Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Этап освоение нового материала

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Действие жидкости и газа на погруженное в них тело Физика, 7 класс Плуталов С.Н. учитель физики МОУ Мальчевской СОШ

Повторение Как распределяется давление внутри жидкости под действием силы тяжести? Чем объясняется увеличение давления жидкости с глубиной? Как распределяется давление в жидкости на одном и том же уровне?

Как действует жидкость или газ на погруженное в них тело? Ответ на вопрос поможет понять, как и почему плавают или тонут тела, как обеспечивается плавучесть кораблей и полет аэростатов.

Впервые данную задачу поставил и решил великий древнегреческий ученый Архимед. http://allbiograf.ru/nauka/matematiki/41-archimedes

Без сомнения, всё наше знание начинается с опыта. (Кант Иммануил) Вес тела в воздухе и вес того же тела в воде отличаются друг от друга. Следовательно, в воде возникает сила, уменьшающая вес тела. Эту силу называют выталкивающей.

Причина возникновения выталкивающей силы На погруженное в жидкость тело действуют силы давления воды. В каждой точке тела они направлены перпендикулярно к его поверхности. С увеличением глубины возрастает гидростатическое давление. Поэтому на нижние участки поверхности тела будет действовать большая сила, чем на верхние. Равнодействующая всех этих сил называется выталкивающей (или архимедовой) силой.

Выталкивающая сила всегда направлена вертикально вверх.

1.Чему равна сила давления жидкости, действующая на верхнюю грань? Куда направлена эта сила? 2. Чему равна сила давления жидкости, действующая на нижнюю грань? Куда направлена эта сила? Выталкивающая сила равна весу воды в объеме тела, погруженного в жидкость.

F выт = Р жидк

Подумай и ответь! Н а рычаге уравновешены разные по объему бруски. Нарушится ли равновесие рычага, если бруски опустить частично в керосин? ^ 1) Перетянет больший по объему брусок; 2) перетянет меньший по объему брусок; 3) равновесие не нарушится; 4) все зависит от уровня погружения.

Собака-водолаз легко вытаскивает тонущего из воды, но на берегу не может сдвинуть его с места. Значит ли это, что на суше на человека действует меньшая сила тяжести, чем в воде? Генерал нырнул в жидкость солдатиком и подвергся действию вы­талкивающих сил. Можно ли утверждать, что жидкость вытолкала генерала в шею? Пожилые греки рассказывают, что Архимед обладал чудовищной си­лой. Даже стоя по пояс в воде, он легко поднимал одной левой рукой массу в 1000 кг. Правда, только до пояса, выше поднимать отказывался. Могут ли быть правдой эти россказни?

Домашнее задание: П.48 вопросы на стр.117 №574,№529

http://www.schoolexpert.ru/public?id=285 http://allbiograf.ru/nauka/matematiki/41-archimedes Учебник «Физика - 7» А.В.Перышкина

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Разработка урока физики в 7 классе. Тема:Действие жидкости и газа на погруженное в них тело.

Урок физики в 7 классе. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Урок исследование. Работа в группах....

Методическая разработка урока физики в 7 классе: «Действие жидкости и газа на погруженное в них тело».

Основная дидактическая цель урока- сформировать новые знания и опыт самостоятельной деятельности.По способу проведения - сочетание различных активных форм учебной деятельности. По форме проведения - у...

469. Почему металлический корабль плавает в воде, а металлический гвоздь тонет?
Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равна весу судна в воздухе или силе тяжести, действующей на судно.

470. Как изменяется положение ватерлинии судна при его загрузке?
Ватерлиния приблизится к воде поскольку вес судна увеличился.

471. Как изменится осадка судна при переходе из реки в море?
Ватерлиния поднимется над поверхностью воды поскольку плотность морской воды выше, чем пресной.

472. В склянку налили ртуть, воду и керосин. Как расположатся в склянке эти жидкости?
По мере уменьшения плотностей: ртуть-вода-керосин.

473. В банку с ртутью уронили железную шайбу. Потонет шайба или будет плавать на ртути?
Не потонет, т.к. плотность железа меньше плотности ртути.

474. На рисунке 64 изображен деревянный брусок, плавающий в двух разных жидкостях. В каком случае жидкость имеет большую плотность? Одинакова ли сила тяжести, действующая на брусок? В каком случае архимедова сила больше?

Плотность жидкости б) больше, поскольку сила Архимеда, действующая на тело больше.

