Урок физики в 7-м классе на тему «Плавание тел»

Учитель Очилбоева Е.П.

Цели урока:

вывести условия плавания тел в жидкости;

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;

научить учащихся решать качественные задачи;

проверить усвоение нового материала;

развитие умений наблюдать, анализировать, сопоставлять, обобщать;

воспитание интереса к предмету;

воспитание культуры в организации учебного труда.

Оборудование

проектор, экран;

компьютеры с тестами по количеству учеников;

на 2 человека набор: два стакана с водой, бруски: деревянный и железный, пластилин, кусочки картошки, соль, палочка для размешивания, масло и пипетка.

Ход урока (Урок сопровождается показом презентации)

1.Оргмомент. Беседа о погоде, о лете, о купании в водоёмах.

Объявление темы урока. (Слайд 1) посмотрите на экран, что можно сказать о телах, которые изображены здесь? (Плавают). Тогда сформулируйте тему нашего урока. (Щелчок по слайду 1).

2. Актуализация знаний. Ребята, 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?

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.

Учитель показывает Слайд 2 и обращает внимание на подводную часть айсберга.

(Учащиеся путаются в ответах.)

Вы не можете точно ответить на этот вопрос. Но у вас уже появляются идеи, гипотезы.

А вы хотите всегда правильно отвечать на вопрос: будет плавать или тонуть тело в той или иной жидкости?

Давайте сегодня на уроке вместе решим проблему.

Проблема. Выяснить: Каковы условия плавания тел в жидкости.

А вы знаете, какой учёный изучал плавание тел? (Слайд 3)

С какой силой связано это имя? (Слайд 4).

Как найти архимедову силу? (Слайд 5).

Назовите, какие силы действуют на тело, плавающее внутри жидкости. (слайд 6).

3. Решение проблемы - изучение нового материала.

Начнём исследование. Проведём опыт 1 .

Цель работы : Провести наблюдение за поведением деревянного и железного брусков, погруженных в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.

Приборы и материалы: сосуды с маслом, водой, пипетка.

Перед вами стакан с водой и два бруска: железный и деревянный. Давайте посмотрим, как они будут вести себя в воде. Опустите их в стакан с водой.

Назовите, какие силы, действуют на бруски. Как они направлены?

Вывод: Железный брусок опустится ниже, т.к. сила тяжести, действующая на него больше архимедовой силы, а деревянный брусок будет выше, т.к. архимедова сила, действующая на него больше силы тяжести. Значит, плавание тел зависит от того, какая из сил больше.

Проверка по слайду 7:

Когда тело плавает на поверхности? (Щелчок по слайду 7).

Когда плавает внутри? (Щелчок по слайду 7).

Когда тонет? (Щелчок по слайду 7).

Продолжаем исследования.

Может ли тело в одной жидкости тонуть, а в другой плавать?

Проведём опыт 2. Заставьте кусочки картошки плавать. Попробуйте доказать своё предположение. (Дети, возможно, догадаются, что в один из стаканов нужно добавить соль).

Вывод : в пресной воде картошка тонет, а в солёной плавает. Значит, условие плавания тел зависит от соотношения плотности жидкости и плавающего тела.

Докажем это ещё и теоретически.

Назовите формулу, выражающую закон Архимеда. (Щелчок по слайду 7).

Назовите формулу для вычисления силы тяжести (Щелчок по слайду 7).

Что общего в обеих формулах? Чем отличаются? Значит, условие плавания тел будет зависеть от плотности веществ. (Проверим по слайду 7).

Посмотрите, как человек плавает в Мёртвом море, плотность солёной воды которого значительно больше плотности пресной. (Слайды 8-9).

Вернёмся к моему вопросу.

А изменилось бы что-нибудь, если бы воду в океане мы мгновенно поменяли бы на керосин?

(Учащиеся с лёгкостью правильно отвечают на вопрос, используя таблицу плотности веществ).

Поработаем с таблицей плотностей веществ.

Пользуясь таблицей плотности, определите, в какой жидкости утонет лёд?

Яйцо тонет в пресной воде, но плавает в солёной. Почему?

Будет ли плавать в воде стеклянная бутылка, заполненная водой?

А будет ли в ртути плавать стеклянная бутылка, заполненная ртутью?

Почему нельзя тушить горящий керосин, заливая его водой?

Мы говорили об условии плавания твёрдых тел в жидкости.

Проблема . А может ли одна жидкость плавать на поверхности другой?

Проведём опыт 3. 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.

Приборы и материалы: 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.

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.

Проверить по слайду 10.

Опыт 4. (дополнительно)

Заставьте пластилин плавать в воде. (Дети, возможно, догадаются сделать из пластилина маленький кораблик.)

Почему же одно и то же тело ведёт себя по-разному?

Вывод. Если изменить объём пластилина, то можно заставить его плавать.

4. А теперь проверим, как хорошо вы усвоили новый материал . Поможет нам в этом компьютер.

Подведение итогов тестирования, работа над ошибками, которые показал компьютер.

5. Подведение итогов. Домашнее задание.

Упр.27(1,2)- устно

Любителям географии. Большое Соленое озеро, расположенное в США, в западном штате Юта, 120 км в длину и 80 км в ширину. Это самое большое озеро Запада Америки. Но катание на лодке здесь не радует. На вод­ ных лыжах кататься тоже рискованно: падение грозит... переломом костей! То же самое относится к нырянию. Был случай, когда подро­ сток, отмахнувшись от советов, разбежался и нырнул. Вытащили его со сломанной шеей. Ударился он не об дно, а о... воду. И не удиви тельно: анализ показывает, что в ней содержится до 25 % твердых веществ, главным образом, окаменевшей соли. Плыть в такой воде нелегко.

Есть ли на Земле ещё похожие водоёмы?

Любителям литературы . Какой писатель в своём произведении описал поведение животных и человека в этом водоёме?

Любителям биологии . Объясните, как рыбки легко могут изменять глубину погруже­ния.

Пермякова Юлия

Тема моего проекта «Плавание тел».

Цель работы: изучение закона Архимеда, выяснение условий и особенностей плавания тел, проверка их на опытах.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МОУ «ООШ с. Дороговиновка Пугачевского района Саратовской облкасти»

ПРОЕКТ

по физике

на тему «Плавание тел»

Учащегося 7 класса

МОУ ООШ с. Дороговиновка

Пермяковой Юлии Учитель: Коннова И.В.

С. Дороговиновка

2014 год

I. Введение

Тема моего проекта «Плавание тел».

Цель работы : изучение закона Архимеда, выяснение условий и особенностей плавания тел, проверка их на опытах.

Задачи:

1. Подобрать и изучить литературу по теме.
2. Рассказать об истории открытия закона Архимеда.
3. Доказать существование архимедовой силы.
4. Проверить условия плавания тел на опытах.

II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Теоретическая часть

1.1. Об Архимеде

Архимед родился в греческом городе Сиракузы в 287 году до н. э., где и прожил почти всю свою жизнь, и там же занимался научной деятельностью. Учился сначала у своего отца, астронома и математика Фидия, потом в Александрии, где правители Египта собрали лучших греческих ученых и мыслителей, а также основали знаменитую, самую большую в мире библиотеку. Здесь, в Александрии, Архимед познакомился с учениками Эвклида, с которыми всю жизнь поддерживал оживленную переписку. Здесь же он усиленно изучал труды Демокрита, Евдокса и других ученых.

После учебы в Александрии Архимед вновь вернулся в Сиракузы и унаследовал должность своего отца, придворного астронома.

В теоретическом отношении труд этого великого ученого был ослепляюще многогранным. Основные работы Архимеда касались различных практических приложений математики (геометрии), физики, гидростатики и механики. Он был также изобретательным инженером, который использовал свой талант для решения ряда практических проблем.

До нас дошло тринадцать трактатов Архимеда. В самом знаменитом из них - "О шаре и цилиндре" (в двух книгах) Архимед устанавливает, что площадь поверхности шара в 4 раза больше площади наибольшего его сечения. Работы Архимеда состоят из расчетов площадей фигур, ограниченных кривыми, и объемов тел, ограниченных произвольными плоскостями - поэтому Архимед может по справедливости считаться отцом интегрального исчисления, возникшего на два тысячелетия позже.

Говорят, будто важнейшим своим открытием Архимед считал доказательство, что объем шара и описанного вокруг него цилиндра относятся между собой как 2:3. Архимед просил своих друзей поместить это доказательство на его могильной плите.

Архимед пытался также решить проблему квадратуры круга и достиг в этом выдающихся результатов, объединив их в труд «Об измерении круга»:

1. Площадь круга равна площади прямоугольного треугольника с катетами, равными длине и радиусу окружности (πr 2 ).

2. Площадь круга так относится к площади описанного вокруг него квадрата, как 11:14.

3. Отношение длины окружности к диаметру больше и меньше .

Архимед впервые вычислил число «пи» - отношение длины окружности к диаметру - и доказал, что оно одинаково для любого круга.

Архимед нашел также сумму бесконечной геометрической прогрессии со знаменателем . В математике это был первый пример бесконечного ряда.

При исследовании одной задачи, сводящейся к кубическому уравнению, Архимед выяснил роль характеристики, которая позже получила название дискриминанта.

Архимеду принадлежит формула для определения площади треугольника через три его стороны (неправильно именуемая формулой Герона).

Большую роль в развитии математики сыграло его сочинение «Псаммит» - «О числе песчинок», в котором он показывает, как с помощью существовавшей системы счисления можно выражать сколь угодно большие числа. В качестве повода для своих рассуждений он использует задачу о подсчете количества песчинок внутри видимой Вселенной. Тем самым было опровергнуто существовавшее тогда мнение о наличии таинственных «самых больших чисел ». Мы до сих пор пользуемся придуманной Архимедом системой наименования целых чисел.

Перечисленные научные находки - это только небольшая часть творчества Архимеда. Его усердно переводили и комментировали арабы, а потом западноевропейские ученые.

В физике Архимед ввел понятие центра тяжести, установил научные принципы статики и гидростатики, дал образцы применения математических методов в физических исследованиях. Основные положения статики сформулированы в сочинении "О равновесии плоских фигур". Архимед рассматривает сложение параллельных сил, определяет понятие центра тяжести для различных фигур, дает вывод закона рычага. Знаменитый закон гидростатики, вошедший в науку с его именем (закон Архимеда), сформулирован в трактате "О плавающих телах".

Ему приписывают известное выражение: „дайте мне точку опоры, и я сдвину землю". По-видимому, оно было высказано в связи со спуском корабля «Сиракосия» на воду. Рабочие были не в силах сдвинуть с места этот корабль. Им помог Архимед, создавший систему блоков (полиспаст), при помощи которой один человек, сам царь, совершил эту работу.

1.2. Закон Архимеда

По преданию, царь Гиерон поручил Архимеду проверить, из чистого ли золота сделана его корона или же ювелир присвоил часть золота, сплавив его с серебром. Размышляя над этой задачей, Архимед как-то зашел в баню и там, погрузившись в ванну, заметил, что количество воды, переливающейся через край, равно количеству воды, вытесненной его телом. Это наблюдение подсказало Архимеду решение задачи о короне, и он, не медля ни секунды, выскочил из ванны и, как был нагой, бросился домой, крича во весь голос о своем открытии: «Эврика! Эврика!» (греч. «Нашел! Нашел!»)».

Тот факт, что на погруженное в воду тело действует некая сила, всем хорошо известен: тяжелые тела как бы становятся более легкими – например, наше собственное тело при погружении в ванну. Купаясь в речке или в море, можно легко поднимать и передвигать по дну очень тяжелые камни – такие, которые не удается поднять на суше; то же явление наблюдается, когда по каким-либо причинам выброшенным на берегу оказывается кит – вне водной среды животное не может передвигаться – его вес превосходит возможности его мышечной системы. В то же время легкие тела сопротивляются погружению в воду: чтобы утопить мяч размером с небольшой арбуз требуется и сила, и ловкость; погрузить мяч диаметром полметра скорее всего не удастся. Интуитивно ясно, что ответ на вопрос – почему тело плавает (а другое – тонет), тесно связан с действием жидкости на погруженное в нее тело; нельзя удовлетвориться ответом, что легкие тела плавают, а тяжелые – тонут: стальная пластинка, конечно, утонет в воде, но если из нее сделать коробочку, то она может плавать; при этом ее вес не изменится.

Чтобы понять природу силы, действующей со стороны жидкости на погруженное тело, достаточно рассмотреть простой пример (рис. 1).

Кубик погружен в воду, причем и вода, и кубик неподвижны. Известно, что давление в тяжелой жидкости увеличивается пропорционально глубине – очевидно, что более высокий столбик жидкости более сильно давит на основание. Это давление действует не только вниз, но и в стороны, и вверх с той же интенсивностью – это закон Паскаля.

Если рассмотреть силы, действующие на кубик (рис. 1), то в силу очевидной симметрии силы, действующие на противоположные боковые грани, равны и противоположно направлены – они стараются сжать кубик, но не могут влиять на его равновесие или движение. Остаются силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани. Так как давление на глубине больше, чем у поверхности жидкости и , а , то > . Так как силы F 2 и F 1 направлены в противоположные стороны, то их равнодействующая равна разности F 2 – F 1 и направлена в сторону большей силы, то есть вверх. Эта равнодействующая и является архимедовой силой, то есть силой, выталкивающей тело из жидкости.

Закон Архимеда

Закон Архимеда формулируется таким образом: тело, находящееся в жидкости (или газе), теряет в своем весе столько, сколько весит жидкость (или газ) в объеме, вытесненном телом.

1.3. От чего зависит выталкивающая сила

Поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения между модулями силы тяжести F т и архимедовой силы F A , которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

1. F т > F A – тело тонет;
2. F т = F A – тело плавает в жидкости;
3. F т A – тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать на поверхности жидкости.

Также поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения плотностей тела и жидкости. Следовательно, для определения поведения тела в жидкости, можно сравнить плотности тела и жидкости. В данном случае возможны также три ситуации:

1. ρ тела > ρ жидкости – тело тонет
2. ρ тела = ρ жидкости – тело плавает
3. ρ тела жидкости – тело всплывает.

Приведем примеры.

Плотность железа – 7800 кг/м 3 , плотность воды – 1000 кг/м 3 . Значит, кусок железа будет тонуть в воде. Плотность льда – 900 кг/м 3 , плотность воды – 1000 кг/м 3 , поэтому лед в воде не тонет, а если его бросить в воду, то он начнет всплывать, и будет плавать на поверхности.

2. Практическая часть

2.1. Доказательство существования архимедовой силы

Проведем эксперимент: возьмем цилиндр, подвешенный к динамометру, измерим вес этого цилиндра. Погрузим его в сосуд с водой. Снова взвесим. Мы заметили, что вес цилиндра стал меньше.

Повторим эксперимент с другим телом – связкой ключей. Вес связки, погруженной в воду, опять стал меньше.

Вывод: на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, называемая архимедовой силой.

2.2. Расчет архимедовой силы

Рассчитаем выталкивающую силу.

Для этого измерим вес тела в воздухе, затем измерим вес этого же тела, но полностью погруженного в воду. Разность этих сил и будет значением архимедовой силы.

F А = P в возд. – P в воде.

Иначе, архимедову силу можно вычислить, зная плотность жидкости и объем тела, погруженного в эту жидкость, по формуле:

F А = g ρ ж V т

2.3. Сравнение силы тяжести и архимедовой силы

Проведем эксперимент.

Возьмем тело – пузырек с некоторым количеством песка. Определим силу тяжести и архимедову силу, действующую на это тело. Сравним их. Мы видим, что, если:

F т > F A – тело тонет;

F т = F A – тело плавает в жидкости;

F т A – тело всплывает

Вывод: поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения между модулями силы тяжести F т и архимедовой силы F A , которые действуют на это тело.

2.4 Сравнение плотностей жидкости и тела

Проведем еще один эксперимент. Возьмем тела, плотности которых меньше или больше плотности воды. Погрузим их в воду. Мы увидим, что «тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в неё, погружаются всё глубже, пока не достигают дна, и, пребывая в жидкости, теряют в своём весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объёме тел», – как говорил Архимед.

Вывод: поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения плотностей тела и жидкости.

2.5 Сравнение архимедовой силы, действующей на тело в разных по плотности жидкостях

Проведем эксперимент: возьмем две жидкости, различных по плотности: шампунь и пресную воду, и кусок пластилина. Определим выталкивающую силу, действующую на пластилин со стороны каждой из жидкостей. Мы увидим, что архимедова сила оказалась разной: у жидкости с большей плотностью (шампуня) она больше, чем у жидкости с меньшей плотностью (пресной воды).

Цели: Ознакомить школьников с явлением плавания тел в жидкости, изучить условия плавания тел на основе изучения понятия о выталкивающей силе. Развивать умения применять знания в конкретных учебных ситуциях и объяснять причины: почему тела в одних жидкостях плавают, а в других тонут. Умение логически мыслить, развивать творческую активность. Воспитывать добросовестное отношение к учебе, стремление к познанию нового и положительной мотивации к учению, коммуникативных умений.

