Тип урока: исследование
Используемые технологии: Традиционная, групповая, инновационная.
Цель урока: Выяснить условия плавания тел в зависимости от плотности жидкости и тела, усвоить их на уровне понимания и применения, с использованием логики научного познания.
Задачи:
- установить теоретически и экспериментально соотношение между плотностью тела и жидкости, необходимое для обеспечения условия плавания тел;
- продолжить формировать умение учащихся проводить опыты и делать из них выводы;
- развитие умений наблюдать, анализировать, сопоставлять, обобщать;
- воспитание интереса к предмету;
- воспитание культуры в организации учебного труда.
Предполагаемые результаты:
Знать: Условия плавания тел.
Уметь: Экспериментально выяснять условия плавания тел.
Оборудование: Мультимедиа, экран, индивидуальные карточки задания, таблица плотностей, исследуемые материалы.
Ход урока
Активизация знаний:
Учитель:
– На предыдущих уроках мы рассмотрели действие жидкости и газа на погруженное в них тело, изучили закон Архимеда, условия плавания тел. Тему сегодняшнего урока мы узнаем, решив кроссворд.
По горизонтали: 1. Единица деления. 2. Единица массы. 3. Кратная единица массы. 4. Единица площади. 5. Единица времени. 6. Единица силы. 7. Единица объема. 8. Единица длины.
Ответы: 1. Паскаль. 2. Килограмм. 3. Тонна. 4. Квадратный метр. 5. Час. 6. Ньютон. 7. Литр. 8. Метр.
(Тему урока записываем в тетради)
Учитель: Но а теперь прежде, чем приступить с решению экспериментальных задач, ответим на несколько вопросов. Какая сила возникает при погружении тела в жидкость?
Учащиеся: Архимедова сила.
Учитель: Куда направлена эта сила?
Учащиеся: Она направлена вертикально вверх.
Учитель: От чего зависит архимедова сила?
Учащиеся: Архимедова сила зависит от объёма тела и от плотности жидкости.
Учитель: А если тело не полностью погружено в жидкость, то как определяется архимедова сила?
Учащиеся: Тогда для подсчета архимедовой силы надо использовать формулу FA = ρжgV, где V – объем той части тела, которая погружена в жидкость.
Учитель: Какими способами можно на опыте определить архимедову силу?
Учащиеся: Можно взвесить жидкость, вытесненную телом, её вес и будет равен архимедовой силе. Можно найти разность показаний динамометра при взвешивании тела в воздухе и в жидкости, эта разность тоже равна архимедовой силе. Можно определить объем тела с помощью линейки или мензурки. Зная плотность жидкости, объем тела, можно вычислить архимедову силу.
Учитель: Итак, мы знаем, что на всякое тело, погруженное в жидкость, действует архимедова сила. А ещё, какая сила действует на любое тело, погруженное в жидкость?
Учащиеся: Сила тяжести.
Учитель: Вы можете привести примеры тел, которые плавают на поверхности воды? А какие тела тонут в воде? А как ещё тело может вести себя в воде? Какие это тела? Попробуйте угадать, о каком плавающем теле пойдёт сейчас речь.
Сегодня над морем
Большая жара;
А в море плывёт
Ледяная гора.
Плывёт и, наверно,
Считает:
Она и в жару не растает.
Учащиеся: Айсберг.
Учитель: А изменилось бы что-нибудь, если бы воду в океане мы мгновенно поменяли бы на керосин?
(Учащиеся путаются в ответах)
Вы не можете точно ответить на этот вопрос. Но у вас уже появляются идеи, гипотезы. Давайте сегодня на уроке вместе решим проблему: Выясним: Каковы условия плавания тел в жидкости.
Решение исследовательских задач:
Запишите в тетради тему урока – “Условия плавания тел”.
Учитель: Ребята, а вы знаете, какой учёный изучал плавание тел?
Учащиеся: Архимед.
Учитель: Попробуем все сведения об условиях плавания тел проверить экспериментально, выполнив исследования. Мы с вами уже так поступали при изучении силы трения. Каждая группа получит своё задание. После выполнения заданий мы обсудим полученные результаты и выясним условия плавания тел.
Все результаты записывайте в тетрадь. Если возникнут вопросы, поднимите руку.
