Конспект урока "Закон Архимеда"

Закон Архимеда

Цели:

• Убедиться в существовании выталкивающей силы, осознать причины её возникновения и вывести формулу для её вычисления.

• Познакомить учащихся с взаимосвязанностью и обусловленностью явлений окружающего мира (величина архимедовой силы обусловлена объёмом погруженного в неё тела и плотностью вытесненной жидкости)

• Содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира. Проводить воспитание культуры умственного труда. Создание для каждого ученика ситуации успеха.

• Работать над формированием умений анализировать свойства и явления на основе знаний, выделять главную причину, влияющую на результат (т.е. формировать так называемую «зоркость» в поисках). Развивать коммуникативные умения. На этапе выдвижения гипотез развивать устную речь. Проверить уровень самостоятельности мышления школьника по применению учащимися знаний в различных ситуациях.

План:

1. Легенда об Архимеде

Сегодня наш урок начнется с небольшого виртуального путешествия. Мы с вами отправляемся в Древнюю Грецию в 3 век до нашей эры. Именно в это время в Сиракузах, на острове Сицилия проживал величайший математик и физик древности – Архимед. Он прославился многочисленными научными трудами, главным образом в области геометрии и механики. В это время Сиракузами правил царь Герон. Он поручил Архимеду проверить честность мастера, изготовившего золотую корону. Хотя корона весила столько, сколько было отпущено на нее золота, царь заподозрил, что она изготовлена из сплава золота с другими, более дешевыми металлами. Архимеду было поручено узнать, не ломая короны, есть ли в ней примесь.

Архимед решил эту задачу и вывел закон, который назван его именем.

А можем ли мы решить ее, обладая современными знаниями?

Тема урока: «Закон Архимеда»

Цель урока: вывести закон Архимеда.

Какая физическая величина характеризует вещество, из которого изготовлено тело?

По какой формуле рассчитывается плотность тела?

При помощи каких приборов можно измерить массу тела?

Как определить объем куба, цилиндра, шара?

А если тело имеет произвольную форму? Корона!

Проблема определить объем короны!

Фрагмент мульфильма (1,26 мин)

Физика – наука точная, основанная на данных эксперементов и расчетов. Поэтому сегодня, вам предстоит провести исследование на основе нескольких экспериментов.

2. Экспериментальное задание 1

Действительно ли вес тела в воздухе отличается от веса тела полностью погруженного в воду

Задание 1

• Цель: убедиться на опыте, что вес тела в воздухе отличается от веса тела полностью погруженного в воду

1. Определить вес цилиндра в воздухе

Р = ________Н

2. Определить вес цилиндра в воде

Р₁ = ________Н

Вывод: вес тела в воздухе больше веса тела в жидкости; на тело, погруженное в жидкость действует выталкивающая сила, называемая силой Архимеда

F_А=Р₁-Р

3. В чем причина появления выталкивающей силы?

Силы, действующие на боковые грани тела, равны по модулю и противоположны по направлению. Сила давления воды на верхнюю грань, меньше силы давления на нижнюю грань, так как уровень воды над верхней гранью, меньше уровня воды над нижней.

Вывод: сила Архимеда появляется из-за разности сил давления на нижнюю и верхнюю грани.

4. Чему равна сила Архимеда?

Математическое доказательство

Демонстрационный опыт 1

(с ведерком Архимеда)

Пустое ведерко и сплошной цилиндр, имеющий объем, равный вместимости ведерка, подвесим к пружине динамометра. Показания динамометра зафиксируем. Затем опустим цилиндр в отливной сосуд, наполненной водой до уровня отливной трубки. Когда цилиндр полностью погрузится в воду, растяжение пружины уменьшится, а часть воды, объем которой равен объему цилиндра, выльется из отливного сосуда в стакан. Если теперь перелить воду из стакана в ведерко, то пружина динамометра снова растянется до прежней длины. Это означает, что потеря в весе цилиндра в точности равна весу воды в объеме цилиндра.

Вывод: сила Архимеда, выталкивающая тело, целиком погруженное в жидкость, равна весу жидкости в объеме этого тела.

5. Экспериментальное задание 2

От чего зависит, архимедова сила?

Задание первой группе.