475. Поплавок со свинцовым грузилом внизу опускают сначала в воду, потом в масло. В обоих случаях поплавок плавает. В какую жидкость он погружается глубже?
В масло поплавок погрузится глубже, поскольку его плотность меньше плотности воды.

476. Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости (рис. 65).

477. Какие силы действуют на тело, когда оно всплывает на поверхность жидкости (рис. 66)? Покажите их стрелками в масштабе.

478. Изобразите стрелками силы, действующие на тело, когда оно тонет (рис. 67).

479. На одну сторону коромысла весов подвесили свинцовый свиток, на другую – кусок стекла равной массы. Сохранится ли равновесие, если и свинец и стекло целиком опустить в воду? Если нет, то какое плечо перетянет?
Равновесие не сохранится. Плечо с телом меньшего объема, т.е. со свинцом перетянет, т.к. сила Архимеда действующая на него будет меньше.

480. К коромыслу весов с двух сторон подвесили два одинаковых латунных грузика по 2 г и опустили один грузик в воду, а другой – в спирт. Какой грузик перетянет?
Грузик опущенный в жидкость с меньшей плотностью (т.е. спирт) перетянет.

481. На электронные весы поставили рядом банку с водой и деревянный брусок. Изменится ли показание весов, если брусок поместить в банку с водой, где он будет плавать?
Показания весов уменьшатся, т.к. на брусок будет действовать сила Архимеда.

482. Благодаря какому физическому закону рыбы могут, сжимая плавательный пузырь, подниматься и опускаться в воде?
Благодаря закону Архимеда.

483. На груди и спине водолаза помещают тяжелые свинцовые пластинки, подошвы башмаков также делают свинцовыми. Для чего это делается?
Чтобы вес водолаза был больше силы Архимеда действующей на него.

484. Пустая, плотно закрытая металлическая банка, почти целиком погружаясь в воду, в холодной воде плавает, а если воду нагреть, то она тонет. Чем объясняется это интересное явление?
Плотность нагретой воды уменьшается, следовательно и уменьшается сила Архимеда, действующая на банку.

485. Мраморный шар объемом 20 см3 уронили в реку. В какой силой он выталкивается из воды?

486. С какой силой выталкивается керосином кусок стекла объемом 10 см3 ?

487. Каков объем погруженного тела, если оно выталкивается водой с силой в 50 Н?

488. Какой объем воды вытесняет корабль, если на него действует выталкивающая сила 200 000 кН?

489. С какой силой человек будет выталкиваться из морской воды, если в пресной воде на него действует выталкивающая сила, равная 686 Н?

490. Определите вес в пресной воде 1 см3 меди.

491. Каков вес железа объемом 1 см3 в чистой воде?

492. Определите, сколько весит в воде стеклянный кубик объемом 1 см3 .

493. Пустой металлический шар весом 3 Н (в воздухе) и объемом 1200 см3 удерживают под водой. Останется ли шар под водой, если его отпустить? Какой величины требуется сила, чтобы удержать его под водой?

494. Кусок гранита объемом 5,5 дм3 и массой 15 кг целиком погружен в пруд. Какую силу необходимо приложить, чтобы держать его в воде?

495. Глыба мрамора объемом 1 м3 лежит на дне реки. Какую силу необходимо приложить, чтобы приподнять ее в воде? Каков ее вес в воздухе?

496. Каков вес в речной воде мраморной плиты, вес которой в воздухе 260 Н?

497. Какое натяжение испытывает трос при подъеме со дна озера гранитной плиты объемом 2 м3 ?

498. Колодезное железное ведро массой 1,56 кг и объемом 12 л опускают в колодец. Какую силу нужно приложить, чтобы поднять полное ведро в воде? Над водой? Трение не учитывать.

499. Какова плотность предмета, если его вес в воздухе 100 Н, а в пресной воде 60 Н?

500. Стеклянная пробка весит в воздухе 0,5 Н, в воде 0,32 Н, в спирте 0,35 Н. Какова плотность стекла? Какова плотность спирта?

501. Вес мраморной фигурки в воздухе 0,686 Н, а в пресной воде 0,372 Н. Определите плотность фигурки.

502. Гирька массой 100 г в пресной воде весит 0,588 Н, а в неизвестной жидкости 0,666 Н. Какова плотность неизвестной жидкости? Что это за жидкость?

503. Найдите плотность спирта, если кусок стекла весит в спирте 0,25 Н, в воздухе 0,36 Н, в воде 0,22 Н.

504. Стеклянная пластинка при погружении в чистую воду стала легче на 49 мН, а при погружении в керосин – на 39 мН. Какова плотность керосина?

