Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Закон Архимеда.
план-конспект урока по физике (7 класс) на тему

 урок физики в 7 классе.

Тема: Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Закон Архимеда.

Тип урока:. Объяснение нового материала.

Задачи урока:

1) Повторить изученный ранее материал;

2) Подготовить учащихся к восприятию нового материала «Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Архимедова сила» - от понятия к умению;

3) Выяснить причину возникновения выталкивающей силы;

4) Вывести формулу для расчета и прийти к методам определения силы Архимеда на практике;

5) Исследовать зависимость этой силы от различных параметров, и каким образом определить недостающие параметры;

6) Закрепить изученный материал при решении качественных задач, с последующей проверкой на опыте, способствовать развитию практических навыков, умению анализировать, обобщать, применять ранее изученное в новой ситуации.

Основные вопросы урока:

1. Давление в жидкости и газе.

2. Сила давления.

3. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело.

4. Умение находить силу Архимеда различными способами.

5. Исследовать зависимость силы Архимеда от параметров.

6. Умение применить полученные знания при решении качественных задач и проверить правильность решения на опыте.

План урока:

 Повторение

1. Как изменяется давление внутри жидкости и от чего оно зависит?

2. Как определить силу давления на некоторую площадку, помещенную внутрь жидкости? От чего она зависит?

3. С помощью какого прибора можно определить вес тела?

4. Как связан вес тела с силой тяжести, если тело покоится?

5. Как связана масса тела с плотностью и объемом?

II. Демонстрация и новый материал.

Обратимся к эксперименту. Опустим мячик для настольного тенниса в воду и отпустим его. Он тут же всплывет на поверхность. Подобное действие оказывают и газы. Например, шарик, наполненный гелием быстро поднимается вверх. И сегодня на уроке мы рассмотрим действие жидкостей и газов на погруженное в них тело. Запишите тему урока.

Обратимся к эксперименту. Укрепим на штативе пружину, а к пружине подвесим груз. Пружина растянется под действием веса груза. Положение нижнего конца пружины отметим с помощью стрелки-указателя на стойке штатива

Что произошло при опускании тела в воду?

-Если теперь погрузить подвешенное на пружине тело в воду, растяжение пружины уменьшилось.

-Что делает эта сила с телом?( Она толкает его вверх)

-Куда направлена эта сила?(Она направлена вертикально вверх

- Какой силе она противоположна?(Она противоположна силе тяжести)

-Эту силу называют выталкивающей, но у нее есть еще одно название - сила Архимеда, так как ее открыл древнегреческий ученый Архимед. Сформулируйте определение этой силы, в нем надо сказать, что делает эта сила  телом и куда она направлена. начните со слов: сила Архимеда - это сила (выталкивающая тело из жидкости и направленная вертикально вверх, противоположно силе тяжести)

Таким образом получается, что на тело, погруженное в жидкость действует сила давления со стороны жидкости, которая направлена…? Вверх!

Попытаемся выяснить теоретически, почему эта сила возникает. Для этого рассмотрим тело в виде прямоугольного параллелепипеда, погруженное в жидкость и сделаем соответствующий рисунок.

Сравните давления жидкости на уровнях верхней и нижней граней бруска. Какое из них больше? (давление жидкости на нижнюю грань больше) Почему? ( потому, что она находится на большей глубине)  Следовательно, и сила, с которой жидкость действует на нижнюю грань, будет больше, чем сила, с которой жидкость действует на верхнюю грань.  Куда направлена равнодействующая этих сил? (вверх – в сторону действия большей силы)  Равнодействующую этих сил и называют выталкивающей или архимедовой силой.  А как можно найти силу Архимеда? (Надо из большей силы давления жидкости на нижнюю грань вычесть меньшую силу, с которой жидкость действует на верхнюю грань бруска.)  Выведем величину силы Архимеда: (На экране последовательно демонстрируется опорный конспект)

                                        Подставляя выражения для Fн и Fв, получим:

Чему равна разность высот столбов жидкости ? (разность высот столбов жидкости hн и hв равна высоте бруска) Верно, обозначим высоту бруска через h. А чему равно произведение площади основания бруска на его высоту? (Произведение площади основания на высоту равно объёму бруска.) И мы получаем ещё один способ нахождения архимедовой силы. Будем называть этот способ расчетным.

 Это и есть выталкивающая сила, которую еще называют силой Архимеда.

Но ведь жидкость действует на тело со всех сторон, т.е. действует и на боковые грани, но эти силы сжимают тело, деформируют его и их действие не вызывает движения тела вверх.

Таким образом, мы доказали существование выталкивающей силы, как результирующей, действующей на тело, погруженное в жидкость и определили ее направление: вертикально вверх.

А почему тяжелые предметы легче в жидкости, в частности в воде?

Если тело подвешено к динамометру, то он показывает вес тела Р, который численно равен силе тяжести, т.к. тело находится в покое.

