Виштовхувальна сила 7‐й клас

Пропонуємо урок для учнів 7‐го класу із залученням до викладання нової теми учениці 11‐го класу з фрагментом учнівського проекту «Такий відомий і невідомий Архімед».

Тема. Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда. Умови плавання тіл

Мета: сформувати уявлення про архімедову силу, умови плавання тіл, показати роль фізичного експерименту у фізиці; ознайомити учнів із практичним застосуванням закону Архімеда.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

 Хід уроку

Вважай нещасливим той день і ту годину,

коли ти не засвоїв нічого нового

Давньокитайська мудрість

 І. Актуалізація опорних знань

Фронтальне опитування учнів

• Сформулюйте закон Паскаля.
• Пригадайте формулу для визначення тиску рідини або газу на дно та стінки посудини (p = qρh).
• Поясніть зв’язок між тиском у рідинах і глиби- ною занурення.
• Сформулюйте правило знаходження рівнодійної сили.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності (На дошці розвішані картинки)

Учитель. Подумайте, ці картинки стосуються нашого уроку?

(Учитель пропонує записати на кольорових стікерах власні думки щодо картинок і приклеїти стікери на дошку.)

Учитель. Наприкінці уроку ми повернемося до ваших припущень і перевіримо, чи слушними вони виявилися.

ІІІ. Вивчення нового навчального матеріалу

Метод «Мозковий штурм»


Робота в групах (експериментальне дослідження)

Група 1


Обладнання: склянка з водою, тенісна кулька.

1. У посудину з водою повністю занурили тенісний м’яч і прибрали руку.

— Що відбувається з кулькою?

— Спробуйте пояснити, у чому причина такої поведінки.

2. Результати вимірювань запишіть на аркуші паперу формату А4.

Група 2

Обладнання: металева пластина, металева коробка, посудина з водою.

1. У посудину з водою опустіть металеву пластину.
— Що відбувається з тілом?
— Спробуйте пояснити, в чому причина
2. У посудину з водою опустіть металеву коробку.
— Що відбувається з тілом.
— Спробуйте пояснити, в чому причина.
3. Результати вимірювань запишіть на аркуші паперу формату А4.

Група 3
Обладнання: динамометр, тіло довільної форми, посудина з водою.

1. Прикріпіть тіло до динамометра, виміряйте силу, з якою воно діє на пружину, запишіть її значення.

2. Опустіть тіло, підвішене до динамометра, у склянку з водою. Запишіть покази динамометра.

3. Порівняйте покази динамометра.

4. Зробіть висновки. Результати вимірювань запишіть на аркуші паперу формату А4.

Група 4
Обладнання: динамометр, тіло довільної форми, посудина із солоною водою.

1. Прикріпіть тіло до динамометра, виміряйте силу, з якою воно діє на пружину, запишіть її значення.

2. Опустіть тіло, підвішене до динамометра, в склянку з водою. Запишіть покази динамометра.

3. Порівняйте покази динамометра.

4. Зробіть висновки. Результати вимірювань запишіть на аркуші паперу формату А4.

Група 5
Обладнання: динамометр, два тіла різного об’єму, посудина з водою.

1. Визначте вагу кожного тіла в повітрі.

2. Визначте вагу кожного тіла у воді.

3. Порівняйте отримані результати.

4. Результати вимірювань запишіть на аркуші паперу формату А4.

 2. Представлення результатів дослідження

(Учні кожної групи вивішують аркуші з висновка- ми експерименту.)

Група 1
Тенісна кулька весь час спливає вгору, отже на неї діє якась сила.

Група 2
Металева пластина тоне, а коробка плаває на поверхні води.

Група 3
Вага тіла в повітрі більша, ніж вага тіла в посудині з водою на 0,3 Н. Отже, на тіло у воді діє сила.

Група 4
Вага тіла в повітрі більша, ніж вага тіла в посудині з водою на 0,4 Н. Отже, на тіло у воді діє сила.

Група 5
Вага тіл різного об’єму різна і в повітрі, і у воді, але у воді перше тіло легше, ніж друге. Отже, на тіло більшого об’єму діє більша сила.

(Кожна група представляє свої результати й вивішує їх на дошку.)

Запитання до учнів
— Який висновок можна зробити? (На будь-яке тіло, занурене в рідину, діє сила.)
— Що вона робить із тілами, зануреними в рідину?
(Виштовхує їх.)

— Отже, як ми її назвемо? (Виштовхувальна сила.)
— Як напрямлена ця сила? (Сила, що діє на тіло, занурене в рідину, напрямлена вгору.)

Учитель. Уперше виштовхувальну силу розрахував давньогрецький учений Архімед, який жив у ІІІ столітті до н. е. От чому цю силу називають архімедовою.

 3. Записати тему

Наше завдання — з’ясувати (вивісити завдання уроку):
— причину виникнення виштовхувальної сили;
— напрям дії сили;
— величини, від яких вона залежить;
— як вона обчислюється;
— де вона застосовується.

Досвід

Запитання до учнів
— На яке із запитань ми вже знаємо відповідь? (Знаємо, що сила напрямлена вгору.)

