Изучение темы "Сила Архимеда"

Элементы нетрадиционного эксперимента в 7 классе

МБОУ Лицей №3 г. Саров Нижегородской обл.

при изучении темы «Сила Архимеда»

Преподаватель: Маначинская Людмила Александровна –

учитель физики высшей категории

Преподавание физики в 7 классе физико-математического лицея №3 г. Сарова Нижегородской области ведется по углубленной программе. На изучение темы «Сила Архимеда» отводится 12 уроков.

На начальной стадии изучения физики очень важен эксперимент, поэтому в 7 классе после изучения каждого раздела физики проводятся нетрадиционные уроки, на которых дети и учитель демонстрируют не описанные в учебнике опыты, формулируют и решают экспериментальные задачи. Все опыты, поставленные на уроке, должны нести познавательный потенциал, чтобы дети не воспринимали их как простую иллюстрацию физического явления.

Подготовка к уроку началась в начале изучения темы «Сила Архимеда». Цель урока, тип урока были объявлены за 2 недели до проведения урока. Учащиеся должны подготовить интересные опыты, сформулировать задачи на основе этих опытов, провести необходимые измерения и предложить на уроке одноклассникам решить свои авторские задачи. Группа учащихся получает задание подобрать необычные и интересные задачи по теме, материал по практическому применению силы Архимеда в технике т. д. Задания получают все учащиеся. Можно работать в минигруппах из 2человек. В течение 2 недель учитель проводит индивидуальную работу с каждым учащимся по его теме. Содержание работы каждого ученика его одноклассники узнают непосредственно на уроке. Учитель также готовит задания для всего класса.

В день проведения урока стенды кабинета заполнены разнообразным материалом по изучаемой теме. Учитель к этому времени подготовил презентацию урока, которая содержит информацию об этапах подготовки к уроку. После фронтального повторения основных вопросов темы учащиеся демонстрируют опыты, рассказывают о своей работе, задают одноклассникам вопросы. На уроках физики в физико-математическом лицее класс делится на 2 группы, которые занимаются у разных учителей. Поэтому число минигрупп по 2 человека бывает равно 6-7. На столе у каждого учащегося – перечень опытов и вопросов к ним.

Примеры опытов и задач, предлагаемых учащимся в минигруппах.

1. Пробирка в соленой воде плавает, частично погрузившись в нее; в пресной воде та же пробирка плавает, полностью погрузившись в воду; в горячей воде пробирка тонет. Воду необходимо налить в мензурки, чтобы можно было определять вытесненный жидкостью объем. Пробирка должна быть изготовлена заранее (в нее положить несколько гаек, болтиков. Массу груза следует подобрать экспериментально).

Учащимся предлагается не только качественно объяснить наблюдаемые явления, но и вычислить плотности раствора соли и горячей воды, записав условия плавания для каждого случая и решив систему уравнений. Также можно предложить вычислить силу давления пробирки на дно мензурки с горячей водой, записав условие равновесия утонувшей пробирки.

Как проверить достоверность ответа? В ходе поисков ответа на данный вопрос можно подсказать учащимся с помощью динамометра приподнять пробирку. Но динамометр должен быть очень чувствительным. Как повысить чувствительность обычного динамометра? Возможно кто-нибудь догадается поверх шкалы динамометра приклеить миллиметровую бумагу.

Проверить это навряд ли удастся, т.к. в горячей воде пробка из пробирки через несколько секунд вылетает. Это явление учащиеся также объясняют. Дополнительно можно предложить дома продумать способ оценки давления воздуха в горячей пробирке.

2. Ареометр из линейки. Ученик рассказывает достоинства своего ареометра: шкала динамометра проградуирована таким образом, что с его помощью можно измерять плотности как большие, так и меньшие плотности воды.

3. Опыт «Шоколадка в газировке». Почему кусочки шоколадки периодически всплывают и тонут, вращаясь при своем движении? Можно ли приблизительно оценить массу углекислого газа в пузырьках? Объем пузырьков? Способов может быть несколько.

4. Вычислить водоизмещение, подъемную силу деревянного бруска. На бруске заранее отмечена «ватерлиния». Какой максимальный груз может принять брусок?

Учащиеся производят измерения, записывают уравнения, решают их, проверяют достоверность результата опытным путем и вычисляют погрешности. При этом нужно сравнивать результаты опыта с результатами, полученными с помощью вычислений. Можно предложить вопрос: «Как уменьшить погрешности?»

