Конспект урока по физике на тему "Закон Архимеда"( 7 класс, физика)

Предмет: Физика. Класс: 7 Учитель: Елакова Галина Владимировна. Место работы: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя  общеобразовательная школа №7» г. Канаш Чувашской Республики.                     Урок по теме: «Закон Архимеда».         Цели урока:     экспериментально установить зависимость между физическими величинами –  выталкивающей силой, плотностью, объемом тела; изучит закон Архимеда; развить умение наблюдать, сравнивать, анализировать, выдвигать гипотезы, проводить самостоятельные исследования и обобщать результаты опытов; развить экспериментальные умения, творческие способности учащихся.  Форма урока: урок­исследование.       Оборудование: Пружина, ведерко Архимеда, штатив, отливной сосуд, сосуд с водой,  сосуд с медным купоросом.                            Ход урока. I. Организационный момент. II. Повторение пройденного материала.                    Вопросы для повторения:  Какие известные вам из жизни явления указывают на существование выталкивающей  силы?  Что является причиной возникновения выталкивающей силы?  Какие две силы действуют на тело, находящееся внутри жидкости или газа?  Как доказать, основываясь на законе Паскаля, существование выталкивающей силы,  действующей на тело, погруженное в жидкость?  Как показать на опыте, что на тело, находящееся в жидкости (газе), действует  выталкивающая сила?  В каком случае тело буде тонуть в жидкости, а в каком всплывать?  Почему, находясь под водой, человек иногда может легко поднять предмет, который  с трудом удерживает в воздухе?  Каким образом можно измерить выталкивающую силу?  Будет ли действовать, выталкивающая сила на тело, плотно прилегающее ко дну?   III. Изучение нового материала. Учитель. До нас дошла легенда о том, что знаменитый закон Архимеда был открыт во  время решения задачи, которую древний сиракузский правитель Гиерон (III век до н.э.)  задал Архимеду.    Предание повествует, что Гиерон пожелал принести в дар храму венец для одной  статуи. Работу он поручил мастеру, приказав выдать ему необходимое количество золота и серебра. Вскоре работа была выполнена, причем взвешивание показало, что венец весит  столько же, сколько весили выданные золото и серебро. Но ходили слухи, будто мастер  заменил часть золота серебром. Архимед, которому царь поручил расследовать это дело  не разрушая венца, долго думал над решением вопроса. Мысль о том, как может быть  решена задача Гиерона, возникла у Архимеда внезапно, когда он сидел в ванне. Вне себя  от радости, Архимед выскочил из ванны и, спеша проделать опыты, побежал по улице  повторяя: «Эврика!» (Нашёл!). Рассказывают, что Архимед решил задачу о венце, исходя на того, что чистое золото  теряет в воде 20­ю долю своего веса, а серебро – 10­ю долю. Обман мастера,  изготовлявшего венец, был раскрыт, Архимед определил даже, сколько золота мастер  заменил серебром. Такова легенда. Правдива ли она?   IV. Опыт с ведерком Архимеда.         Учитель. Опыт натолкнул Архимеда на идею о действии жидкости на погруженные в неё тела и опыт дал ему возможность проверить эту идею. Более того, Архимед,  несомненно, умел на опыте определять плотность.        Опыт №1. К пружине подвешивают ведерко, а к нему ­  цилиндр. Стрелку –  указатель на пружине устанавливают против такого же указателе на штативе.  Внимание учащихся фиксируют на следующем: вместимость ведерка равна  объему цилиндра. При погружении тела в воду пружина сокращается, стрелка –  указатель на пружине поднимается вверх.     Погруженное в отливной сосуд тело вытесняет некоторый объем воды, которая  выливается в стакан. Этот объем воды оказывается равным объему тела, в чем  убеждаются учащиеся, когда вытесненную телом воду выливают из стакана в ведерко. По мере заполнения ведерка водой пружина растягивается; когда вся вода, находившаяся в  стакане, заполнит ведерко, стрелки – указатели на пружине и на штативе вновь совпадут.      Опыт №2. Заменив воду раствором медного купороса ( можно соленой водой), то  результат будет аналогичным, т.е. раствор медного купороса выталкивает тело с силой,  равной весу раствора, вытесненного телом.       Экспериментальная работа №1: Определите плотность пробки. (Работа в группах.) Оборудование: мензурка с водой, стальная спица, кусочек пробки.                      Возможный вариант выполнения задания.      Когда тело плавает в жидкости, то его вес равен архимедовой силе: Р = Fа;  mg =  ж gV1  или; то есть масса тела равна массе вытесненной жидкости, где  V1  ­ объем вытесненной жидкости.     Бросив пробку в воду, определяем её массу по объёму вытесненной жидкости:  m =  жV1. Погрузив пробку в воду, с помощью спицы определяем её объём, а затем  рассчитываем плотность пробки:    = m/V =  жV1/V.     