505. Плот площадью 600 м2 после загрузки осел на 30 см. Найдите массу груза, помещенного на плот.

506. На паром длиной 5 м и шириной в 4 м заехал грузовик, в результате чего паром погрузился в воду на 5 см. Какова масса грузовика?

507. Найдите массу воды, вытесненной кораблем водоизмещением 50 000 т.
Масса воды равна водоизмещению, т.е. 50 000 т.

508. Прямоугольный паром длиной 10 м и шириной 4 м при загрузке осел на 75 см. Найдите массу груза.

509. Масса танка-амфибии около 2 т. Каков должен быть объем погруженной в воду части танка, чтобы танк мог плавать в воде?

510. Брусок из пробкового дерева, плотность которого 25 г/ см3 , плавает в пресной воде. Какая часть бруска погружена в воду?

511. По реке плывет бревно. Какая его часть погружена в воду, если плотность дерева 0,5 г/см3 ?

512. Что больше: подводная или надводная часть льдины, если плотность льда 0,9 г/ см3 ?

513. Глубина лужицы 2 см. Будет ли плавать в этой воде сосновый кубик, сторона которого равна 7 см? Будет ли плавать в этой лужице дощечка, массой равная кубику, толщиной 2 см?

514. Какую массу груза удержит в речной воде пробковый спасательный круг массой 12 кг?

515. Почему ребенок массой 30 кг свободно держится на воде в надувных нарукавниках, объем которых всего лишь 1,5 дм3 ?

516. Круглая железная дробинка массой 11,7 г соединена с пенопластовым кубиком массой 1,2 г. Всю систему полностью погрузили в воду. Общий вес в воде 6,4 ·10-2 Н. Какова плотность пенопласта?

517. Кусок воска весит в воздухе 882 мН. Воском облепили шарик и погрузили в воду. Вес всей системы в воде 98 мН. Определите плотность воска, если вес шарика в воде 196 мН.

518. К куску парафиновой свечи массой 4,9 г привязали шайбу, которая весит в воде 98 нМ. Общий вес плотностью погруженной в воду системы 78,4 мН. Найдите плотность парафина.

519. С какой выталкивающей силой действует воздух на тело объемом в 1 м3 при 0°С и нормальном атмосферном давлении?

523. В 1933 г. был построен дирижабль В-3, имеющий объем 6800 м3 . Какова подъемная сила этого дирижабля, если его наполняли водородом?

524. Один из первых конструкторов управляемого аэростата Сантос Дюмон построил шал объемом в 113 м3 и массой со всем оборудованием 27,5 кг. Шар был наполнен водородом. Мог ли на таком шаре подняться Сантос Дюмон, если его масса была равна 52 кг?

525. Может ли наполненный водородом воздушный шар объемом 1500 м3 поднять трех пассажиров массой по 60 кг каждый, если оболочка шара и гондола вместе имеют массу 250 кг?

526. В 1931 г. профессор Пикар на специально построенном аэростате поднялся на высоту 16 км. На этой высоте барометр показал давление 76 мм. рт. ст. Гондола аэростата, где помещался Пикар, была сделана из дюралюминия и плотно закрыта. Давление внутри гондолы все время оставалось равным 1 атмосфере (1 атм=760 мм.рт.ст.=1013 гПа.) Вычислите давление на 1 см2 стенки гондолы изнутри и снаружи.

Разработки уроков (конспекты уроков)

Линия УМК А. В. Перышкина. Физика (7-9)

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

7 «а» класс, физика, урок № 46/14.

Тема: Действие жидкости и газа на погруженное в них тело.

Урок относится к III главе учебника «Физика 7 класс», автор А.В.Перышкин, тема главы «Давление твердых тел, жидкостей и газов». Урок завершает цепь изучаемых понятий по теме, подводит учащихся к пониманию закона Архимеда и его роли в жизни и технике.

Цель урока – обнаружить наличие силы, выталкивающей тело из жидкости и газа; выяснить причину ее возникновения; определить от каких величин зависит данная сила.

Эксперимент и демонстрации: наблюдение всплывания деревянного бруска при его погружении в воду, определение сопротивления при пробе удержания деревянного бруска под водой обнаружение уменьшения веса тела при погружении его в жидкость; демонстрация действия силы, выталкивающей тело из газа.

Планируемые результаты: метапредметные – быстро читать текст и правильно понимать его содержание, планировать время работы, овладеть регулятивными ууд на примере выдвижения гипотез и их экспериментальной проверки, развивать монологическую речь, умение участвовать в диалоге.