5. Опыты с шарами, накачанными гелием. Прикрепим к ленточке, привязанной к шару, груз такой массы, чтобы шарик плавал, не касаясь потолка. Какие измерения необходимо выполнить, чтобы можно было вычислить массу гелия? Плотность гелия?

Массу ненадутого шара определяем с помощью весов. Объем шара с гелием можно приблизительно определить, если погрузить его в ведро, полностью заполненное водой. Объем вылившейся воды определить легко. Записывая условие плавания шара, можно вычислить массу гелия и его плотность. Сравнивая результат с табличным значением, учащиеся делают вывод, что гелий в шаре действительно сжат.

Опыты можно было видоизменять: например использовать несколько шаров с гелием и уравновешивать их такими же шарами, накачанными воздухом с добавлением разновесов и т.д. В этих опытах можно вычислить, зная массу гелия, вычислить массу воздуха в шарах, его плотность и давление воздуха в шарах. В этом случае учащиеся должны догадаться, что давление воздуха в шарах во столько раз больше атмосферного, во сколько раз его плотность больше плотности воздуха при атмосферном давлении.

6. Опыты с лава-лампой. Учащимся предлагается дома дать подробные ответы на вопросы:

- Как работает лампа?

- Можно ли такую лампу изготовить самостоятельно? Какие жидкости для этого нужно использовать?

- Какие явления, кроме действия силы Архимеда, в опытах с лампой имеют место?

- Почему каждая лампа имеет свои индивидуальные характеристики и нельзя изготовить 2 совершенно одинаковые лампы?

Вторую часть урока – фронтальные опыты и экспериментальные задачи – проводит учитель. На столе перед каждым учащимся – пластиковая бутылка с завинчивающейся крышкой, на три четверти заполненная водой, и несколько заранее изготовленных «водолазиков». После очень краткого сообщения об игрушке «водолазик» Декарта начинается эксперимент. Детям предлагается опустить в воду «водолазиков», плотно закрутить крышку, периодически сжимать и разжимать бутылку и объяснять поведение «водолазиков».

«Водолазики», предложенные для опытов.

1. «Водолазик» из пипетки. В нижнюю часть пипетки необходимо вставить кусок толстой проволоки, чтобы пипетка плавала в воде в вертикальном положении и резиновый колпачек слегка выступал над поверхностью воды. При надавливании на бутылку в результате повышения давления вода заходит в пипетку, сила тяжести увеличивается, и пипетка наоборот всплывает.

2. Другой вариант «водолазика» из пипетки. Стеклянное отверстие в нижней части пипетки закрыто пластилином. При увеличении давления в бутылке вода не может зайти в пипетку, поэтому сжимается резиновый колпачек, уменьшается сила Архимеда, и пипетка тонет.

3. «Водолазик» из обычной пробирки, в которую нужно предварительно налить воды побольше, чем на 3/4, закрыть отверстие пальцем и быстро перевернуть в воду. Этот «водолазик» похож на «водолазика» из шприца, который также можно использовать вместо пузырьков с песком для выполнения работы «Выяснение условий плавания тел». Нужно использовать шприцы без иглы, привязав к ним нитку. Нижнюю часть шприца следует утяжелить, обмотав проволокой. В этом случае шприц при плавании принимает вертикальное положение, и опыт получается лучше. Поршень шприца необходимо максимально выдвинуть, чтобы между стержнем поршня и корпусом шприца не было зазора, который при погружении шприца заполняется водой, и шприц тонет («водолазика» не получается). Массу воды в шприце легко менять, объем воды определять по делениям шкалы на шприце. Пустой шприц вначале надо взвесить.

4. Такой же принцип работы «водолазика» из пипетки с жестким колпачком.

5. Вращающийся «водолазик» из шприца. Отверстие шприца закрыто пластилином, в пластмассовом корпусе шприца проделаны 2 отверстия иголкой, не заметные с первого взгляда. Отверстия должны находиться не диаметрально противоположно, чтобы затекающая в шприц вода создавала вращающий момент.

Какой шприц быстрее вращается: большой или маленький? В какую сторону вращается шприц при погружении, при всплывании? Почему шприц почти не работает, если он утяжелен не гайками, а водой? (Вода занимает больший объем, чем гайки. Поэтому вода при надавливании на бутылку почти не затекает в нее, т.к. маленький объем воздуха очень плохо сжимается).

Следует учесть, что правило моментов 7-классники еще не изучали, поэтому на этом этапе урока имеют место элементы опережающего обучения и ответы будут чисто качественными.

Домашнее задание задается на неделю: необходимо решить задачи повышенной сложности, тексты которых располагаются на стенде в кабинете физики, а также ответить на поставленные в ходе урока вопросы.