Г.А.ЧИРКУНОВА,
Хибинская гимназия, г. Кировск, Мурманская обл.

Действие жидкости и газа на погружённое в них тело

Урок-объяснение нового материала. 7-й класс

Цели урока

Образовательные: получить учащихся, усвоивших, что на тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх; овладевших способами измерения выталкивающей силы; умеющих устанавливать связь выталкивающей силы с другими величинами.

Развивающие: развивать экспериментальные умения, навыки логического мышления, умение обосновывать свои высказывания, делать выводы.

Воспитательные: убеждать учащихся в познаваемости окружающего мира, формировать интерес к познанию законов природы и их применению; создавать позитивное отношение к предмету.

Ход урока

Учитель. Сегодня на основе наблюдений и выводов мы получим знания, которые широко используются в жизни при конструировании судов, подводных сооружений и аппаратов для исследования морских глубин и атмосферы. Работать будете по группам. Каждая группа выполняет своё задание, которое сформулировано на карточке. Через 7 мин каждая группа отчитается о проделанной работе, продемонстрирует свой опыт, ответит на вопросы и сделает вывод.

Задания на карточках

Группа 1. Охарактеризуйте поведение тела внутри жидкости.

Задание 1. Что произойдёт с карандашом, если его погрузить пальцем в мензурку с водой, а затем быстро отпустить? Проделайте эксперимент. Почему наблюдается такая картина?

Задание 2. Пронаблюдайте, как изменится растяжение пружины, если прикреплённый к ней груз погрузить в жидкость. Опишите, что вы видели.

Оборудование: стакан с водой, груз на пружине, линейка.

Группа 2. Узнайте способы определения выталкивающей силы.

Задание 3. Определите вес тела в воздухе и вес этого же тела в воде. Сравните результаты. Найдите выталкивающую силу.

Оборудование: стакан с водой, груз, динамометр.

Задание 4. Сравните вес вытесненной телом воды с разностью веса этого тела в воздухе и веса в воде. Для этого: найдите вес тела в воздухе, погрузите тело в воду и определите его вес в воде; вытесненную телом воду соберите в сосуд и определите её вес. Не подсказывает ли вам данный опыт способ нахождения величины выталкивающей силы? В чём он заключается? Как ещё можно определить вес вытесненной телом воды?

Оборудование: динамометр, тело на нити, отливной сосуд с водой, сосуд для сбора воды.

Группа 3. Исследуйте, от чего зависит выталкивающая сила.

Задание 5. Сравните разности веса двух тел одинаковой массы, но разного объёма, в воздухе и воде. Зависит ли и как именно величина выталкивающей силы от объёма погружённого в жидкость тела?

Оборудование: стакан с водой, динамометр, два тела одинаковой массы, но разного объёма.

Задание 6. На коромысле рычажных весов уравновешены два подвешенных снизу к чашкам одинаковых груза. Нарушится ли равновесие, если грузы опустить в стаканы с водой? Если в один из стаканов насыпать соль? Опишите увиденное, объясните явление.

Оборудование: рычажные весы, два одинаковых груза, два стакана с водой, соль.

Группа 4.

Задание 7. Сравните разности веса в воздухе и в воде двух тел одинакового объёма, но разной массы. Сделайте вывод: зависит ли и как именно выталкивающая сила от массы погружённого тела.

Оборудование: стакан с водой, динамометр, два тела одинакового объёма, но разной массы.

Задание 8. Исследуйте, изменяется ли выталкивающая сила (т.е. разность веса тела в воде и в воздухе) с изменением глубины погружения?

Оборудование: мензурка с водой, тело на нити, динамометр.

Задание 9. Изучите, изменяется ли выталкивающая сила (т.е. разность веса тела в воздухе и в воде) при изменении положения тела в воде на неизменной глубине погружения?

Оборудование: стакан с водой, тело на нити, динамометр.

(Учащиеся выполняют задания. Каждая группа отчитывается о проделанной работе. Учитель вывод группы записывает на доске в виде ОК, обобщает записанное.)

1. На тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила.

2. Выталкивающая сила направлена вертикально вверх.

3. Способы измерения выталкивающей силы:

а) F_выт = P_{тела в возд} – P_{тела в жидк}; б) F_выт = P_{выт.жид}.

4. Связь выталкивающей силы с другими величинами:

F_выт – зависит от плотности жидкости; объёма тела;

– не зависит от плотности тела, глубины погружения, положения тела, формы тела.

Учитель. А теперь докажем математически, что выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости. (Рассказ, записи на доске.)

