Урок-исследование по физике в 7-м классе по теме Действие жидкости на погруженные в нее тела. Архимедова сила

Задачи урока: ознакомить школьников с новым физическим явлениям- действием жидкости на погруженное в нее тело; изучить закон Архимеда; формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать, систематизировать знания.

1. Выявление имеющихся знаний.

Подготовка учащихся к разрешению задач урока. Учитель напоминает, что ими уже изучено действие жидкости и газа на дно и стенки сосуда.

Актуализация ранее усвоенных знаний. Учитель проводит фронтальный опрос в виде беседы с использованием ранее составленной таблицы ДЭЗ (доминирующие элементы знаний) по теме «Давление жидкости на дно и стенки сосуда».

Вопрос

Стр.

Ответ

1. Выведите формулу для расчета давления на дно сосуда.

2. От каких величин зависит давление жидкости на дно сосуда?

Давление жидкости на дно сосуда зависит только от плотности и высоты столба жидкости.

3. По какой формуле рассчитывается давление жидкости на стенки сосуда, давление внутри жидкости?

4. В каких единицах выражают величины, входящие в эту формулу?

[ρ] = кг/м3
[h] = м
[р] = Па
g = 9,8 Н/кг

Мотивация знаний.

Учитель:

— подчеркивает значимость изучаемых явлений;
- подводит итог беседы по таблице.

Выделение элементов знаний, подлежащих изучению. Приступая к изучению нового явления, учитель указывает учащимся на те вопросы, которые предстоит рассмотреть: практическое изучение действия жидкости на погруженное в нее тело; теоретическое обоснование экспериментов.

2. Знакомство с новым материалом.

Формулировка темы урока.  Учитель и учащиеся фиксируют тему урока.

Постановка учебных проблем. По мере раскрытия темы на уроке строится структурная схема.

Явление

Научные факты

Гипотеза

Величины

Законы

Применение

Учащиеся определяют какое явление они будут рассматривать на уроке и заполняют колонку «Явление».

Первая учебная проблема: действует ли жидкость на погруженное в нее тело?

Записывается первая гипотеза «В жидкости на тела действует выталкивающая сила». Учитель обращается к жизненному опыту школьников и дополнительным экспериментам. (Вспомним лето. Вы у реки. Вы входите  воду, учите своего друга плавать. Легко ли поддерживать на воде тело друга? Можете ли вы удержать его не на воде, а в воздухе?). Погрузим мяч в воду и уберем руку. Мяч выпрыгивает на поверхность.

Вывод: в жидкости на тела действует выталкивающая сила.

Действительно существует такая сила. Она называется выталкивающей или архимедовой, силой в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.

Вторая учебная проблема: всегда ли жидкость действует на погруженное тело? Записывается вторая гипотеза «Жидкость действует на любое тело, погруженное в нее». Опущенный в воду цилиндр из металла тонет. Заметно ли действие воды на это тело? (Учащиеся выдвигают различные версии при обсуждении данного явления).

По плану, записанному на доске, каждый ученик приступает к выполнению эксперимента с телами различной формы, массы, цвета.

  1. Определите вес данного тела в воздухе Р1.
  2. Определите вес этого тела в воде Р2.
  3. Сравните результаты и сделайте вывод: Вес тела в воде меньше веса тела в воздухе.

Вопрос: почему вес тела в воде меньше веса тела в воздухе?

Ответ: существует сила, действующая на тело в воде и направленная вертикально вверх.

Вывод: жидкость действует на любое тело, погруженное в нее.

Третья учебная проблема: как можно найти величину выталкивающей силы? Ответ: из веса тела  в воздухе вычесть вес тела  в воде.

Р в воде< Р в воздухе; F выт = Р в воздухе — Р в воде

Четвертая учебная проблема: как теоретически объяснить действие жидкости на погруженное в нее тело?

Для объяснения используется представление давления жидкости на тело. Давление внутри жидкости: p = ρgh. Если верхняя грань находится на глубине h1, а нижняя на глубине h2, то р2 > р1. Давление на боковые грани компенсируется, т.к. по закону Паскаля, давление на одном уровне по всем направлениям одинаково.