Личностные – развивать практические умения и самостоятельность в приобретении знаний, формировать уважительное отношение к себе и окружающим, оценивать свою результативность, развивать инициативу.

Общие предметные – использовать методы научного познания, применять полученные ранее знания в новых условиях, проводить наблюдения и правильно их описывать, обнаруживать в наблюдениях и экспериментах зависимости, устанавливать факты и делать выводы, четко и конкретно отвечать на вопросы.

Частные предметные – понимать смысл равнодействующей силы, уметь ее определять, понимать смысл закона Паскаля, уметь его применять, использовать полученные знания о силе, давлении, использовать полученные новые знания для выбора примера применения их в жизненной ситуации, в технике, уметь видеть пользу и вред нового закона.

Оборудование: для индивидуальной и парной фронтальной практической работы: штатив, стакан с водой, брусочек деревянный и пластмассовый, тело на нити, динамометр; для демонстрации - яйцо, соль и сосуд с водой; два одинаковых воздушных шарика, один из которых заполнен гелием, второй воздухом;

Примерный текст урока

1 этап

Учитель: Здравствуйте, рада вас видеть. Присаживайтесь, проверьте все ли готово к началу нашей с вами работы: красный карандаш для проверки заданий, ручка, тетрадь. Посмотрите, сегодня на столах оборудование для практической работы и карточки с заданиями, значит, работа будет насыщенной и интересной. Кто сидит один, работает индивидуально, вдвоем – работают в паре.

Учащиеся – проверяют готовность, просматривают приготовленные к уроку принадлежности, показывают готовность к работе.

2 этап

Учитель: Проверим правильность выполненного дома теста, пары поменяйтесь тетрадями, тот кто один, проведет самопроверку. На экране правильные ответы первого и второго варианта. Приступайте.

Учащиеся проводят само- и взаимопроверку.

Учитель – Теперь каждый посмотрите свои ошибки, подумайте, почему был сделан неправильный выбор, соотнесите задание с правильным ответом. Кто выполнил задание правильно, ставит себе 1 балл (смайлик, звездочку или любую другую отметку безошибочно выполненного задания), накапливая их для отметки в конце урока.

Учащиеся проводят быструю коррекцию знаний.

3 этап

Учитель: Чтобы выяснить, какую проблему мы будем решать, я попрошу вас подумать над таким вопросом: почему собака – спасатель легко перетаскивает тонущего человека в воде и с трудом делает это на суше? Не торопитесь, обсудите тихонько, внимательно послушайте товарища и себя. И тогда дайте ответ.

(Если класс хорошо читает, и вы применяете на уроках работу с текстовым материалом, то можно использовать тексты из художественной литературы, предложив учащимся найти в них явление, так или иначе, описываемое во всех текстах, озвучить его и попробовать объяснить).

Учащиеся обсуждают, выдвигают гипотезы (вода выдавливает, в воде всегда легче, вода выталкивает и т.д.), учитель фиксирует их на доске.

4 этап

Учитель: Слова «выдавливает, выталкивает» в русском языке обозначают…

Учащиеся: Глаголы, а глагол означает - действие.

Учитель: Правильно. А в физике действие называют…

Учащиеся: Силой

Учитель: Итак, сформулируйте, что мы с вами будем сегодня изучать.

Учащиеся приходят к формулировке «действие жидкости на помещенные в нее тела.

Учитель: Но только ли жидкости выталкивают? Отпускает припрятанный до этого времени шарик, наполненный гелием.

Учащиеся: Воздух тоже выталкивает, а воздух – это газ, поэтому к теме необходимо добавить «в жидкостях и газах»

У учителя на доске начало блок – схемы, учащиеся записи не делают, не отвлекаются на это, т.к. скоропись у всех разная и слуховая память тоже. Если работать в системе, то дети знают о том, что учитель готовит такие схемы к уроку.

5 этап

Учитель : Как вы думаете, если вода действует некой силой, следовательно, мы о ней должны знать…

Учащиеся: Точку приложения, направление, формулу, показывающую, от чего она зависит и чтобы посчитать значение силы.

Учитель: Молодцы! Предлагаю провести на местах несколько экспериментов, которые подтвердят присутствие силы и, возможно помогут предположить от каких величин она зависит. Эксперимент 1 – пузырек воздуха из пипетки в стакан с водой. Эксперимент 2 – бросить деревянный брусочек в стакан с водой, наблюдать, попробовать поместить его под воду пальцем руки.

