Урок - исследование «Действие жидкости на погруженное тело»
Цели: изучить действие жидкости на погруженное тело, экспериментально исследовать зависимость выталкивающей силы от других физических величин, развить навыки самостоятельной работы.
Оборудование: на каждом столе: рычаг, укрепленный на штативе, два стакана с водой, тела одного объема, но разные по массе, поваренная соль, линейка, тела одинаковой массы, но разного объема ( алюминиевый цилиндр и картофелина, предварительно обвязанная ниткой).
Ход урока
- Уважаемые коллеги! Сегодня вы не учащиеся 7 класса, а мои коллеги – физики, исследователи действия жидкости на погруженное тело. Именно этой проблеме посвящена наша научная работа. Процесс научного творчества состоит из звеньев ( написано на доске):
Исходные факты → гипотеза → следствия → эксперимент → исходные факты
Все это звенья процесса научного познания, и мы сегодня вместе в таком процессе поучаствуем.
Не секрет, что предмет нашего исследования для науки не нов, он уже подвергался изучению, а исследователем действия жидкости на погруженное тело был древнегреческий математик и физик Архимед, живший в 287г. до нашей эры. Нам сегодня предстоит «переоткрыть» его закон. Итак, в путь! «Сперва собирать факты и только после этого связывать их мыслью», - советовал нам Аристотель. Прислушаемся к его совету.
1) Демонстрация.
Демонстрируется опыт по растяжению пружины под действием груза, находящегося сначала в воздухе, а затем в воде. В беседе с учащимися выясняется существование выталкивающей силы. Начинается серьезное научное исследование, но сначала ребята самостоятельно ставят перед собой цель: в ходе исследования узнать, от каких физических величин зависит выталкивающая сила. Цель записывается в тетрадь.
2) Выдвижение гипотез.
Учащиеся предполагают, что выталкивающая сила зависит:
- от объема погруженного тела;
- его веса или массы;
- плотности жидкости;
- глубины погружения тела;
- формы тела.
Учителю не следует отбрасывать неверные предположения: каждая из гипотез нуждается в экспериментальной проверке.
Все гипотезы записываются в тетрадь.
3) Экспериментальная работа.
Наш великий соотечественник М.В.Ломоносов говорил: «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением» поэтому подвергнем экспериментальной проверке все наши гипотезы:
А) Проверка зависимости Fвыт от Vтела
Учащиеся подвешивают к рычагу два тела равной массы, но разного объема (цилиндр из алюминия и картофелина), добиваются его равновесия, а затем погружают тела в воду. Наблюдают нарушение равновесия, делают вывод о зависимости Fвыт от Vтела. Делают соответствующие записи в тетради.
Б) Проверка зависимости Fвыт от веса ( или массы) тела.
Учащиеся подвешивают к рычагу два тела одного объема, но разной массы, добиваются его равновесия, а затем погружают тела в воду. Наблюдают: равновесие не нарушилось, следовательно, Fвыт от веса ( или массы) тела не зависит. Результаты отражают в тетради.
В) Проверка зависимости Fвыт от глубины погружения тела в жидкость.
Учащиеся подвешивают к рычагу два одинаковых тела, добиваются его равновесия, погружают тела в воду на разную глубину. Наблюдают: равновесие не нарушилось, делают вывод и записывают в тетрадь.
Г) Проверка зависимости Fвыт от формы тела.
Учащиеся подвешивают к рычагу два тела одинакового объема, но разной формы, добиваются равновесия и погружают в воду. Наблюдают: равновесие не нарушилось. Делают вывод о независимости выталкивающей силы от формы тела, делают записи в тетради.
Д) Проверка зависимости Fвыт от плотности жидкости.
Учащиеся подвешивают к рычагу два одинаковых тела, добиваются равновесия и погружают одно тело в чистую воду, а второе – в насыщенный раствор поваренной соли. Наблюдают: нарушение равновесия, в растворе соли тело выталкивается сильнее. Делают вывод о зависимости силы выталкивания от плотности жидкости.
После экспериментальной проверки всех гипотез учащиеся формулируют вывод о зависимости силы выталкивания от плотности жидкости и объема тела.
4) Вывод формулы выталкивающей силы.
Учитель теоретически выводит на доске формулу выталкивающей силы и обращает внимание учащихся на физические величины, входящие в нее, ребята отмечают полное соответствие теоретических выкладок с результатами только что проведенных экспериментов.
5) Закрепление
- Мы вместе прошли трудный путь от гипотез, догадок, к подлинно научной теории и «переоткрыли» уже известный закон Архимеда. Все цели нашего исследования достигнуты.
А теперь попробуем ответить на веселые вопросы Григория Остера из его книги «Физика»:
1) пожилые греки рассказывают, что Архимед обладал чудовищной силой. Даже стоя по пояс в воде, он легко поднимал одной левой рукой массу в 1000кг. Правда, только до пояса, выше поднимать отказывался. Могут ли быть правдой эти россказни?
2) Почему в недосоленном супе ощипанная курица тонет, а в пересоленном спасается вплавь?
6) Это интересно!
Учитель вместе с учащимися вспоминает об интересных фактах, касающихся изучаемой темы. Например, существует море, в котором нельзя утонуть. Это знаменитое Мертвое море Палестины. Воды его настолько солены, что в них не может жить ни одно живое существо. Утонуть в такой тяжелой жидкости нельзя: человеческое тело легче ее.
Жидкости на тело давят,
Вверх его все поднимают,
При этом силу создают,
Что Архимедовой зовут!
Ее считать умеем мы:
Надо знать лишь вес воды,
Что то тело вытесняет –
Все закон нам объясняет.
Открыл его великий грек,
Ему имя – Архимед!
Рассказывают, что Архимед лежал в ванне и размышлял о том, как узнать, есть ли примесь серебра в золотой короне. Выталкивающую силу человек отчетливо ощущает, принимая ванну. С возгласом «Эврика!» Архимед выскочил из ванны и побежал в комнаты за драгоценной короной, чтобы немедленно определить потерю ее веса в воде.
Большое спасибо, уважаемые коллеги, за совместную работу. Очень надеюсь, что это не последнее наше научное исследование, мы еще не раз прокричим подобно Архимеду: «Эврика!»