла. Щоб визначити силу, яка діє на нього у воді, зібрану витіснену рідину зважують. Виявляється, що вага вилитої води дорівнює архімедовій силі, яка утримує тіло на плаву.
Цю залежність з’ясував давогрецький вчений Архімед та сформулював у вигляді закона, який носить його ім’я.
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.
F в=P рід=m рід⋅g
- Ареометр
Ареометр—пристрій для визначення густини рідини, який оснований на дії виштовхувальної сили – по глибині занурення приладу визначають густину рідини.
Ареометр занурюється в рідину, поки вага витісненої рідини не стане рівною його вазі. Чим менша густина рідини, тим глибше опускається прилад. Шкала дозволяє виміряти густину або концентрацію розчинених речовин.
4. Використання аерометра в промисловості.
Ареометр є важливим приладом у багатьох галузях промисловості України, оскільки дозволяє швидко та точно визначати густину рідин. У нафтопереробній промисловості його використовують для контролю якості бензину, дизельного пального та мастил, що допомагає забезпечити відповідність продукції стандартам.
У хімічній промисловості ареометри застосовують для аналізу концентрації розчинів, що необхідно для виробництва фармацевтичних препаратів, добрив та інших хімічних речовин.
Харчова промисловість також активно використовує цей прилад—наприклад, для визначення концентрації цукру у виробництві соків, варення та алкогольних напоїв.
Також ареометри допомагають контролювати рівень спирту в напоях, що є важливим для дотримання технологічних норм. У молочній промисловості вони використовуються для оцінки якості молока та його жирності.
Сільське господарство застосовує ареометри для аналізу добрив та кормових добавок, що сприяє підвищенню ефективності виробництва. В автомобільній сфері ареометри використовують для перевірки густини електроліту в акумуляторах, що допомагає оцінити рівень заряду.
Таким чином, ареометр є незамінним інструментом у багатьох сферах промисловості України, забезпечуючи точність вимірювань та контроль якості продукції.
про публікацію авторської розробки
Додати розробку