Экспериментальная работа №2: Определите плотность данной жидкости. Оборудование: динамометр, латунная гиря массой 200 г, стакан с жидкостью, плотность  которой надо определить.                      Возможный вариант выполнения задания.     Погрузив гирю в стакан с исследуемой жидкостью, определяем с помощью  динамометра выталкивающую силу. Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме  погруженного в нее тела: Fвыт = Рж = Р – Р1; где Р – вес тела в воздухе, Р1 – вес тела в  жидкости. Так как Fвыт =  ж  gVт ; Vт = m/ т; то отсюда плотность неизвестной  жидкости равна:   ж = Рж т/gm.         Экспериментальная работа №3: Определить плотность камня. Оборудование: динамометр, стакан с водой, камень.                                               Возможный вариант выполнения задания.       С помощью динамометра определяем вес камня в воздухе Р и вычисляем массу  камня: m = Р/g, где g = 9,8 Н/кг. Погрузив камень в воду, с помощью динамометра  определяем выталкивающую силу, равную весу жидкости в объеме погруженного в нее  тела:   : Fвыт = Рж = Р – Р1; где Р – вес тела в воздухе, Р1 – вес тела в жидкости.   Используя закон Архимеда, определяем объем камня и вычисляем его плотность:     :   =  жР 1РР жP 1РР P  | Fвыт =  ж  gVт ;   = m/V;  =  g V. Закрепление нового материала.         Учитель: В одной старинной восточной сказке рассказывается: «Царь обещал дать  тому, кто взвесит его слона, столько золота, сколько весит сам слон. Бедняк перевозчик  ввел слона в свою большую лодку и отметил уровень, до которого она погрузилась в воду.  Затем он свел слона на берег и погрузил лодку золотом до прежней отметки. Вес золота  равнялся весу слона. Неграмотный лодочник, конечно, не знал закон Архимеда, но он  сообразил, что если у двух грузов одинаковый вес, они погрузят лодку в воду до одного и  того же уровня».      Задача Гиерона: Мастеру для венца было отпущено 8 кг золота и 2 кг серебра.  Под водой венец весил 9 мастер часть золота серебром? Решение: Если бы заказанный  венец был сделан целиком из чистого золота, он весил бы  в воздухе 10 кг, а под водой потерял бы 20­ю долю этого веса, то есть  1  кг (венец внутри пустот не имеет). Заменил ли  4 кг. В  1 2 действительности же венец теряет в воде не   кг, а 10 ­   9  =   кг. Это потому, что  1 2 1 4 3 4 он содержит в себе серебро – металл, теряющий в воде не 20­ю , 10­ю долю своего веса.  Серебра в венце должно быть столько, чтобы венец терял в воде не  1 2 кг, а   3 4  кг  – на  кг более. Если в нашем чисто золотом венце заменим мысленно 1 кг золота серебром,  1 4 то венец будет терять в воде больше, нежели прежде, на  1 20 1 Следовательно, чтобы получилось требуемое увеличение потери веса на   4 1 20 необходимо заменить серебром столько килограммов золота, сколько раз  1 10 1 20 =    ­  кг.  кг,  кг  содержится в   кг, но  1 4 :  1 20  = 5. Итак, в венце было 5 кг серебра и 5 кг золота вместо выданных 2 кг  1 4 серебра и 8 кг золота. Значит, 3 кг золота было утаено и заменено серебром.  Задача: В воду опущен медный кубик массой 10г и тонкая медная пластинка  массой 10г. Одинакова ли выталкивающая сила в обоих случаях? Ответ: Так как массы кубика и пластинки, сделанных из одного материала, одинаковы,  то одинаковы и их объемы. Значит, при полном погружении в воду на них действует одна  и та же выталкивающая сила. Задача: Кусок мрамора весит столько, сколько весит медная гиря. Какое из этих тел легче удержать в воде?  Ответ: Плотность мрамора меньше плотности меди, поэтому при одинаковой массе  мрамор имеет больший объем, значит, на него будет действовать большая выталкивающая сила и его легче удержать в воде, чем медную гирю.  Задача: Плотность тела определяется взвешиванием его в воздухе и в воде. При  погружении небольшого тела в воду на его поверхности удерживаются пузырьки воздуха, из­за которых получается ошибка в определении плотности. Больше или меньше получается при этом значение плотности? Ответ: Прилипшие пузырьки воздуха незначительно увеличивают массу тела, но  существенно увеличивают его объем. Поэтому значение плотности получается меньшим. Задача: Действуют ли на искусственном спутнике Земли закон Паскаля и  архимедова сила?  Ответ: Закон Паскаля действует. Архимедова сила в условиях невесомости  отсутствует. Задача: Древнегреческий ученый Аристотель для доказательства невесомости  воздуха взвешивал пустой кожаный мешок и тот же мешок, наполненный  воздухом. В обоих случаях показания весов были одинаковы. Почему заключение  Аристотеля, что воздух не имеет веса, неверно? Ответ: Потому что вес мешка с воздухом увеличивается на столько, на сколько  увеличивалась выталкивающая сила воздуха, действующая на раздутый мешок. Для  доказательства весомости воздуха достаточно было бы откачать воздух из какого­либо  сосуда или накачать его в прочный сосуд. Задача: Отто Герике предполагал, что сосуды с разреженным воздухом должны подниматься в воздух. По проекту Франческо Де Лана Терции воздушный корабль должен был состоять из лодки и четырех металлических шаров, из которых  выкачан воздух. Объясните, почему надо считать утверждение Герике и проект  Лана правильными, но неосуществимыми  на практике? Ответ: Утверждения правильны, потому что на шары будет действовать выталкивающая сила воздуха. Неосуществимы эти проекты потому, что вес прочных металлических  шаров, способных выдержать наружное давление воздуха, практически будет больше  выталкивающей силы воздуха, действующей на шары. Задача: Применим ли закон Архимеда к телам сыпучим?  