Учащиеся проводят опыты, делают выводы о том, что наблюдают подъем пузырька из воды, что брусочек, утонувший при падении в воду, всплывает, что вода сопротивляется помещению бруска под воду. Получают первое подтверждение – сила есть.

Учитель: теперь в воду опустите пластмассовый брусочек.

Учащиеся: Он тяжелый, поэтому утонул, сила тяжести действует.

Учитель: А на деревянный брусок или пузырек не действовала?

Учащиеся понимают, что сила тяжести действует на все тела, обсуждают проблему, приходят к выводу, что сила тяжести просто больше выталкивающей, среди детей будут и те, кто первый свяжет это и с плотностью дерева, пластмассы, воды.

Учитель: Подтвердим, что на тела, плотнее, чем вода выталкивающая сила все – таки действует. Подвесьте к динамометру цилиндр, посмотрите, сколько он весит в воздухе. Затем, не снимая его с динамометра, погрузите его в жидкость.

Учащиеся проводят эксперимент и отмечают уменьшение показаний прибора. После чего учитель просит понаблюдать, как выглядят показания, если часть цилиндра помещена в воду и весь помещен в жидкость, дети отмечают увеличение силы при полном погружении.

Далее учитель показывает, что воздушный шарик, наполненный обычным воздухом, не взлетает, а падает на пол. После чего демонстрирует эксперимент с сырым яйцом и водой, в которую потом добавляет соль. Учащиеся наблюдают, выдвигают предположения.

Учитель предлагает обсудить выводы и предложить величины, от которых зависел результат действия силы, так как правильные идеи уже звучали. В результате обсуждения приходят к правильному выводу, что величина выталкивающей силы зависит от плотности жидкости, объема тела.

Физкульт – пауза

Учитель: Теперь, набравшись сил, вспомним, что гипотеза и эксперименты должны найти подтверждение, поэтому нам предстоит побыть физиками - теоретиками и определить формулу выталкивающей силы. Для этого нам будет необходимо умение применять закон паскаля, знание формул для расчета давления через давящую силу и площадь поверхности и давления жидкости. Для удобства в жидкость поместим тело правильной формы в виде параллелепипеда. Его верхняя грань располагается на глубине h1нижняя – на глубине h 2 , высота ребра - h.

Учитель начинает формировать на доске вторую часть блок – схемы, учащиеся - наблюдают. Если и пользуются карточкой с блок-схемой, это не плохо, не является подсматриванием, а помогает, т.к учащиеся седьмого класса еще не очень сильны в выводах формул с заменой одной буквенной величины другими. Поэтому разделение на блоки, выделение разным цветом, помогает сложным для этого возраста соединениям формул. Кром того, учащиеся должны оперировать понятием «равнодействующая», уметь ее находить, помнить формулу плотности и знать математическую формулу расчета объема, уметь выносить общий множитель за скобки. Опираясь на знания учащихся, учитель выводит формулу, определяющую зависимость выталкивающей силы от плотности жидкости, объема тела и ускорения свободного падения. Учитель демонстрирует последний эксперимент, когда брусок крепится натертой парафином гранью к сосуду и не всплывает при заполнении сосуда с водой. Обсуждение данного опыта приводит к пониманию необходимости существования между водой и поверхностью водяной прослойки для всплытия тела.

(Вывод формулы имеется в блок – схеме и здесь не приводится)

6 этап

На доске сформирована блок – схема объяснения, по которой учитель повторяет весь объем материала еще раз без проведения экспериментов, затем предлагает учащимся открыть лист со схемой у себя и проговорить объяснение товарищу, сначала один, потом другой. (дети должны уметь пользоваться методом «тихого опроса и контроля», если нет, учитель контролирует громкость проговаривания). Учитель, перемещаясь по классу, контролирует правильность проговаривания, помощь товарищей, решает возникшие вопросы тихим пояснением.

Если класс работает быстро и есть время, то можно закрепить пройденный материал работой в тетради, выполнив задания 50.1 и 50.3 (в том случае, когда тетради на закуплены, учитель готовит карточки), проверяют правильность ответа, получают баллы. Таким образом, учебный материал за урок повторяется неоднократно, что приводит к лучшему запоминанию темы на уроке.

7 этап

Учитель: Мы много сделали на уроке, теперь можем посмотреть- все ли мы выполнили, что планировали, можем ли мы ответить на вопросы подобные проблеме, поставленной в начале урока, и как правильно на него ответим. Конечно, отметим того, кто хорошо и активно работал, назову тех, кого могу поощрить я, прошу вас высказать свое мнение о своей работе и работе друзей, за что поощряете себя и их, результатом станет отметка за урок.

