Урок «Исследование Архимедовой силы» В 7 классе

Урок «Исследование Архимедовой силы»
В 7 классе
Цели урока: Выяснить от чего зависит выталкивающая сила, действующая на тело в
жидкости; рассчитывать эту силу, формировать умение наблюдать физические явления,
анализировать их, делать выводы; развивать экспериментальные навыки; активизировать
познавательную деятельность учащихся путем решения проблемных задач; раскрыть роль
Архимеда в развитии физики; прививать интерес к предмету; способствовать чтению
дополнительной литературы.
Знать все о силе Архимеда и уметь ее измерять. Опытным путем, выяснить: от каких
причин зависит и не зависит архимедова сила.
Уметь обобщать результаты эксперимента.
Ход урока
УЧИТЕЛЬ:
Царь главного города древней Сицилии, Сиракузы, Гиерон безгранично верил в
могущество разума Архимеда из-за его способности применять фундаментальные
теоретические познания на практике. Например, вот случай с триерой – большим судном.
Из-за большой массы и размеров ее не удавалось стащить с берега всему населению
города. Архимед придумал механизмы, которые помогли спустить триеру одному (!)
Гиерону и тот после этого воскликнул: «С этого времени я требую, чтобы Архимеду
верили во всем, что только он ни скажет». Свою высокую репутацию Архимед блестяще
подтвердил и в другом поучительном случае – при решении задачи о составе золотой
короны Гиерона.
1. Проверка усвоения изученного материала (фронтальный опрос).
Решение качественных задач.
1) Собака легко перетаскивает утопающего в воде, однако, на берегу она не может
сдвинуть его с места. Почему?
2) Ходить по берегу, усеянному галькой, босыми ногами больно. А в воде, погрузившись
глубже пояса, ходить по мелким камням не больно. Почему?
3) Для подводных лодок устанавливается предельная глубина погружения. Чем объяснить
существование такого предела?
4) Генерал нырнул в воду «солдатиком» и подвергся действию выталкивающей силы.
Можно ли сказать, что вода выталкивала генерала в шею?
Ответ: «Нет». Вода толкала генерала в подметки сапог. Внутри, всякой жидкости
давление на одном и том же уровне по всем направлениям одинаково, поэтому силы,
действующие на генерала с боков, уравновешивали друг друга.
А вот силы, жмущие на фуражку и подметки не равны, потому что фуражка и подметки
находятся на разных уровнях жидкости. Разность этих сил и выталкивала генерала в
подметки.
2.Изучение нового материала.
1. Как измерить Архимедову силу?
Известно, что в воде мы можем легко поднять камень, который с трудом поднимаем в
воздухе. Другое наблюдение: если в наполненной водой ванне спокойно полежать минут
пять-десять, а затем подняться из воды, то тело почувствует резкое увеличение вашего
веса.
Учитель: Какой вывод можно из этого сделать?
Ученик: вес тел, погруженных в жидкость, обычно уменьшается.
Учитель: Пронаблюдаем уменьшение веса тел, погруженных в жидкость, в лабораторных
условиях.
Опыт№1.
Подвесим к динамометру большую картофелину.Пусть ее вес 3,5Н.Если
теперь ее погрузить в воду, то динамометр покажет всего 0,5Н.
(рис.1 )
Учитель: Что мы наблюдаем в этом опыте?
Ученик: Наблюдаем уменьшение веса картошки на 3Н. (3,5Н – 3Н = 0,5Н ).
Учитель: А если вместо картошки погрузить камень?
Ученик: Его вес также уменьшится на 2 Н.
( 5Н – 3Н = 2Н ).
Учитель: Почему же изменяется вес тел?
Ученик: Потому, что кроме силы тяжести, направленной вниз, на тело начинает
действовать еще и выталкивающая сила, направленная вверх.
(рис. 2 )
Учитель: Как вы думаете, в чем состоит способ измерения Архимедовой силы?
Ученик: Способ измерения архимедовой силы состоит в следующем: необходимо
проделать два взвешивания – в воздухе и внутри жидкости.
Учитель: Правильно. Разница в весе и есть архимедова сила.
