Архімедова сила. Плавання тіл: Плани-конспекти урокiв з фізики

6. АРХІМЕДОВА СИЛА. ПЛАВАННЯ ТІЛ

(12 годин)

УРОК 1/41. АРХІМЕДОВАСИЛА

Метауроку:   з'ясуватипричинивиникненнявиштовхувальноісиливрі­динахтагазахіпояснитиприродуїїпоходження.

Типуроку:  вивченняновогоматеріалу.

Демонстрації:   1. Діяархімедовоїсиливрідинітагазі.

2.  РівністьсилиАрхімедавазівитісненоїрідини.

Планвикладуновогоматеріалу:1.  Експериментальнедоведенняіснуваннявиштовхувальноісили.

2.  Установленняякісноїзалежностівиштовхувальноїсили відоб'ємутілаігустинирідиниабогазу.

3.  ЗаконАрхімеда.

Перед початком вивчення цієї теми необхідно проаналізувати резуль­тати тематичного оцінювання знань з теми «Тиск твердих тіл, рідин і газів». Для цього можна скористатися методичними рекомендаціями до уроку № 1/11 (с. 45).

Виклад нового матеріалу

До вивчення архімедової сили можливі два основні підходи:

1) існування архімедової сили встановлюється за допомогою досліду і потім обґрунтовується теоретично на основі закону Паскаля і вагового тиску рідини;

2) існування архімедової сили обґрунтовується теоретично і потім підтверджується за допомогою експерименту.

План уроку (1 варіант)

1.  Повторення матеріалу про ваговий тиск у рідині та газі.

2.  Виявлення на досліді виштовхувальної сили, що діє на тіла, занурені в рідину або газ (можна провести фронтальний експеримент).

3.  Теоретичне обґрунтування результатів досліду.

4.  Установлення якісної залежності виштовхувальної сили від об'єму тіла і густини рідини або газу.

5.  Закріплення матеріалу.
План уроку (2 варіант)

1.  Повторення матеріалу про ваговий тиск у рідині та газі.

2.  Теоретичне обґрунтування існування виштовхувальної сили.

3.  Дослідна перевірка теоретичних висновків (можна поставити фронтальний експеримент).

4.  Установлення якісної залежності виштовхувальної сили від об'єму тіла і густини рідини або газу.

5.  Закріплення матеріалу.

Якщо обрано перший варіант викладу, урок слід розпочати з повто­рення матеріалу про ваговий тиск у рідині та газі. Учням можна запро­понувати кілька питань.

1.  Як розподіляється тиск усередині рідини під дією сили тяжіння?

2.  Чим пояснюється збільшення тиску рідини зі збільшенням глибини?

3.   Як розподіляється тиск у рідині на одному й тому самому рівні? Потім перед учнями доцільно поставити завдання: дослідити, як діють рідина або газ на занурені в них тіла. її розв'язання допоможе зрозуміти, як і чому плавають або тонуть тіла, як забезпечується плавучість кораблів і політ аеростатів. Кожний учнівський стіл має бути забезпечений склянкою з водою, динамометром Бакушинського і твердим тілом. Учні можуть переконатися, що на тіло, занурене в рідину, діє сила, напрямлена вертикально вгору.Із результатів дослідів робиться висновок: на тіло, занурене в рідину, знизу вгору діє сила, що виштовхує тіло з рідини.

Для пояснення існування виштовхувальної сили учитель повинен зробити на дошці рисунок паралелепіпеда, зануреного у воду так, щоб дві грані були паралельні поверхні води (рис. 4.34 підручника), указа­ти сили, з якими рідина діє на занурене в неї тіло (див. рисунок), по­яснити характер і напрям цих сил і поставити класу питання:

1.  Чому дорівнює сила тиску рідини, що діє на верхню грань тіла? (Цю силу зобразити на рисунку стрілкою .)

2.  Куди напрямлена сила тиску рідини, що діє на верхню грань тіла? Аналогічні питання дозволяють з'ясувати, що сила тиску рідини

на нижню грань напрямлена знизу вгору.

3.  Яка сила тиску рідини є більшою, чи , і чому?