Если тело в воздухе, то он покажет вес Р. В жидкости динамометр тоже покажет вес Р1, но он будет меньше на величину силы Архимеда Р1 = Р - FАрх. Чем меньше вес тела в жидкости, тем больше сила Архимеда. Таким образом, силу Архимеда можно определить как разницу веса тела в воздухе и в жидкости.

Таким образом, мы получили  способ определения силы Архимеда:

FАрх = Р- Р1

Сформулируем полученный нами результат.

Убедимся, что на тело, погруженное в жидкость или газ

действует сила, равная весу жидкости или газа, вытесненной этим телом. 

Опыт с ведерком Архимеда.

А теперь, работая в группах, вам предлагается  исследовать, от каких фактов зависит или не зависит выталкивающая сила.

Каждая группа получает свое задание.

Исследование для 1 группы.

Оборудование: Сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и медный цилиндры, нить.

1. Определите Архимедову силу, действующую на каждое из тел.

2. Сравните эти силы.

3. Сделайте вывод о зависимости или не зависимости Архимедовой силы от плотности тела.

Исследование для 2 группы.

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

1. Определите Архимедову силу, действующую на каждое из тел.

2. Сравните эти силы.

3. Сделайте вывод о зависимости или независимости Архимедовой силы от объёма.

Исследование для 3 группы.

Оборудование: динамометр, сосуд с водой, солёной водой, спиртом.

1. Определите Архимедовы силы, действующие на тело в воде, солёной воде, спирте.

2. Чем отличаются эти жидкости?

3. Что можно сказать об Архимедовых силах, действующих на тело, погруженное в различные жидкости ( плотности этих жидкостей различны).

4. Сделайте вывод о зависимости или не зависимости Архимедовой силы от плотности жидкости, в которую погружено тело.

Исследование для 4 группы.

Оборудование: мензурка с водой, алюминиевый цилиндр, динамометр.

1. Определите Архимедовы силы, действующие на тело на произвольной глубине Н1 и на глубине Н2, большей , чем Н1.

2. Сделайте вывод о зависимости или не зависимости Архимедовой силы от глубины погружения тела.

Исследование для 5 группы.

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

1. Кусочку пластилина придайте последовательно форму шара, куба, цилиндра.

2. Поочередно опуская каждую фигурку в воду, с помощью динамометра определите Архимедову силу, действующую на погруженное в жидкость тело.

3. Сравните эти силы и сделайте вывод о зависимости или не зависимости Архимедовой силы от объёма тела.

 Решение задач. Определите выталкивающую силу, действующую на тело объёмом 2л, полностью погруженное в воду.                             На какой из опущенных в воду шаров действует наибольшая выталкивающая сила?                                                                                                             В сосуде с водой плавает брусок из льда, на котором лежит деревянный шар. Плотность вещества шара меньше плотности воды. Изменится ли уровень воды в сосуде, если лед растает?                                                                                                Опустим в сосуд с водой стеариновую свечу (на ее нижнем конце закреплен небольшой грузик). Свеча плавает, как поплавок. Как долго будет гореть свеча?                                                                                                                  Итог урока.

Что мы узнали на уроке?

- познакомились с новой силой – силой Архимеда;

- выяснили, что она результат разной силы давления на тело, погруженное в жидкость, снизу и сверху и направлена вверх;

- научились на практике определять эту силу двумя способами;

- вывели формулу для расчета и выяснили, что FАрх зависит только от плотности жидкости и объема погруженной части тела и не важно, из какого вещества это тело сделано;

- повторили ранее изученный материал: давление, сила давления, масса и как ее выразить через плотность и объем, вес тела;

- закрепили навыки практической работы, полученные ранее: измерение силы динамометром, определение массы тела на рычажных весах, объема тел с помощью мерного цилиндра, вспомнили формулу объема параллелепипеда;

- еще раз убедились, что физика без математики не существует.

Домашнее задание.

-  прочитать §§ 48, 49;

- упр. 32 (1-3)

Вы хорошо поработали на уроке. Всем спасибо за сотрудничество!

Литература:

1. А.В. Перышкин, Н.А. Родина «Физика 7», Москва, «Просвещение», 1989 г.

2. М.Е. Тульчинский «Качественные задачи по физике 6-7 кл.», Москва, «Просвеще-ние», 1976 г.

3. Л.А. Кирик «Самостоятельные и контрольные работы по физике. Разноуровневые дидактические материалы 7 класс. Механика. Давление жидкостей и газов», Моск-ва-Харьков, «Илекса «Гимназия», 1998 г.

4. «Контрольные работы по физике в 7-11 классах», дидактический материал, под ред. Э.Е. Эвенчик, С.Я. Шамаша, Москва, «Просвещение», 1991 г.

5. И.С. Шутов, К.М. Гуринович «Физика 7-8. Решение практических задач», учебное пособие, Минск, «Современное Слово», 1997 г.

6. «Модульный внутришкольный контроль на рефлексивной основе по физике», ме-тодическое пособие, сост. Е.Ф. Аврутина, Т.Г. Базилевич, Калуга, «Адэль», 1997 г.