Вывод: выталкивание тела происходит в результате действия разного давления на нижнюю и верхнюю грани: рна ниж > р на верх.



Выведем величину силы Архимеда:

р1 = ρжgh1; F1 = p1S; F1 = ρжgh1S;

р2 = ρжgh2 ;   F2 = p2 S;  F2 = ρжgh2 S;

F1- F2 = ρжgh2 S — ρжgh1S = ρжgS(h2 -h1)

Но h2 -h1= hц  и S h = V, значит  F1- F2 = ρжg V- выталкивающая сила, или сила Архимеда . Окончательно: FА = ρжgV

Так как ρжV = mж - масса жидкости в объеме тела.

FА = mжg = Рж

Т.е. по формуле это вес жидкости, вытесненной телом. Так ли это?

Пятая учебная проблема. Докажем эту гипотезу с помощью опыта. Предлагаем план его проведения.

1. Рассказать о приборе, который носит название «ведерко Архимеда», пружина с указателем, шкала, ведерко, цилиндр того же объема, отливной сосуд высотой 25 см, стакан.

2. Ведерко подвешивается к пружине, а к нему- цилиндр, замечается растяжение пружины по указателю.

3. Цилиндр погружается в отливной сосуд, вытесненная вода собирается в стакан, пружина сжимается до новой отметки.

4. Значит, со стороны жидкости действует сила, направленная вверх,- сила Архимеда. Чему она равна? Как вернуть пружину в прежнее состояние?

5. Вытесненная вода понемногу выливается в ведерко. Пружина возвращается в исходное состояние, если перелита вся вода (ведерко полное).

6. Указывается, что объем воды в ведерке равен объему цилиндра.

Вывод: сила Архимеда равна весу жидкости, вытесненной телом.

Формулируется закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равна по величине весу жидкости, вытесненной телом.

3. Повторение выдвинутых гипотез.

Работа со схемой:

— наличие схемы в тетрадях учащихся;
- фронтальный опрос по схеме;
- письменный текст рассказа по структурной схеме (для отдельных учащихся).

Явление

Научные факты

Гипотеза

Величины

Законы

Применение

Действие жидкости на погруженное в нее тело

В жидкости на тела действует выталкивающая сила.

Жидкость действует на любое тело, погруженное в нее.

Выталкивание тела происходит в результате действия разного давления на нижнюю и верхнюю грани:

рна ниж > рна верх

Сила Архимеда равна весу жидкости, вытесненной телом.

FА-сила Архимеда
[FА] = Н

ρж – плотность жидкости

ж] = кг/м3

V- объем тела
[V] = м3

FА = ρжg V

FА = mж g = Рж

1. Для расчета FА

2. Плавание судов.

3.Воздухоплавание

4. Придумать свой пример

4. Совершенствование и применение знаний.

Тренировка на применение знаний при решении задач.

  1. Какая выталкивающая сила действует на тело, если его вес тела в воздухе равен 170 Н, а в воде 150 Н?
  2. Определите выталкивающую силу, действующую на камень объемом 0,5 м3, находящийся в воде.
  3. С какой силой выталкивается кусок дерева массой 800 г при его полном погружении в воду?
  4. Какой силой можно удержать в воде стальной рельс объемом 0,7 м3?

Анализ полученных результатов.

5. Обобщение и систематизация знаний.

Учитель подводит итог урока.

6. Домашнее задание.

Проанализировать знание о законе Архимеда по плану:

Знание о законе

1. Формула.

                              

2. Зависимость между какими величинами выражает закон?

                              

3. Как зависит величина, стоящая в левой части уравнения, от величин, стоящих в правой его части?

                              

4. Формулировка закона.

                              

5. Как называется коэффициент пропорциональности в данном законе?

                              

6.Каков его физический смысл?

                              

7. Получите наименование единицы коэффициента.

                              

8. Чему равен коэффициент пропорциональности?

                              



Следующий: