АРХИМЕДОВА СИЛА

Ход урока

I. Актуализация знаний и постановка задачи (5–7 мин)

Тому, кто знает физику,

Нетрудно дать ответ:

Почему летает спутник,

А мы с вами – нет?

Почему в жидкости легче тело?

Что такое вес?

Нам до всего есть дело –

До всех в природе чудес.

Учитель. Что такое вес, мы уже знаем, а сегодня на уроке узнаем, как древнегреческий учёный Архимед помог царю Гиерону разоблачить мошенника. Но, прежде чем узнавать что-то новое, надо проверить, что мы уже знаем. Урок сегодня пройдёт в виде соревнования по преодолению препятствий. Первое препятствие – барьер. Преодолевать мы его будем разными способами: работать по карточкам с тестовыми и экспериментальными заданиями, отвечать на вопросы.

• Карточки с тестами. Задания выполняют два ученика (один работает с карточкой 1–2, другой – с карточкой 3–4). На карточке – шесть вопросов и двенадцать (тринадцать) вариантов ответов, из которых только шесть правильные (номера правильных ответов – свои на каждой карточке).

Карточка 1–2 (3–4 – ответы не приводятся)

1. Формула давления твёрдого тела.

2. Обозначение плотности вещества.

3. Формула давления жидкости на дно сосуда.

4. Где больше давление на одинаковом уровне – в керосине или в воде, если плотность воды больше плотности керосина?

5. Вес тела действует на…

6. В сосуд с водой опустили деревянный брусок. Изменилось ли давление воды на дно сосуда?

Ответы 1–2

1. В керосине больше.

2. р = gh.

3. h.

4. Одинаково.

5. Не изменилось.

6. Р = F · S.

7. р = gS.

8. На тело.

9. На опору или подвес.

10. В воде больше.

11. Увеличилось.

12. Р = F/S.

13. .

• Карточки для экспериментальных заданий (выполняют три пары учеников)

1. Два груза одинаковой массы, но разного объёма, по очереди погрузите в стакан с водой. С помощью динамометра определите выталкивающую силу для обоих грузов отдельно. Сделайте вывод: зависит ли выталкивающая сила от объёма тела?

2. Определите вес каждого груза в воздухе. Погрузив по очереди цилиндры одинакового объёма, но изготовленные из разного материала (алюминий и сталь), в воду, определите с помощью динамометра выталкивающую силу, действующую на каждый груз в отдельности. Сделайте вывод: зависит ли выталкивающая сила от плотности тела? зависит ли выталкивающая сила от веса тела?

3. Погрузите груз на динамометре в сосуд с водой и определите выталкивающую силу, действующую на груз. Затем опустите этот же груз в сосуд со спиртом и опять определите выталкивающую силу. Сделайте вывод: зависит ли выталкивающая сила от плотности жидкости?

Остальные отвечают на вопросы учителя: изменяется ли давление в жидкости при погружении? одинаковы ли силы давления, которые действуют снизу и сверху на тело, погружённое в жидкость? а на боковые грани? чем это можно объяснить? куда направлена равнодействующая сил, действующих на верхнюю и нижнюю грани? почему тело в жидкости легче, чем в воздухе? на все ли тела, помещённые в жидкость, действует выталкивающая сила? как можно определить выталкивающую силу? чему равна выталкивающая сила?

(По окончании фронтального опроса ученики, работавшие с кассетами, вставляют их в ячейки. К этому времени заканчивается и проведение опытов. Включаю «Эрудит», проверяю правильность ответов по кассетам.)

Итак, мы преодолели первое препятствие.

II. Изучение нового материала (15–18 мин)

Учитель. Второе препятствие – яма с водой. Чтобы её преодолеть, нам надо выяснить, от чего зависит выталкивающая сила. Впервые выталкивающую силу рассчитал древнегреческий учёный Архимед.

Сообщение ученика об Архимеде. Архимед (287– 212 гг. до н.э.) родился в Сиракузах на о. Сицилия. Отец Архимеда, астроном и математик Фидий, был одним из приближённых царя Сиракуз Гиерона. Он дал сыну хорошее образование. Обучаясь в Александрии Египетской, научном и культурном центре, он познакомился с видными учёными того времени. Домой Архимед возвратился уже зрелым математиком, умеющим находить длины кривых, площади и объёмы посредством разработанных им самим методов. Это был первый представитель математической физики, стремящийся воплотить законы механики в действующие конструкции машин. Его достижения в физике не были забыты и через много веков. Самым выдающимся был закон, изложенный в сочинении «О плавающих телах». Есть легенда о том, что Архимед разгадал сложную задачу, тем самым доказав подтверждение этого закона. Царь Гиерон получил от своих мастеров-ювелиров заказанный им золотой венок-корону, но усомнился в их честности. Гиерон вызвал Архимеда и поручил ему определить, есть ли в этой короне примесь серебра. Разгадка произошла в ванне. Намылившись золой, учёный стал погружаться в ванну. Вода поднималась по мере того, как в неё погружался Архимед. Поднимаясь и погружаясь несколько раз, он понял, что задача царя решаема. Погиб Архимед трагически. При осаде Сиракуз городские ворота были открыты предателем. Архимед, как гласит предание, занятый своими вычислениями, погиб от меча римского легионера.