Математически этот способ выражается формулой:
F =P ₒ– P
Pₒ – вес тела в вакууме, ( Н).
P – вес тела в жидкости или газе, ( Н).
Поскольку в вакууме вес тела равен действующей на него силе тяжести, то формулу
можно записать и в другом виде:
F = Fт – P
- способ измерения архимедовой силы.
Проанализируем эту формулу. Выразим из нее вес тела в жидкости или газе:
P = F – Fт
Мы видим, что вес равен разности силы тяжести и архимедовой силы. В примере с
картофелиной или камнем их силы тяжести были больше, чем архимедовы силы. Поэтому
вес и камня и картофелины был направлен вниз. Но если же вместо этих тел взять
теннисный шарик или кусок пенопласта, то при погружении в воду архимедова сила будет
больше силы тяжести и вес этих тел в воде окажется направленным вверх!
Опыт №2. Обвяжем кусок пенопласта нитью и прикрепив его к крючку динамометра,
начнем погружать пенопласт в воду. Чтобы это сделать нам придется руку с
динамометром погрузить внутрь воды и втянуть пенопласт под воду, как поплавок. При
этом динамометр будет расположен «кверху ногами». Сила, с которой пенопласт
растягивает свой «подвес» в этом случае будет направлена вверх.
(рис.3).
А эта сила, по определения веса и есть вес пенопласта в воде!
Поскольку в этом случае архимедова сила (вычитаемое) больше, чем сила тяжести
(уменьшаемое), то вес тела в жидкости (разность), окажется отрицательным числом. Это
указывает нам на то, что вес тела в жидкости направлен не вниз, как обычно, а вверх.
Чтобы в этом случае избежать отрицательных чисел, вместо выражения «вес тела в
жидкости или газе» употребляют термин подъемная сила:
F= | P |
FА = | F Т – F | = FТ – F
FА = FТ – F
Нетрудно увидеть, что отнимая F от
F , мы получаем вес груза, который тело
способно удерживать при наибольшем погружении в жидкость или газ, плавая на
поверхности.
Опытным путем, выясним: от каких причин зависит и не зависит
архимедова сила.
Опыт №3. Цель: выяснить, зависит ли архимедова сила от массы и плотности тела.
Возьмем два цилиндра равных объемов алюминиевый и стальной. Масса цилиндров будет
разной из-за различия в плотности алюминия и стали.
Чтобы вычислить архимедову силу, которая возникает при погружении в воду. Проделаем
два взвешивания и вычислим разницу в весе каждого цилиндра.
( рис.4 ).
Для алюминиевого: 0,5Н – 0,3Н = 0,2Н.
Для стального:
1,5Н – 1,3Н = 0,2Н.
Учитель: Какой вывод следует из опыта?
Ученик: Несмотря на различие значений веса, измерение веса не зависит от
массы и плотности цилиндров
Учитель: запишем вывод в тетрадь: архимедова сила не зависит ни от
массы, ни от плотности тела, погруженного в жидкость.
Опыт №4. Цель: выяснить, зависит ли архимедова сила от объема тела.
Возьмем любой из использованных нами цилиндров и пластмассовую гирьку весом 1г.
Известно, что объем гирьки примерно в полтора раза больше, чем объем цилиндра.
( рис.5).
Поочередно погружая тела в жидкость, мы обнаружим, что архимедова сила,
действующая на гирьку: 0,5Н - 0,3Н = 0,2Н, примерно в полтора раза меньше
архимедовой силы, действующей на цилиндр: 1,0Н– 0,7Н = 0,3Н.
Учитель: архимедова сила зависит от объема погруженного тела.
Заметим, что в этом опыте мы тело погружали в жидкость целиком. Учитель:
Сделайте вывод.
Ученик: Но, если же тело погружать лишь частично, то вывод из этого опыта
правильнее сформулировать так: архимедова сила зависит от объема погруженной в
жидкость части тела.
Опыт №5. Цель: выяснить, зависит ли архимедова сила от плотности
жидкости, в которую погружено тело.
Опуская гирьку сначала в обычную воду, а потом в насыщенный раствор соли, мы увидим,
что в нем вес гирьки уменьшается больше, чем в чистой воде.
