Урок физики с элементами исследования по теме "Архимедова сила"

Цель урока: сформулировать понятие архимедовой силы, научить выводить формулу, выражающую зависимость этой силы от плотности жидкости (газа) и объёма тела на основе закона Паскаля; продолжить формирование умений находить равнодействующую двух сил, применять закон Паскаля для объяснения давления жидкости или газа на погруженное тело, применять формулу для расчёта давления внутри жидкости, сравнивать значения давления жидкостей и газов на находящиеся в них тела; в целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента в физике.

Прививать толерантность, а для повышения интереса к изучаемому материалу осветить роль Архимеда в физике.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Постановка проблемы.

• Жидкости и газы оказывают давление на любое тело, погруженное в них. Давление окружающей среды создаёт особую силу, которую называют выталкивающей или поддерживающей силой.
• Пробовали запихнуть мяч в воду? Что наблюдали?
• Попробуйте втолкнуть небольшой деревянный прутик в ведро с водой. Что вы будете наблюдать?

III. Изложение нового материала.

А теперь давайте заглянем сквозь тысячу лет
В тот город у моря, где жил Архимед.
Вот по дороге мощёной
В раздумье шагает ученый,
К царю Сиракуз
Направляется он.
Навстречу спешит из дворца Гиерон:
– Нужен твой совет, ученый!
Мастер сделал мне корону,
Погляди-ка, Архимед,
Золотая или нет?
С виду золотом сверкает,
Но, ты знаешь, все бывает.
Говорят, что мастер прыткий,
Отпилил кусок от слитка,
Остальную часть расплавил,
Серебра туда добавил
И потом принес, подлец,
Мне подделку во дворец.
Золото иль позолота?
Разгадать – твоя забота!
Надо точно все определить,
Но корону
Не царапать, не пилить.
Из дворца побрёл ученый:
– Мне известен вес короны,
Ну а как найти объем?
Думал ночью, думал днем…
И однажды, в ванне моясь,
Погрузился он по пояс.
На пол вылилась вода, -
Догадался он тогда,
Как найти объем короны,
И помчался к Гиерону.
Во дворец примчался он:
– Я придумал, Гиерон!
Эврика! Открыл закон!

Историческая справка: рассказ об Архимеде – учащиеся

Архимед (287–212 до н.э.) – выдающийся древнегреческий учёный. Родом из Сиракуз (Сицилия). В механике интересовался соотношениями между силами, действующими на рычаг; в технике много занимался разработкой и созданием сложных систем (полиспаcтов) для поднятия больших тяжестей, а также водоподъёмных механизмов. Одним из его главных открытий является закон о подъёмной силе в жидкостях, носящий его имя.

Опыт с ведерком Архимеда.

Вывод формулы

Заслуга Архимеда в том, что о выталкивающей силе знали все, а чему она равна понял один только он.

Кроме того он выяснил причину: способность жидкости проникать под нижнею часть тела и оказывать на нее давление ( опыт с пшеном)

Интересен тот факт, что сыпучие вещества в некоторых условиях могут проявлять и свойства жидкостей. Например, пшено, насыпанное в кастрюлю, принимает форму этой кастрюли. Если же на дно кастрюли положить кусочки пенопласта и засыпать пшеном, то, легко встряхивая, можно заставить пенопласт “всплыть” на поверхность крупы. То же можно проделать и с песком. Таким образом, архимедова сила проявляется и в твердых сыпучих веществах.

IV. Лабораторная работа «От чего зависит сила Архимеда?» в группах.

Задание первой группе

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и медный цилиндры из набора тел калориметра, нить.

1. Определить архимедовы силы, действующие на первое и второе тела.
2. Сравните плотности тел и архимедовы силы, действующие на тела.
3. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от плотности тела.

Вывод: в результате опыта мы выяснили, что архимедова сила _________________ от плотности тела

Задание второй группе.

Оборудование: сосуд с водой, тела разного объема из пластилина, динамометр, нить.

1. Определите архимедову силу, действующую на каждое тело.
2. Сравните эти силы.
3. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от объема тела.

Вывод: в результате опыта мы выяснили, что архимедова сила ________________ объема тела

Задание третьей группе.

Оборудование: динамометр, нить, сосуды с пресной водой, соленой водой и маслом, алюминиевый цилиндр.

1. Определите архимедовы силы, действующие на тело в пресной воде, соленой воде и масле.
2. Чем отличаются эти силы?
3. Что можно сказать об архимедовых силах, действующих на тело в разных жидкостях?
4. Установите зависимость архимедовой силы от плотности жидкости.

Вывод: в результате опыта мы выяснили, что архимедова сила ________________ от плотности жидкости

Задание четвертой группе.

Оборудование: мензурка с водой, алюминиевый цилиндр, нить, динамометр.

1. Определите архимедовы силы, действующие на тело на глубине h1 и на глубине h2, большей, чем h1.
2. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от глубины погружения тела.

Вывод: в результате опыта мы выяснили, что архимедова сила _______________ от глубины погружения

Задание пятой группе.

Оборудование: кусочек пластилина, сосуд с водой, нить, динамометр.

1. Кусочку пластилина придайте форму шара, куба, цилиндра.
2. Поочередно опуская фигурку в воду, с помощью динамометра определите архимедову силу, действующую на нее.
3. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от формы тела.

Вывод: в результате опыта мы выяснили, что архимедова сила _____________ от формы тела

После получения результатов каждая группа устно отчитывается о своей работе и сообщает свои выводы. Выводы записываются учащимися в тетрадях, а учитель на доске в виде таблицы.

V. Закрепление материала.

Опыт с сырым яйцом (тонет в пресной воде, но плавает в соленой. Почему?)

Подумай: Почему отстаивание воды ведет к очищению ее от нерастворимых в ней веществ?

Качественные задачи:

1. Первоклассник и десятиклассник прыгнули в воду. Кого вода выталкивает сильнее?
2. Первоклассник нырнул на 3 м, а десятиклассник на 1м. Кого сильнее выталкивает вода?
3. Вы постепенно входите в воду. Меняется ли архимедова сила по мере вашего погружения? А когда она достигнет максимума?
4. Подводная лодка вошла из моря в реку. Изменилась ли архимедова сила? Почему?
5. К коромыслу весов подвесьте два цилиндра одинакового объёма и сделанных из одного материала. Проверьте, нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр поместить в воду, а другой – в машинное масло?
6. Проверьте на опыте, изменится ли уровень воды в ведре, если плавающую на поверхности вазочку для конфет погрузить полностью в воду.
7. Рассчитайте, а затем проверьте на опыте, какую силу нужно приложить к телу, чтобы удержать его в воде.
8. К коромыслу весов подвешены два одинаковых шара. Нарушится ли равновесие весов, если один шар опустить в воду, а другой – в керосин (рис. 1)?
9. Нарушится ли равновесие весов, если шары опустить в воду (рис. 2)?

Рис. 1

 
Рис. 2

VI. Итог урока, рефлексия.

VII. Домашнее задание.

• п. 49