Учащиеся проговаривают, что хорошо было у них, а что у товарищей, ставятся баллы, обсуждаются отметки.

8 этап

Учитель: мы хорошо проработали тему, поэтому параграф № 50 учебника, прочитать, посмотреть, возможно, есть еще интересные факты в тексте. Как обычно составить свои вопросы по тексту для последующего опроса товарищей. Так же у нас остался еще один блок в схеме – «вред – польза – применение», дома вам предстоит его заполнить. Это дополнительно к параграфу и работе в тетради, а так же на отметку, по выбору предлагаю переложить блок – схему в опорный конспект, наиболее удачный пойдет в нашу копилку достижений.

Учитель благодарит учащихся за работу на уроке.

Замечания: к данному уроку учащиеся должны «знать-понимать» и уметь определять; равнодействующую силу, знать обозначения физических величин, таких как - «давление, сила, площадь, высота, ускорение свободного падения, масса, вес, объем», единицы измерения физических величин, расчетные формулы давления, давления жидкости и газа на дно и стенки, веса, массы через плотность и объем, математическую формулу расчета объема тела правильной формы; уметь производить замену физических величин; иметь навыки определения делимого, делителя, выносить за скобки общий множитель.

Дополнение: Если в классе есть учащийся с ОВЗ, тьютор ребенка получает маршрутную карту, которая в основе повторяет технологическую

Перед уроком учитель консультирует куратора учащегося, о том где нужно помочь, что проконтролировать. В течение урока, на этапах самостоятельной работы учащихся, подходить к данному ребенку для оказания поддержки, помощи, поощрения.

Если ребенку нет необходимости в тьюторе, то с ним можно посадить сильного учащегося, который успевал бы работать качественно сам и оказывал помощь товарищу до момента, когда освободится учитель. Карточки такому ребенку выполняются немного большим шрифтом, для уменьшения времени работы (такой учащийся не должен отставать от коллектива), желательно слова для выбора выделить каким – либо образом в тексте, но так, чтобы выбор не был уж очень явным.

Домашнее задание ему дается на отдельном листе с комментариями по выполнению, указанными страницами, приведенным учителем примером, выполнение контролируется.

§ 1 Действие жидкости и газа на погружённое в них тело

Рассмотрим, что происходит с телом, погруженным в жидкость или газ. Поставим небольшой опыт. Измерим вес металлического цилиндра в воздухе и в воде. Для этого подвесим цилиндр к динамометру. При этом пружина динамометра растягивается до тех пор, пока вес цилиндра и сила упругости пружины не уравновесятся. Отметим, где находится указатель динамометра. Теперь опустим цилиндр в стакан с водой так, чтобы цилиндр полностью погрузился в воду. Мы увидим, что пружина немного сжимается, указатель динамометра будет находиться выше, чем отмеченное значение веса в воздухе.

Итак, вес тела в воде меньше, чем его вес воздухе. Как объяснить этот опыт?

Известно, что в жидкостях и газах существует давление. По закону Паскаля жидкости и газы оказывают давление во всех направлениях, и это давление зависит только от плотности жидкости и высоты столба жидкости.

Рассмотрим силы, действующие на погруженный в воду цилиндр. На боковые стороны цилиндра действуют равные силы, под действием которых тело сжимается. А силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани, не будут равны, так как грани находятся на разной глубине. На верхнюю грань с силой F1 давит столб воды высотой h1 , и эта сила направлена вниз. На нижнюю грань с силой F2 действует столб воды высотой h2 , направленная вверх. Так как нижняя грань находится глубже, то модуль силы F2 больше модуля силы F1 , поэтому тело выталкивается из жидкости с силой, равной разности этих сил: Fвыт = F2 - F1

Чему равна выталкивающая сила?

площади верхней и нижней граней равны: S1 = S2 = S.

Давление жидкости определим по формуле p = gρh, где ρ - плотность жидкости. Получим:

F2 = p2 S2 = gρh2 · S;

F1 = p1 S1 = gρh1 · S;

Fвыт = F2 - F1 = gρh2 · S - gρh1 · S = gρS · (h2 - h1) = gρS · h, гдеh - высотацилиндра.

Произведение площади основания на высоту есть объем цилиндра: S · h= V .