Відповідь: сила тиску рідини  > , а оскільки площі граней од­накові, тиск на нижню грань є більшим, бо вона розташована на біль­шій глибині:, ,  отже, .

4.  Рідина тисне на тіло не тільки знизу і згори, але й з боків. Чому ж тіло не переміщується вправо чи вліво?

Відповідь: сили тиску на бічні поверхні взаємно зрівноважуються і тому не можуть перемістити тіло.

Таким чином, причиною появи виштовхувальної сили є тиск ріди­ни, що виникає під дією сили тяжіння. Згідно із законом Паскаля цей тиск діє не тільки на верхню грань тіла, але й на нижню. Значення виштовхувальної сили можна знайти так:

де — об'єм тіла,  — густина рідини.

Дію рідини на занурене в неї тіло докладно досліджував давньогре­цький учений Архімед. На його честь виявлену ним силу назвали ар-хімедовою або силою Архімеда (): на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі рідини або газу в об'ємі цього тіла (чи зануреної його частини).

Реалізувати другий підхід складніше, тому в деяких випадках ефек­тивними є такі напрями викладу матеріалу: використання життєвого досвіду учнів для формулювання проблеми; виявлення виштовхуваль­ної сили на досліді; якісне пояснення існування виштовхувальної сили на основі вагового тиску і закону Паскаля; установлення значення ар­хімедової сили на досліді; розв'язання задач. Теоретичне ж обґрунту­вання існування архімедової сили можна дати під час розв'язання за­дач або повторення матеріалу.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1.  Як розподіляється тиск усередині рідини під дією сили тяжіння?

2.  Чим пояснюється збільшення тиску рідини зі збільшенням глибини?

3.  Як розподіляється тиск у рідині на одному й тому самому рівні?

4.  Які сили діють на тіло, занурене в рідину?

5.  Чому на верхню грань зануреного в рідину тіла діє менша сила, ніж на нижню?

6.  Чому в розрахунку не беруться до уваги бічні сили?

7.  Чому виникнення архімедової сили пов'язують із дією закону Паскаля?

Задачі, розв'язувані на уроці

1.  Чому дорівнює архімедова сила, що діє на кульку об'ємом 10 см³, повністю занурену у воду? У гас? (3: № 23.1. Відповідь: 0,1 Н; 0,08 Н.)

2.  Чому собака легко витягає з води потопаючого, а на березі не може зрушити його з місця? (П: № 1 із впр. до § 37)

3.  Чи діє архімедова сила в умовах невагомості?

До конспекту учня

Закон Архімеда: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі рідини або газу в об'ємі цього тіла (чи зануреної його частини):

Домашнє завдання

Основне:

1.  П: §37, 38.

2.  1) На суцільне тіло вагою 6 Н, повністю занурене у воду, діє архімедова сила З Н. Якою є густина тіла? (3: № 23.2)

2) На тіло, повністю занурене у воду, діє архімедова сила 10 Н. Яка архімедова сила діятиме на це саме тіло в разі повного за­нурення в гас? (3: № 23.3) Додаткове:

3: № 23.6, 23.7.

УРОК 2/42. ЗАЛЕЖНІСТЬВИШТОВХУВАЛЬНОЇСИЛИВІД ОБ'ЄМУТІЛАІГУСТИНИРІДИНИ

Метауроку,  закріпитизнанняучнівпровідштовхувальнусилуізакон Архімеда; показатизалежністьсилиАрхімедавідоб'ємутіла ігустинирідини.

Типуроку,  закріпленнязнань.

Демонстрації:   1. Залежністьвиштовхувальноїсиливідоб'ємутіла.

2.  Залежністьвиштовхувальноїсиливідгустинирідини.

3.  Графікизалежностіархімедовоїсиливідоб'ємутіла ігустинирідини.

Планвикладуновогоматеріалу.1. Залежністьвиштовхувальноїсиливідоб'ємутіла.

2. Залежністьвиштовхувальноїсиливідгустинирідини.

3. Графікизалежностей

Перевірка знань

1.  У якій воді легше плавати: у морській чи річковій? Чому?

2.  Чому палаючий гас не можна гасити водою?

3.  Чи однаковими є значення архімедової сили, що діє на те саме тіло, занурене у воду, на Землі і Місяці?