(Ребята получают карточки с заданиями и оборудование для их выполнения – 7 вариантов. Варианты заданий не одинаковы по уровню трудности: первые – наиболее простые, 6 и 7 – сложнее. Они даются соответственно уровню подготовки.)
Задания:
Задание группе 1:
- Пронаблюдайте, какие из предложенных тел тонут, и какие плавают в воде.
- Найдите в таблице учебника плотности, соответствующих веществ и сравните с плотностью воды.
- Результаты оформите в виде таблицы.
| Плотность жидкости | Плотность вещества | Тонет или нет |
Оборудование: сосуд с водой и набор тел: стальной гвоздь, фарфоровый ролик, кусочки свинца, сосновый брусок.
Оборудование: сосуд с водой и набор тел: кусочки алюминия, органического стекла, пенопласта, пробки, парафина.
Задание группе 2:
- Сравните глубину погружения в воде деревянного и пенопластового кубиков одинаковых размеров.
- Выясните, отличается ли глубина погружения деревянного кубика в жидкости разной плотности. Результат опыта представить на рисунке.
Оборудование: два сосуда (с водой и с маслом), деревянный и пенопластовый кубики.
Задание группе 3:
- Сравните архимедову силу, действующую на каждую из пробирок, с силой тяжести каждой пробирки.
- Сделайте выводы на основании результатов опытов.
Оборудование: мензурка, динамометр, две пробирки с песком (пробирки с песком должны плавать в воде, погрузившись на разную глубину).
Задание группе 4:
- «Можно ли «заставить» картофелину плавать в воде? Заставьте картофелину плавать в воде.
- Объясните результаты опыта. Оформите их в виде рисунков.
Оборудование: сосуд с водой, пробирка с поваренной солью, ложка, картофелина средней величины.
Задание группе 5:
- Добейтесь, чтобы кусок пластилина плавал в воде.
- Добейтесь, чтобы кусок фольги плавал в воде.
- Поясните результаты опыта.
Оборудование: сосуд с водой; кусок пластилина и кусочек фольги.
Учитель: Мы говорили об условии плавания твёрдых тел в жидкости. А может ли одна жидкость плавать на поверхности другой?
Задание группе 6: Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды.
Цель работы: Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.
Оборудование: сосуды с маслом, водой, пипетка.
Последовательность проведения опыта:
- Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла.
- Опустите пипетку на глубину 3 – 4 см в стакан с водой.
- Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды.
- На основе проделанного опыта сделайте вывод.
После выполнения эксперимента обсуждаются результаты работы, подводятся итоги.
Пока учащиеся выполняют задания, наблюдаю за их работой, оказываю необходимую помощь.
Учитель: Заканчиваем работу, приборы отодвиньте на край стола. Переходим к обсуждению результатов. Сначала выясним, какие тела плавают в жидкости, а какие – тонут. (Группа 1)
Учащиеся: Один из них называет те тела, который тонут в воде, другой – тела, которые плавают, третий сравнивает плотности тел каждой группы с плотностью воды. После этого все вместе делают вывод.
Выводы:
- Если плотность вещества, из которого изготовлено тело больше плотности жидкости, то тело тонет.
- Если плотность вещества меньше плотности жидкости, то тело плавает.
(Выводы записываются в тетрадях.)
Учитель: Что произойдет с телом, если плотности жидкости и вещества будут равны?
Учащиеся: дают ответ.
Посмотрим, как ведут себя тела, плавающие на поверхности жидкости. Ребята группы 2 рассматривали, как ведут себя тела, изготовленные из дерева и пенопласта в одной и той же жидкости. Что они заметили?
Учащиеся: Глубина погружений тел разная. Пенопласт плавает почти на поверхности, а дерево немного погрузилось в воду.
Учитель: Что можно сказать о глубине погружения деревянного бруска, плавающего на поверхности воды, масла?
Учащиеся: В масле брусок погружался глубже, чем в воде.
Вывод: Таким образом, глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости и самого тела.
Запишем этот вывод.
Учитель: Теперь выясним, можно ли заставить плавать тела, которые в обычных условиях тонут в воде, например картофелину или пластилин или фольгу. (Группа 4; Группа 5)
Что вы наблюдаете?
Учащиеся: Они тонут в воде. Чтобы заставить картофелину плавать, мы насыпали в воду больше соли.
Учитель: В чем же дело? Что же произошло?
Учащиеся: У соленой воды увеличилась плотность и она стала сильнее выталкивать картофелину. Плотность воды возросла и архимедова сила стала больше.