ТогдаFвыт = g · ρжидкости · Vтела

§ 2 Закон Архимеда

Объем погруженного тела равен объему вытесненной жидкости. Тогда произведение плотности жидкости на объем равно массе жидкости m = ρ · V, а произведение массы жидкости на коэффициент тяжести есть вес жидкости: P = m · g.

Следовательно, Fвыт = gm = Pжид: выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме погруженного в нее тела.

Проверим это утверждение экспериментально. Для проведения опыта возьмем ведерко, называемое ведерком Архимеда, металлический цилиндр, отливной сосуд, стакан и динамометр. В ведерко Архимеда нальем воду, подвесим к динамометру, к ведерку подвесим цилиндр (рис. а). Динамометр покажет вес цилиндра вместе с ведерком. Опустим цилиндр в отливной сосуд, наполненный водой до уровня отливной трубки. При этом часть воды из отливного сосуда выльется в стакан. В воде на цилиндр действует выталкивающая сила, поэтому вес цилиндра уменьшается и пружина динамометра сжимается (рис. б).

Выльем в ведерко Архимеда вытесненную воду. Мы увидим, что указатель цилиндра вернется в прежнее положение (рис. в, г). Опыт доказывает, что выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости.

Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют архимедовой силой в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.

Архимедова сила (обозначается буквой FА) действует на тело, погруженное в жидкость или газ, и направлена вертикально вверх, то есть противоположно силе тяжести

Выясним, от чего зависит величина архимедовой силы. Возьмем два динамометра, одинаковые по объему цилиндры из разных металлов - алюминиевый и стальной, одинаковые по массе цилиндры из алюминия и стали, два стакана: в первый стакан нальем чистую воду, во второй - соленую воду.

Первый опыт (рис. 1.): измерим вес стального цилиндра в чистой воде и в растворе соли, заметим, что во втором случае вес тела окажется меньше, то есть тело сильнее выталкивается из жидкости с большей плотностью.

Второй опыт (рис. 2.): измерим вес одинаковых по массе цилиндров из алюминия и стали в чистой воде. Масса цилиндров одинакова, но плотность стали больше плотности алюминия, значит, его объем меньше. При погружении в воду в весе больше теряет цилиндр большего объема.

Третий опыт (рис. 3.): взвесим алюминиевый и стальной цилиндры равного объема сначала в воздухе, затем в воде, увидим, что при погружении оба цилиндра теряют в весе одинаково.

Результаты этих опытов еще раз убеждают нас в том, что:

Объем жидкости, вытесненной погруженным телом, равен объему этого тела

Vвыт. жидкости= Vтела

Архимедова сила, выталкивающая тело из жидкости, равна весу вытесненной жидкости в объеме этого тела: FА = Pжидкости

Вес тела, погруженного в жидкость, уменьшается на столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ): Pтела в жидкости = mg - Pвыт. жидкости

Архимедова сила зависит только от плотности жидкости и объема погруженного тела (объема погруженной части тела): FА = gρжидVтелаи не зависит от плотности и формы погруженного тела.

Известно, что закон Паскаля применим и к газам. Поэтому на тело, погруженное в газ, также действует выталкивающая сила. Именно под действием выталкивающей силы воздушный шар поднимается вверх.

§ 3 Краткие итоги по теме урока

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, которая называется архимедовой силой в честь древнегреческого ученого Архимеда.

Архимедова сила равна весу вытесненной жидкости в объеме этого тела: FА = Pжид.

Архимедова сила действует на погруженное в жидкость или газ тело, направлена противоположно силе тяжести (вертикально вверх) и определяется по формуле

FА =gρжидкостиVтела

Архимедова сила зависит только от плотности жидкости и объема погруженного тела (объема погруженной части тела).

Вес тела, погруженного в жидкость или газ, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ): Pтела в жидкости = mg - Pжидкости

Список использованной литературы:

1. Волков В.А. Поурочные разработки по физике: 7 класс. – 3-е изд. – М.: ВАКО, 2009. – 368 с.
2. Волков В.А. Тесты по физике: 7-9 классы. – М.: ВАКО, 2009. – 224 с. – (Мастерская учителя физики).
3. Кирик Л.А. Физика -7. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. М.: Илекса, 2008. – 192 с.
4. Контрольно-измерительные материалы. Физика: 7 класс / Сост. Зорин Н.И. – М.: ВАКО, 2012. – 80 с.
5. Марон А.Е., Марон Е.А. Физика. 7 Дидактические материалы. – М.: Дрофа, 2010. – 128 с.
6. Перышкин А.В. Физика. 7 класс - М.: Дрофа, 2011.
7. Тихомирова С.А. Физика в пословицах и поговорках, стихах и прозе, сказках и анекдотах. Пособие для учителя. – М.: Новая школа, 2002. – 144 с.
8. Я иду на урок физики: 7 класс. Часть III: Книга для учителя. – М.: Издательство «Первое сентября», 2002. – 272 с.