Фронтальный опрос 1.Какие явления, указывающие на существование выталкивающей силы, известны вам? 2.Какой вы знаете опыт, с помощью которого можно определить значение архимедовой силы? 3.Одинакова ли выталкивающая сила, с которой жидкость действует на погруженные в нее стальной шарик и стальную пластину одной и той же массы? 4.Почему одни тела плавают, а другие тонут? Почему гвоздь тонет в воде, а огромный корабль плавает?

Задача Кусок мрамора объёмом 0,1 м³ надо поднять со дна озера. Какая для этого понадобится сила, если масса куска 300 кг? Дано: m=300 кг ρ ж =1000 кг/м³ g=10 Н/кг V т =0,1 м³ _______________ F-? Решение F А = ρ ж g V т F А = 1000 кг/м³·10 Н/кг·0,1 м³ = 1000 Н; F т =m g F т = 300 кг·10 Н/кг = 3000 Н; F = F т - F А F = 3000 Н Н = 2000 Н. Ответ: 2 кН Задача (решение у доски)

Тело плавает, если… Тело находится в равновесии, если … Тело тонет, если… Объясните положение тел в данных случаях? Продолжи предложение. Вопрос Вопрос 6.

F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си" title="Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си" class="link_thumb"> 9 Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей силы, направленной вверх. В этом случае результирующая сила направлена вверх, и тело всплывает. F т F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си"> F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей силы, направленной вверх. В этом случае результирующая сила направлена вверх, и тело всплывает. F т F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си" title="Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си"> title="Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си">

Плотность воды, кг/м 3 Плотность вещества, кг/м 3 тонет или не тонет Физический эксперимент Выяснение условий плавания тел в жидкости Приборы и материалы: Стакан с водой, стальной, алюминиевый, латунный, деревянный, пробковый и парафиновый цилиндры Задание 1. Опускайте в воду по очереди тела: стальной, алюминиевый, латунный, деревянный, пробковый и парафиновый цилиндр. Выясните, какие из них тонут, какие плавают. 2. Результаты наблюдений запишите в таблицу: Изучите таблицу и сделайте вывод: при каком условии тела в воде тонут?

Выводы: 1. Тело тонет, если средняя плотность тела ρ ср превышает плотность жидкости ρ ж: 2. Тело всплывает, если средняя плотность тела ρ ср меньше плотности жидкости ρ ж: 3. Тело плавает на произвольной глубине, если средняя плотность тела ρ ср равна плотности жидкости ρ ж: ρ ср > ρ ж ρ ср ρ ж ρ ср

Одним из таких трудов Архимеда является сочинение «О плавающих телах». Рукопись этого перевода была обнаружена в 1884 г. в Ватиканской библиотеке в латинском переводе. Греческий же текст был найден только в 1905 г. При этом сохранилось около трех четвертей текста рукописи Архимеда.

Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в прочных и массивных скелетах. По этой же причине эластичны стволы водных растений. Это интересно

Плавательный пузырь рыбы легко меняет свой объём. Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину и давление воды на неё увеличивается, пузырь сжимается, объём тела рыбы уменьшается и она плавает в глубине. При подъёме плавательный пузырь и объём рыбы увеличивается и она всплывает. Так рыба регулирует глубину своего погружения. Плавательный пузырь рыбы Это интересно

Поместим куриное яйцо в банку с водопроводной водой. Яйцо утонуло и находится на дне банки. Добавим в банку с водой несколько ложек поваренной соли и яйцо начнёт всплывать. Почему так происходит? Условие плавания судов – равенство силы тяжести и выталкивающей силы Архимеда, действующих на судно. Условие плавания нарушается, если изменяется плотность жидкости (плотность жидкости в банке возрастет, сила Архимеда увеличится, и будет плавать на поверхности).

24 Рефлексия (карточка у каждого ученика) Как я себя чувствовал на уроке? Нарисуйте смайлик на той глубине, которая соответствовала бы глубине вашего погружения в сегодняшний урок. Рефлексия (карточка у каждого ученика). Подведение итогов урока. Выставление оценок.

Использованные ресурсы: за внимание! Автор: учитель физики и информатики Александрова З.В., МОУ СОШ 5 п.Печенга, Мурманская обл., 2009 г.