4. Перегляд документального фільму «Архімед»

5. З’ясування причини виникнення виштовхувальної сили

Запитання до учнів

— Що можна сказати про дію рідини на циліндр? (Рідина тисне на нього.)

— Що нам відомо про тиск усередині рідини на тій самій глибині? (Тиск однаковий у всіх напрямках. Тому сили, напрямлені на бічні поверхні циліндра, будуть однаковими.)

— Що можна сказати про тиск рідини на верхню й нижню грані циліндра? (Тиск на нижню грань більший.)

— Чому? (Тиск усередині рідини збільшується з глибиною занурення.)

(Біля дошки працюють двоє учнів. Першому треба написати формули для розрахунку сили тиску рідини на верхню грань, другому — на нижню.)

Перший учень      

p1 = rpgh1
F1 = p1S
F1 = rpgh1S

 Другий учень

p2 = rpgh2
F2 = p2S
F2 = rpgh2S

Запитання до учнів
— Яка із цих сил більша? (F2 > F1, тому що р2 > р1).
Висновок: причина виникнення виштовхувальної сили — різниця тисків на меншій і на більшій глибині.

6. Від чого залежить архімедова сила?

Учитель. Порівняємо результати дослідів груп 3 і 4: у солоній воді виштовхувальна сила більша, ніж у прісній.

— Чому? (Солона вода має більшу густину).

Висновок: виштовхувальна сила залежить від гус тини рідини.

— Як знайти рівнодійну двох сил? Вона й дорівнюватиме виштовхувальній або архімедовій силі.

F=F2 –F1;

FA = rpgh2S – rpgh1S;

FA = rpgS(h2 – h1);

h2 –h1 =h;

Sh = Vт;
FA = rpgVт.

Група 5

Висновок: архімедова сила залежить від об’єму тіла.

Записати закон Архімеда.

На тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, що напрямлена вертикально вгору й дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі зануреної частини тіла:  FA = ρpgVт 

Запитання до учнів

— Від чого залежить виштовхувальна сила? (Від густини рідини й об’єму тіла.)

7. Виступ учениці 11‐го класу

Архімедова сила й кити. 

Особливості поведінки тварин у воді пов’язані з малим тертям і наявністю виштовхувальної (архімедової) сили. Ідеально пристосоване для життя у воді тіло найбільшої тварини на Землі — кита. Найбільшими є сині кити.

 Розміри синього кита

Маса синього кита досягає 130 т. Рисунок 2 дає уявлення про те, у скільки разів розміри синього кита більші за розміри людини. Довжина цього кита — 33 м, він майже на 10 м довший, ніж пасажирський вагон.
Найбільший із китів, пійманий людиною, мав масу 150 000 кг, а найбільша наземна тварина — слон — має масу від 3 000 до 6 000 кг (як язик деяких китів!).

Рисунок 2

Задача 1
Тіло плаває у воді, якщо виштовхувальна (архімедова) сила, що діє на нього, і сила тяжіння рівні між собою. Спробуймо розрахувати архімедову силу, що діє на синього кита, і порівняти її із силою тяжіння.
Визначмо діаметр нашого кита — це буде середнє арифметичне діаметра тіла кита.
Використовуючи рисунок 2, виміряємо діаметр кита в десяти різних місцях.
Знайдемо середнє арифметичне цих значень. Враховуючи масштаб рисунка, знайдемо дійсний діаметр кита. Результати вимірювань та обчислень занесемо до таблиці 1.

 таблиці 1

Обчислимо дійсну довжину кита таблиця 2

таблиця 2

Vтіла = pd2h/4 = 3,14 · (3,32 м)2 · 30 м / 4 = 260 м3

Знайдемо значення архімедової сили й сили тяжіння:

FA = rрідVтілаg = 1030 кг/м3 · 260 м3 · 10 Н/кг = 2 678 000 Н

Fтяж = mg = 150 000 кг · 10 Н/кг = 1 500 000 Н

Висновок. Архімедова сила, що діє на кита, дорівнює 2 678 000 Н, а сила тяжіння — 1 500 000 Н. Саме архімедова сила, більша за силу тяжіння, утримує тіло кита в рівновазі. Зрозуміло, що кит не може перебувати на суходолі. Величезна сила тяжіння притискає його до землі. Кістяк кита не пристосований до того, щоб витримати таку масу, навіть дихати на суходолі кит не може, оскільки для вдихання він повинен розширити легені, підняти м’язи навколо грудної клітки, а в повітрі ці м’язи мають вагу кілька десятків тисяч ньютонів.

Експериментальні дослідження

Учитель. 2500 років минуло від народження Архімеда. І те, що ми досі згадуємо про нього, по-справжньому вражає, захоплює, спонукає до пі- знання світу, вивчення основ наук.

Група 5 зробила висновок про те, що одні тіла тонуть, а інші — ні. Чому? Чи означає це, що на ме- талеву пластинку не діє виштовхувальна сила?

Запитання до учнів

— Коли тіла плавають, а коли — ні? FA > Fт — тіло спливає в рідині;
FA = Fт — тіло плаває в рідині (рис. 3); FA < Fт — тіло тоне в рідині;

Дослід 1. Яйце опускають у посудину із солоною водою. (Яйце плаває на поверхні рідини.)