Ответ: Непосредственно применять закон Архимеда к телам сыпучим нельзя, так как  частицы таких тел подвержены трению, которое в жидкостях ничтожно. Закон применим, когда сыпучее тело подвергается сотрясением. Экспериментальная задача: Как измерить плотность пластилина, используя  только мензурку с водой?         Возможный вариант выполнения задания.    Погружаем в сосуд с водой кусок пластилина и измеряем изменение уровня жидкости h1 в сосуде. Изготавливаем из пластилина «кораблик» и пускаем его плавать в сосуде с  водой. Вновь измеряем изменение уровня h2 жидкости. Плотность пластилина находим по формуле:  пл =         Учитель. Приведите  примеры, показывающие, как проявляются архимедовы силы в мире живой природы.        Ответ: Плотность многих животных и растений, живущих в воде, мало отличаются  от плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на водные организмы  (например, на рыб), или равна их силе тяжести, или лишь немного меньше. Поэтому все  приспособления, служащие для противодействия силам тяжести, у них либо  отсутствуют, либо имеют рудиментарный характер. Например, конечности  глубоководных раков очень слабы и имеют непомерную длину.    Стебли подводных растений, несмотря на чрезвычайную гибкость и длину,  достигающую иногда 60 м и нередко превышающую поперечные размеры в сотни и тысяч  раз, тем не менее сохраняют в воде вертикальное положение благодаря силам Архимеда.  пл =  жSh2/ Sh1 =  жh2/h1. m V Увеличению плавучести способствуют также крупные воздушные пузыри, заключенные у  некоторых водорослей в концах стеблей и играющие роль поплавков.       VI. Подведение итогов урока.        Выставление оценок в журнал.  VII. Домашнее задание.       1. Экспериментальная задача: Определить плотность картофелины. Оборудование: картофелина средних размеров, банка с водой, измерительный цилиндр,  навески поваренной соли по 5 г, стеклянная палочка.         Возможный вариант выполнения задания.       Постепенно добавляя навески соли в воду, необходимо добиться всплытия  картофелины. В этом случае плотность раствора и картофелины одинаковы. Зная  первоначальную массу воды, массу растворенной соли и измерив с помощью  измерительного цилиндра объем получившегося раствора, можно определить его  плотность. 3  кипятком, 2 –        2. Опыт за столом. Растворите в стакане, наполненном на  4 3 кусочка сахару. У поверхности жидкости поместите наклонно чайную ложку и на нее лейте тонкой струйкой крепкий чай. Золотистый слой чая будет  находиться поверх подслащенного кипятка, не смешиваясь с ним. Почему? Ответ: Это объясняется различием в плотности сладкой воды и чая.       3. Три банки и три картофелины. Приготовьте три примерно одинаковые   небольшие картофелины, три полулитровые банки, поваренную соль, сосуд с  водой. В первую банку налейте воды, а во вторую – очень крепкий рассол. Третью  банку до половины наполните крепким рассолом, а поверх него осторожно  налейте чистой воды, так, чтобы жидкости не смешивались. Положите во все  три банки по картофелине. Как расположатся картофелины? Почему?      Ответ: Плотность картофеля зависит от содержания крахмала и приблизительно  равна 1,1г/см³, то есть больше, чем у чистой воды, и в ней картофелина тонет. Крепкий  рассол имеет плотность больше. Чем у картофеля, и в нем картофелина плавает. В  третьей банке картофелина находится приблизительно на границе рассола и чистой воды.                                   Литература: 1. А.В. Перышкин, Физика 7класс: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.:  Дрофа, 2015. 2. М.Е. Тульчинский, «Качественные задачи по физике», Москва, «Просвещение», 1976 3. М. Н. Ергомышева – Алексеева, «Физика – юным», М., «Просвещение», 1969. 4. Ю.Я. Иванов, «Творческие экспериментальные задания по физике для 7­9 классов»,  Чебоксары, 2011. 5. В. И. Лукашик, «Физическая олимпиада», М., «Просвещение», 1987. 6. Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик, И. М. Гельфгат, «Задачник по физике для основной  школы с примерами решений», 7­9 классы. Под редакцией В.А. Орлова . – М.: Илекса,  2005.   7. Б. Ф. Билимович,  «Физические викторины в средней школе». Пособие для учителей.  Изд. 3­е, перераб. М., «Просвещение», 1977.