( рис.6)
Следовательно, в растворе соли возникает большая архимедова сила, чем в пресной воде.
Учитель: Какой вывод можно сделать?
Ученик: Сила Архимеда зависит от плотности жидкости, в которую
погружено тело.
Опыт №6. Цель: выяснить, зависит ли архимедова сила от глубины
погружения тела внутри жидкости.
Опустим любое тело в глубокий сосуд с жидкостью. Перемещая тело ближе к
поверхности жидкости или ко дну сосуда, мы не заметим изменения веса тела.
( рис. 7)
Сделаем вывод: архимедова сила не зависит от глубины погружения тела внутрь
жидкости.
Опыт №7.Цель: выяснить, зависит ли архимедова сила от
формы тела, погруженного в жидкость.
Прикрепим к динамометру брусочек пластилина. Определим архимедову силу.
Скатаем пластилин в шарик и снова определим архимедову силу.
Учитель: Сделайте вывод по результатам опыта.
Ученик: архимедова сила не зависит от формы тела погруженного в жидкость.
Учитель: обобщим результаты нашего экспериментального исследования.
Архимедова сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ,
зависит:
от объема погруженной части тела и плотности окружающей среды.
Архимедова сила не зависит:
от массы, плотности тела, глубины его погружения внутри жидкости, формы и, строго
говоря, собственного объема.
3. Закрепление, изученного материала решением задач.
Тест: «Хорошо ли ты знаешь Архимедову силу?»
1.Найди правильные утверждения
а) сила Архимеда зависит от плотности окружающей жидкости,
б) сила Архимеда зависит от объема погруженной части тела.
в) сила Архимеда зависит от объема жидкости вытесненной телом.
г) сила Архимеда зависит от плотности тела.
д) сила Архимеда зависит от объема тела.
Ответ: да, да, да, нет, нет.
2.Верно, что…
а) сила Архимеда зависит от массы тела.
б) сила Архимеда зависит от формы тела.
в)сила Архимеда зависит от глубины погружения тела внутри жидкости.
г) сила Архимеда обычно направлена вверх.
д ) сила Архимеда действует на любое тело, погруженное в жидкость .
Ответ: нет, нет, нет, да, да.
3.Верны ли утверждения…
а) сила Архимеда действует только на целиком погруженные в жидкость тела.
б) если тело, подвешенное к динамометру, опустить в жидкость, то он
покажет силу Архимеда.
в) сила Архимеда равна изменению веса тела, погружаемого в жидкость.
г) сила Архимеда равна весу тела, погружаемого в жидкость.
д) сила Архимеда равна весу тела в жидкости.
Ответ: нет, нет, да, нет, нет.
Задача 1
Необходимо экспериментально установить, зависит ли выталкивающая сила от
плотности погруженного в жидкость тела. Какой набор цилиндров из алюминия и меди
можно использовать для этой цели?
1) только А
3) только В
2) только Б
4) либо А, либо В.
Ответ: 1
Задача 2
Определите вес обезьяны в водах реки Ганг в жаркий летний полдень, если объём
обезьяны 0,016 м 3 , её масса 18 кг, а плотность воды Ганга 1000 кг/ м 3 .
Ответ: Р=20 Н.
Дано:
обезьяна
m0  18 кг
V0  0,016 m 3
Вода :
pж  1000
кг
м3
Найти вес:
Р=? (Н)
Решение:
Направим ось Х вниз, тогда второй закон Ньютона в
векторной форме имеет вид:

 
P  mg  FA


Так как FA  X , то FA x   FA mg  x, то g X   g
В проекциях на ось Х P  mg  FA
Архимедова сила
FA  p Ж gVO
м
кг
м
м
м
Тогда p=18кг  9.8 2  1000 3  9.8 2  0.016 м 3  9.8 2 (18 кг  16 кг )  9.8 2  2 кг  20 Н
с
м
с
с
с
Ответ: 20Н.
МКОУ «СОШ №2» п. Сывдарма Пуровского района
Урок
«Исследование Архимедовой силы»
в 7 классе
-
Автор Бокова Наталья Леонидовна,
учитель физики и математики МКОУ «СОШ № 2»
2012г.