Дослід 2. У посудину із солоною водою доливають прісну воду. (Яйце плаває всередині рідини.)

Дослід 3. Яйце опускають у прісну воду. (Яйце тоне.) ρр > ρт — тіло спливає в рідині;
ρр = ρт — тіло плаває в рідині;
ρр < ρт — тіло тоне в рідині.

ІV. Обговорення висновків, яких учні дійшли на початку уроку

Учитель. Пригадайте, на початку уроку ми з вами розглядали картинки. То як ці картинки стосуються нашого уроку?

1 — варіння вареників — із приготуванням об’єм вареників збільшується, а оскільки збільшується об’єм тіла, то збільшується й архімедова сила.

2 — під час занурення тіла в рідину витісняється рідина, об’єм якої дорівнює об’єму зануреного в неї тіла.

3 — на картинці зображено важіль, який винайшов Архімед.

4, 6 — повітряні кульки й мильні бульбашки заповнені газом, легшим за повітря, підіймаються в повітрі вгору.

5 — важіль, за допомогою якого давні єгиптяни будували свої піраміди.

7 — плавання суден, підводних човнів, повітряних куль зумовлені дією на тіла архімедової сили.

Учитель . Де використовується й трапляється в природі й повсякденному житті архімедова сила?        

— Повітроплавання;

— судноплавство;

— риби, молюски тощо;

— приготування їжі;

— мильні бульбашки тощо.

Криголам чи «кригодав»?

Учитель. Криголам не завжди розколює лід своїм носом. Це можливо лише для тонких крижин. Найчастіше він тисне на крижину носовою частиною. Коли ніс «вилазить» на крижину, вага його збільшується (у цей момент сила Архімеда вже не діє на нього) і лід тріскається.

Чому корабель не тоне?

Учитель. Металевий корабель витісняє об’єм води, набагато більший, ніж об’єм металу, що пішов на його виготовлення. Адже внутрішня частина ко- рабля заповнена повітрям. І якщо вона заповниться водою в результаті аварії, то корабель потоне. Щоб цього не відбулося, внутрішній простір розді- ляють сталевими перебірками на водонепроникні відсіки, які перешкоджають повному затопленню корабля водою у разі аварії.

V. Закріплення вивченого матеріалу

Розв’язування задач

1. У якій воді легше плавати — у річковій чи морській? Чому?
2. Дерев’яна куля плаває у воді. Виконайте рисунок у зошиті й покажіть сили, що діють на кулю.
3. Користуючись таблицею густин, укажіть: — які метали можуть плавати у ртуті;
— які метали потонуть у ртуті;
— які тіла можуть плавати у воді; — які тіла тонуть у воді.
4. Об’єм шматка заліза дорівнює 0,2 дм3. Визначте виштовхувальну силу, що діє на нього під час повного занурення у воду.

Дано:

V=0,2дм3 =0,0002м3

ρ = 1000 кг/м3 в

FA — ?

FA = ρpgVт
FA =1000кг/м3 ·10Н/кг×

3 ×0,0002м =2Н

Відповідь: 2 Н.

VІ. Підбиття підсумків уроку


Інтерактивна вправа «Результат»


На столах учнів лежать конверти. Учні повинні продовжити речення.

Під час сьогоднішнього уроку я:

— дізнався (дізналася) …

— зрозумів (зрозуміла) …

— навчився (навчилася) …

— я не вмів (на вміла), а тепер умію …

— надалі я хочу …

VІІ. Домашнє завдання

Опрацювати теоретичний матеріал у підручнику, виконати завдання (на вибір учителя)

Використані джерела

1. Електронний конструктор уроку. Фізика, 8 клас: Ме- тод. комп’ют. посіб. — Харків: Видавнича група «Основа».
2. Інформаційний збірник Міністерства освіти і нау- ки України № 1—2, січень, — Київ: «Педагогічна преса». Державний стандарт базової і повної загальної середньої освіти.
3. Уроки фізики. 8 клас / Л. А. Кирик. — Харків: «Ранок-НТ», 2003.

4. Уроки фізики у 7—8 класах / В. Ф. Савченко, Є. В. Коршак, О. І. Ляшенко. — Київ: Ірпінь,

5. Уроки фізики у 8 класі /  В.  Т.  Гороновська,  Г. В. Самсонова. — Київ: Радянська школа,
6. Фізика 8 клас / Є. В. Коршак, О. І. Ляшенко, В. Ф. Савченко. — Київ: Ірпінь,
7. Фізика 8 клас / О. В. Пьоришкін, Н. О. Родіна. — Київ: Радянська школа,
8. Фізика: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. / В. Г. Бар’яхтар, С. О. Довгий, Ф. Я. Божино-  ва та ін.; за ред. В. Г. Баряхтара, С. О. Довгого. — Харків: Видавництво «Ранок», 2015

Оксана ДМИТРІЄВА,

учитель фізики Новоолександрівської середньої загальноосвітньої школи, Дніпропетровська обл.