Учитель. Выведем формулу для расчёта архимедовой силы (по учебнику):

F_А= F₂ – F₁ = _жgh₂S – _жgh₁S = _жgS(h₂ – h₁) F_А = _жgV_т.

Итак, от каких величин зависит архимедова сила? Действительно ли это так? Послушаем ребят, которые проводили опыты.

Учащийся из первой пары. Сила Архимеда зависит от объёма тела, погружённого в жидкость.

Учащийся из третьей пары. Сила Архимеда зависит от плотности жидкости.

Учитель. Ребята, а как вы думаете, зависит сила Архимеда от плотности тела или от веса тела? (Обсуждение.)

Учащийся из второй пары. Сила Архимеда не зависит от плотности тела и веса тела.

Учитель. Мы с вами уже знаем, что архимедова сила равна весу жидкости в объёме погружённого в неё тела. Давайте убедимся в этом на опыте. (Демонстрирует опыт с ведёрком Архимеда по рисунку в учебнике.) Что произошло с пружиной, когда мы подвесили к ней ведёрко Архимеда? Что произошло с пружиной, когда мы опустили ведёрко в сосуд с водой? Что произошло с пружиной, когда мы вылили воду в ведёрко? (Обсуждение.)

Итак, выталкивающая сила сжала пружину на несколько делений, а вес вытесненной воды растянул пружину на столько же делений. Что можно сказать об этих силах? (Обсуждение.) Таким образом, мы ещё раз убедились в том, что выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом.

ВЫВОД: сила Архимеда зависит от V_т и от _ж.

Теперь мы с вами узнали, от чего зависит архимедова сила, тем самым преодолели очередное препятствие в виде ямы с водой.

А сейчас сели ровно, руки опустили, немножко расслабились. Перед вами очередное препятствие – лабиринт! Чтобы из него выйти, надо отгадать, о какой науке говорят: «Она фокусница, изобретательница, занимательная, интересная, красивая, аккуратная»?

Учащиеся. О физике!

Учитель. Правильно, а теперь постарайтесь прочитать слова Архимеда, зашифрованные в лабиринте.

III. Закрепление знаний (15–17 мин)

Учитель. Итак, молодцы, преодолели очередное препятствие! Немного отдохнули? Следующее препятствие – вновь барьер, но уже более высокий, т.к. объём наших знаний стал больше. Чтобы перепрыгнуть барьер, мы должны решить задачи.

Задача № 1. К коромыслу весов подвешены два одинаковых алюминиевых цилиндра. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие весов, если цилиндры опустить в сосуды с водой?

Задача № 2. К коромыслу весов подвешены два одинаковых стальных цилиндра. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр опустить в сосуд с водой, а другой – в сосуд со спиртом?

Задача № 3. Мальчик поймал карпа объёмом 500 см³. На сколько вес карпа в воде меньше веса карпа в воздухе? (Ответ. F_А 5 Н.)

Задача № 4. Оборвётся ли канат, выдерживающий усилие 4 кН, если им попытаться поднять со дна реки кусок мрамора массой 540 кг? (Ответ. Канат выдержит вес мрамора в воде, т.к. сила тяжести, действующая на кусок мрамора, равна 4900 Н, а архимедова сила 1960 Н. Их разность меньше предельного усилия на разрыв.)

А теперь решаем самостоятельно! Как всегда, каждый выбирает задачу того уровня, который он может сделать. Сначала пишем данные, затем – формулы. И только после этого решаем.

Задача 1-го уровня. Тело объёмом 200 см³ опущено в керосин. Определите силу Архимеда. (Оценка «удовлетворительно».)

Задача 2-го уровня. Тело объёмом 400 см³ опущено в спирт. Определите вес тела в спирте, если его вес в воздухе 10,8 Н. (Оценка «хорошо».)

Задача 3-го уровня. Брусок из алюминия имеет объём 400 см³. Чему равен вес бруска в машинном масле? (Оценка «отлично».)

IV. Подведение итогов; запись домашнего задания (2–3 мин)

Учитель. Итак, последнее препятствие позади! С какой новой физической величиной мы сегодня познакомились? От чего она зависит? Почему тело в жидкости становится легче?

Отметим тех, кто на уроке работал. При самостоятельном решении задач я проходил по рядам и уже знаю, кто, как и какого уровня решил задачи.

Домашнее задание: § 49; упр. № 24 (1, 3) (учебник А.В.Пёрышкина «Физика-7», сборник задач В.И.Лукашика).

Дмитрий Александрович Попков – выпускник Елецкого ГПИ 1975 г., педагогический стаж 28 лет, отличник народного просвещения, «Старший учитель». Преподаёт в сельской малокомплектной школе. Творчески подходит к любому начинанию. Свой успех видит в успехе учеников. Особое внимание уделяет развитию у учащихся интереса к физике через выполнение экспериментальных заданий, а также индивидуализации обучения через выполнение учащимися дифференцированных заданий. Многие его выпускники учатся в вузах Воронежа, Санкт-Петербурга и Москвы.