F_давл = pS = ghS; F₁ = F₂; F₄ > F₃; F_выт = F₄ – F₃ = gh₂S – gh₁S = gS(h₂ – h₁) = gSh.

Sh = V_{параллелепипеда}.

F_выт = _жgV = m_жg = P_ж.

F_выт = P_ж.

Вывод: выталкивающая сила равна весу жидкости в объёме погружённого в неё тела. Сила, выталкивающая тела из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести. Вес тела в жидкости меньше, чем в воздухе, а вес тела в газе меньше, чем в вакууме.

Сила, которая выталкивает тело из жидкости или газа, называется выталкивающей, или архимедовой силой. Значение выталкивающей силы древнегреческий учёный Архимед установил примерно за 250 лет до н.э. По преданию, сиракузский царь Гиерон поручил ювелиру изготовить золотую корону. Когда корона была изготовлена, то возникло подозрение, что ювелир часть золота заменил равной по массе частью серебра. Как Архимеду удалось разоблачить ювелира? (Сценка «Закон Архимеда».)

Ведущий. Жил в

Сиракузах мудрец Архимед.

был другом царя Гиерона.

Какой для царя самый

важный предмет?

Вы все догадались – корона!

 

Захотелось Гиерону

сделать новую корону.

Золота отмерил строго.

Взял не мало и не много –

сколько нужно, в самый раз.

Ювелиру дал заказ.

 

Через месяц Гиерону

ювелир принёс корону.

 

Взял корону Гиерон,

оглядел со всех сторон.

Чистым золотом сверкает...

 

Но ведь всякое бывает,

и добавить серебро

можно к золоту хитро,

А того и хуже – медь

(если совесть не иметь)...

Не желал терпеть урон

Гиерон.

И позвал он Архимеда...

Началась у них беседа.

 

Гиерон.

Вот корона, Архимед.

Золотая или нет?

 

Архимед.

Чистым золотом сверкает.

 

Гиерон.

Но, ты знаешь, всё бывает!

И добавить серебро

можно к золоту хитро.

А того и хуже – медь,

если совесть не иметь...

Честно ль сделана работа?

Золото? Иль позолота?

Нужно точно всё определить,

но корону – не царапать,

        не пилить!

 

Ведущий. И задумался учёный:

«Что известно? Вес короны.

Ну а как найти объём?»

Думал ночью, думал днём.

И однажды, в ванне моясь,

Погрузил себя по пояс:

на пол вылилась вода...

Догадался он тогда,

как найти объём короны!

 

И помчался к Гиерону –

Не обут и не одет –

Знаменитый Архимед.

 

А народ кричит вослед:

– Что случилось, Архимед?!

 

Всполошился весь базар:

– Или в городе пожар?

 

Во дворец примчался он:

– Я придумал, Гиерон!

 

Во дворце.

 

Архимед. Эврика!

Раскрыл секрет!

 

Гиерон. Ты оденься, Архимед!

Вот сандалии, хитон...

А расскажешь всё потом!

 

Архимед.

Пусть весы сюда несут

И с водой большой сосуд...

Всё доставить Гиерону!..

(Слуги всё приносят.)

На весы кладём корону

А теперь такой же ровно

ищем слиток золотой...

(Находят кусок золота, по весу равный короне).

 

Гиерон. Всё понятно!

 

Архимед. Ты постой!

Мы теперь корону нашу

опускаем в эту чашу.

Гиерон! Смотри сюда!

В чаше поднялась вода!

Ставлю чёрточку по краю.

 

Гиерон. А корона?

 

Архимед. Вынимаю...

В воду золото опустим.

 

Гиерон. В воду золото?

Допустим...

 

Архимед.

Поднялась опять вода.

Метку ставлю я...

 

Гиерон. Куда?

 

Архимед.

Ну конечно же, по краю.

 

Гиерон. Ничего не понимаю!

Лишь две чёрточки я вижу:

это – выше, эта – ниже.

Но какой же вывод главный?

 

Архимед. Равный вес.

Объём – не равный!

Понимаешь, Гиерон,

я сейчас открыл закон!

Тот закон совсем простой:

тело вытеснит...

 

Гиерон. Постой!

Говоришь, объём не равный?

Мастер мой мошенник?!

Явный?!

За фальшивую корону

он ответит по закону!

 

Ведущий.

Архимед открыл закон!

Он не только для корон.

(Учащиеся записывают домашнее задание, учитель выставляет оценки.)

Литература

Физика и астрономия-7: Под редакцией А.А.Пинского. – М.: Просвещение, 1999.

Ефимовский Е. Мудрые науки – без назидания и скуки. След колесницы. – Спб: ТИТ «Комета», 1994.