Спецвыпуск

Сила Архимеда

Задачи урока

• образовательная: обеспечить формирование понятия выталкивающая сила, используя задания исследовательского характера;
• развивающая: развитие познавательного интереса, самостоятельности, умения применять знания по физике, используя проблемные ситуации;
• воспитательная: содействовать профориентации учащихся и умению работать в коллективе.

Оборудование: компьютер, мультимедийная система, документ-камера, сосуды с водой, тела различной формы, массы и объёма, динамометры.

Ход урока

I. Организационно-ситуативный этап (определение задач урока)

Учитель (предъявляет слайд). «Ихтиандр протягивает руки вверх и хватает альбатроса за ноги. Испуганная птица раскрывает свои мощные крылья и поднимается, вытаскивая из воды Ихтиандра. Но на воздухе Ихтиандр и альбатрос грузно падают на волну...» (А.Р.Беляев. Человек-амфибия). Почему альбатрос упал в воду?

Учащиеся. В воде вес Ихтиандра был меньше, чем в воздухе.

Учитель. Почему вес тела в воде меньше веса тела в воздухе?

Учащиеся. Существует сила, действующая на тело в воде и направленная вертикально вверх.

Учитель. Давайте посмотрим, почему вес уменьшается. Рассмотрим силы, которые действуют со стороны жидкости на погружённое тело (слайд). Силы, действующие на боковые грани тела, попарно равны и уравновешивают друг друга. А вот силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела, не одинаковы. На верхнюю грань с силой F₁ давит столб жидкости высотой h₁. На нижнюю грань тела снизу вверх с силой F₂ давит столб жидкости высотой h₂. Но h₂ > h₁, следовательно, и модуль силы F₂ больше модуля силы F₁. Поэтому тело выталкивается из жидкости с силой F_выт = F₂ – F₁, так и называемой – выталкивающая сила. Если тело в воду бросить//Или просто опустить,//Будет сила Архимеда//Cнизу на него давить.

Итак: на тело, погружённое в жидкость, действует сила, выталкивающая это тело из жидкости.

Выталкивающая сила действует и в случае частичного погружения тела в жидкость. Эту силу называют силой Архимеда в честь древнегреческого учёного Архимеда, который впервые указал на её существование и рассчитал её значение.

Как найти величину выталкивающей силы? (Слайд.) Так как две силы, действующие на тело в этом случае, направлены в противоположные стороны (сила тяжести – вниз, архимедова сила – вверх), то вес тела в жидкости P₁ будет меньше веса тела в вакууме Р = mg (m – масса тела) на архимедову силу F_А = gm_ж (m_ж – масса жидкости, вытесненной телом), т.е. P₁ = Р – F_А, или

F_А = P_{в возд} – P_{в жидк} ,

т.е. из веса тела в воздухе надо вычесть вес тела в воде.

Все тела в воде кажутся более лёгкими, чем в воздухе. Вода выталкивает и поддерживает их. Будучи вынутыми из воды, тела вновь обретают свой прежний вес, т.к. вода больше не держит их.

II. Объяснение новой темы (записи основных моментов в тетради)

Учитель. Давайте убедимся на опыте, что вес тела в воде уменьшается. (Учитель объясняет задание по слайду с планом действий. Ученики обсуждают план.)

Учитель (заслушав мнения). Есть сила одна, вот вам ответ, //Эту силу обнаружил Архимед.//Когда он опустился в воду,//То «Эврика!» – воскликнул он народу.//От чего зависит сила эта?//Нельзя вопрос оставить без ответа.

III. Практическое задание

Учитель. От чего же зависит сила Архимеда? Это вам придётся выяснить самостоятельно. Каждая группа получает своё задание. Пожалуйста, прочитайте задание и сформулируйте гипотезу исходя из условий. (Дети читают, высказывают гипотезы. Учитель записывает предложенные гипотезы в слайд презентации. Учащиеся приступают к выполнению заданий.)

Группа 1. Оборудование: сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и медный цилиндры одинакового объёма, но разной массы из набора тел для калориметра, нить.

1. Определите архимедовы силы, действующие па первое и второе тела.
2. Сравните архимедовы силы, действующие на тела разной массы.
3. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от массы тела.

Группа 2. Оборудование: сосуд с водой, тела разного объёма, но одинаковой массы, динамометр, нить.

1. Определите архимедову силу, действующую на каждое из тел.
2. Сравните эти силы.
3. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от объёма тела.

Группа 3. Оборудование: динамометр, нить, сосуды с пресной водой, солёной водой и маслом, алюминиевый цилиндр.

1. Определите архимедовы силы, действующие на тело в воде, пресной и солёной, и масле.
2. Что можно сказать об архимедовых силах, действующих на тело в различных жидкостях?
3. Установите зависимость архимедовой силы от рода жидкости.

Группа 4. Оборудование: мензурка с водой, алюминиевый цилиндр, нить, динамометр.

1. Определите архимедовы силы, действующие на тело на глубине h₁ и на глубине h₂ >h₁.
2. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от глубины погружения тела.

Группа 5. Оборудование: кусочек пластилина, сосуд с водой, нить, динамометр.

1. Кусочку пластилина придайте форму шара, куба, цилиндра.
2. Поочерёдно опуская каждую фигурку в воду, с помощью динамометра определите архимедову силу, действующую на неё.
3. Сравните эти силы и сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от формы тела.

(Выполнив задания, группы отчитываются о результатах своей работы и сообщают свои выводы. Результаты записываются в виде таблицы с помощью документ-камеры. Если сила зависит от величины, ставят «+», если нет, то «–». Один учащийся из группы подходит к камере и отмечает результат.)

Сила	Масса	Объём	Форма	Жидкость	Глубина погружения
FА	–	+	–	+	–

Общий вывод: cила Архимеда зависит от объёма тела и рода жидкости (слайд).

(Проводится сравнение с предложенными в начале урока гипотезами.)

Учитель. Теперь вы сможете мне объяснить, почему собака-водолаз легко может тащить человека по воде, но только до берега.

Учащиеся. Вес человека на берегу увеличивается.

Учитель. А масса?

Учащиеся. Осталась прежней.

Учитель. В какой воде легче научиться плавать – в речной или морской?

Учащиеся. В морской, в ней больше выталкивающая сила.

Елена Васильевна Шерстобитова – учитель физики высшей квалификационной категории, окончила Челябинский ГПИ в 1992 г., педагогический стаж 17 лет. Основное направление: развитие творческих способностей учащихся. Занимается исследовательскими работами с учащимися 5–7-х классов. На российской конференции «Шаг в будущее. Юниор» её ученик удостоен диплома Общественной палаты РФ за исследовательскую работу «Модель и принцип действия гидротурбины». Замужем, дочке 6 лет. Хобби – гитара, вязание.