• Оборудование: сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и латунный цилиндры одинакового объема, нить

• Цель: исследовать зависимость выталкивающей силы от плотности тела

1. Определить вес цилиндра Р в воздухе с помощью динамометра, показания записать в таблицу.

2. Опустив цилиндр в стакан с водой, определить его вес Р₁ в воде, показания записать в таблицу.

3. Вычислить архимедову силу для каждого тела Fарх.= Р – Р₁.

4. Сравнить плотность тел и архимедовы силы, действующие на тела.

5. Сделайте вывод зависимости (независимости) архимедовой силы от плотности тела.

Таблица

Вывод: сила Архимеда не зависит от плотности вещества, из которого изготовлен цилиндр.

Задание второй группе

• Оборудование: сосуд с водой, алюминиевые цилиндр и брусок, динамометр, нить

• Цель: исследовать зависимость выталкивающей силы от объема тела

1. Определите вес цилиндра Р в воздухе с помощью динамометра, показания запишите в таблицу.

2. Определите вес бруска Р в воздухе с помощью динамометра, показания запишите в таблицу.

3. Опустив цилиндр в стакан с водой, определите вес тела Р₁ в воде, показания запишите в таблицу.

4. Опустив брусок в стакан с водой, определите вес тела Р₁ в воде, показания запишите в таблицу.

5. Вычислить архимедову силу для каждого тела Fарх.= Р – Р₁.

6. Сравните эти архимедовы силы, действующие на цилиндр и брусок.

7. Сделайте вывод о зависимости архимедовой силы от объема тела.

Таблица

Вывод: сила Архимеда зависит от объема тела, полностью погруженного в воду.

Задание третьей группе

• Оборудование: динамометр, нить, сосуды с водой и маслом, железный цилиндр

• Цель: исследовать зависимость выталкивающей силы от плотности жидкости

1. Определите вес цилиндра Р в воздухе и запишите показания запишите в таблицу.

2. Опустите цилиндр, подвешенный на динамометре, в воду, определите вес цилиндра в воде,.Р_вода, показания запишите в таблицу.

3. Вычислите архимедову силу, действующую на тело в воде F_{арх.вода} = Р - Р_вода

4. Опустите цилиндр, подвешенный на динамометре, в масло, определите вес цилиндра в масле Р_масло , показания запишите в таблицу.

5. Вычислите архимедову силу, действующую на тело в масле F_{арх.масло} = Р - Р_масло

6. Сравните архимедовы силы, действующие в воде и в масле:

7. Сравните плотности воды (1000 кг/м³) и плотность масла (800 кг/м³):

8. Сделайте вывод о зависимости архимедовой силы от плотности жидкости.

Таблица

Вывод: сила Архимеда зависит от плотности жидкости, в которую погружают тело.

6. Экспериментальное задание 3

Как сила Архимеда зависит от объема погруженной части?

• Оборудование: сосуд с водой, цилиндр, динамометр, нить

• Цель: исследовать зависимости выталкивающей силы от объема погруженной части

1. Определите вес цилиндра Р в воздухе с помощью динамометра, показания запишите в таблицу.

2. Опустив цилиндр полностью в стакан с водой, определите вес Р_вода в воде, показания запишите в таблицу.

3. Опустив цилиндр на половину своего объема в стакан с водой, определите вес Р_вода в воде, показания запишите в таблицу.

4. Вычислить архимедову силу для каждого случая Fарх.= Р – Р_вода.

5. Сравните эти архимедовы силы, действующие в каждом случае.

6. Сделайте вывод о зависимости архимедовой силы от объема погруженной части.

Таблица

Вывод: сила Архимеда зависит от объема погруженной части.

7. Решение задачи Архимеда

Согласно закону Архимеда «потеря веса» короны в воде равна весу воды в объеме, занятом короной.

Р – вес короны в воздухе

Р₁ — вес короны в воде.

Р – Р₁ = ρ_вgV

Подставив это выражение для объема в формулу для плотности короны

Этот метод называют методом гидростатического взвешивания.

Задача

1. Можно ли считать, что корона сделана из чистого золота, если ее вес в воздухе равен 20 Н, а в воде — 18,7 Н?

2. При раскопках было найдено ювелирное изделие. Его вес в воздухе оказался 20 Н, а в воде 18 Н. Из какого материала может быть сделана находка?

Дополнительная информация

Интересные факты о Мертвом море.

8. Домашнее задание