Учитель: Правильно. А у ребят, выполнявших задание с пластилином, соли не было. Каким образом вам удалось добиться, чтобы пластилин плавал в воде?
Учащиеся: Мы сделали из пластилина лодочку. Она имеет больший объем и поэтому плавает. Можно сделать из пластилина коробочку, она тоже плавает. У нее тоже больше объем, чем у куска пластилина.
Вывод: Итак, чтобы заставить плавать обычно тонущие тела, можно изменить плотность жидкости или объем погруженной части тела. При этом изменяется и архимедова сила, действующая на тело. Как вы думаете, есть ли какая – нибудь связь между силой тяжести и архимедовой силой для плавающих тел?
Учитель: (Группа 6) Снова вернёмся к таблице плотности веществ. Объясним, почему на воде образуется масляная плёнка.
Итак, проблема решена, значит, жидкости, как и твёрдые тела подчиняются условиям плавания тел.
Продолжим беседу о жидкостях.
Один неглубокий сосуд пригласил в гости сразу три несмешивающиеся жидкости разной плотности и предложил им располагаться со всеми удобствами. Как расположились жидкости в гостеприимном сосуде, если это были: масло машинное, мёд и бензин.
Укажите порядок расположения жидкостей.
Учащиеся: (Группа 3) Мы погружали в воду две пробирки с песком – одна легче, другая тяжелее, - и обе они плавали в воде. Мы определили, что архимедова сила в том и другом случае примерно равна силе тяжести.
Учитель: Молодцы. Значит, если тело плавает, то FA = Fтяж. (записываю на доске). А если тело тонет в жидкости?
Учащиеся: Тогда сила тяжести больше архимедовой силы.
Учитель: А если тело всплывает?
Учащиеся: Значит, архимедова сила больше силы тяжести.
Учитель: Итак, получили условие плавания тел. Но оно не связано с плотностью тела или с плотностью самой жидкости. (Эту зависимость рассмотрели ребята 1 группы). Значит, условия тел можно сформулировать двумя способами: сравнивая архимедову силу и силу тяжести или сравнивая плотности жидкости и находящегося в ней вещества. Где в технике учитываются эти условия?
Учащиеся: При постройке кораблей. Раньше делали деревянные корабли и лодки. Плотность дерева меньше плотности воды, и корабли плавали в воде.
Учитель: Металлические корабли тоже плавают, а ведь куски стали тонут в воде.
Учащиеся: С ними поступают так, как мы поступили с пластилином: увеличивают объем, архимедова сила становится больше, и они плавают. Еще делают понтоны и подводные лодки.
Учитель: Итак, в судостроении используется тот факт, что путем изменения объема можно придать плавучесть практически любому телу. А учитывается ли как-нибудь связь условий плавания тел с изменением плотности жидкости?
Учащиеся: Да, при переходе из моря в реку меняется глубина осадки судов.
Учитель: Приведите примеры использования условий плавания тел в технике.
Учащиеся: Для речных переправ применяют понтоны. В морях и океанах плавают подводные лодки. Для подводного плавания часть их емкости заполняют водой, а для надводного – воду выкачивают.
(Демонстрирую рисунки современных кораблей.)
Учитель: Посмотрите внимательно на атомный ледокол. В нашей стране работают несколько таких ледоколов. Они самые мощные в мире и могут плавать, не заходя в порты, более года. Но подробнее мы поговорим об этом на следующем уроке.
Оформление доски: Задание на дом § 48.
Тема урока: Условия плавания тел.
| 1. Если ρ вещества > ρ жидкости, то тела тонут. | 1. Если Fтяж > FA, то тело тонет. |
| 2. Если ρ вещества < ρ жидкости, то тела всплывают на поверхность жидкости. | 2. Если Fтяж< FA, то тело всплывает. |
| 3. Если ρ вещества = ρ жидкости, то …? | 3. Если Fтяж = FA, то тело плавает внутри жидкости. |
| Глубина погружения тела зависит от ρ жидкости и ρ вещества тела. | |
Итог урока:
Делаем с ребятами вывод о проведенных исследованиях. Ещё раз обобщаем условия плавания тел с помощью таблицы, представленной на доске.
Рефлексия:
- Сегодня на уроке мне понравилось …
- Я хочу, чтобы …
- Я узнал …
- Я сегодня собой …