Использованные изображения:

Тип урока: . объяснение нового материала.

Задачи урока:

• Повторить изученный ранее материал;
• Подготовить учащихся к восприятию нового материала «Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Архимедова сила» - от понятия к умению;
• Выяснить причину возникновения выталкивающей силы;
• Вывести формулу для расчета и придти к методам определения силы Архимеда на практике;
• Исследовать зависимость этой силы от различных параметров, и каким образом определить недостающие параметры;
• Закрепить изученный материал при решении качественных задач, с последующей проверкой на опыте, способствовать развитию практических навыков, умению анализировать, обобщать, применять ранее изученное в новой ситуации.

Основные вопросы урока:

• Давление в жидкости и газе.
• Сила давления.
• Действие жидкости и газа на погруженное в них тело.
• Умение находить силу Архимеда различными способами.
• Исследовать зависимость силы Архимеда от параметров.
• Умение применить полученные знания при решении качественных задач и проверить правильность решения на опыте.

Средства обучения: ведерко Архимеда, сосуд с отливом, динамометр демонстрационный, штатив, тела одинакового объема и одинаковой массы, сосуд с водой, весы, разновесы, 2 одинаковых стакана, мерный цилиндр, линейка, динамометр Бакушинского.

План урока:

I. Повторение

II. Демонстрация и новый материал

1) Проблема: почему теннисный мячик выскочил из воды? Ответ: вода вытолкнула

2) Почему в воде можно поднять тяжелый предмет, который на суше поднять не под силу? (Вода помогает)
Таким образом получается, что на тело погруженное в жидкость действует сила давления со стороны жидкости, которая направлена?.. Вверх!
Попытаемся выяснить теоретически, почему эта сила возникает. Для этого рассмотрим тело в виде прямоугольного параллелепипеда, погруженное в жидкость и сделаем соответствующий рисунок.

S – площадь верхнего и нижнего оснований
h 1 – высота столба жидкости над верхней гранью
h 2 – высота столба жидкости на уровне нижней грани
р 1 – давление столба жидкости сверху
р 2 – давление столба жидкости на уровне нижней грани
F 1 – сила давления жидкости на верхнюю грань
F 2 – сила давления жидкости на нижнюю грань

Результирующая этих сил направлена в сторону большей силы F 2 , т.е. вверх. Это и есть выталкивающая сила, которую еще называют силой Архимеда.

F Арх = F вытал = F 2 – F 1

Таким образом, стало понятно, почему теннисный мяч выскочил из воды. Но ведь жидкость действует на тело со всех сторон, т.е. действует и на боковые грани, но эти силы сжимают тело, деформируют его и их действие не вызывает движения тела вверх. Таким образом, мы доказали существование выталкивающей силы, как результирующей, действующей на тело, погруженное в жидкость и определили ее направление: вертикально вверх. С теннисным шариком – все понятно. А почему тяжелые предметы легче в жидкости, в частности в воде? Рассмотрим силы, действующие на погруженное в жидкость тело.

Если тело подвешено к динамометру, то он показывает вес тела Р, который численно равен силе тяжести, т.к. тело находится в покое.
Если тело в воздухе, то он покажет вес Р. В жидкости динамометр тоже покажет вес Р 1 , но он будет меньше на величину силы Архимеда Р 1 = Р – F Арх. Чем меньше вес тела в жидкости, тем больше сила Архимеда. Таким образом, силу Архимеда можно определить как разницу веса тела в воздухе и в жидкости.
Таким образом, мы получили первый способ определения силы Архимеда:

Определим F Арх, действующую на цилиндрик: задание выполняют ученики на своих рабочих местах.

Р = 1 Н
Р 1 = 0,65 Н
F Арх = 1 – 0,65 = 0,35 (Н)

Б) Посмотрим еще один опыт и, возможно, вы догадаетесь, как еще можно определить силу Архимеда.

Часть воды после погружения тела вылилась, динамометр стал показывать меньший вес. А теперь вытесненную телом воду перельем в ведерко. Динамометр покажет снова вес этого прибора в воздухе.
– Чему равна сила Архимеда? (Весу вытесненной воды)

Вывод: Сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела; в газе – все аналогично, но там сила Архимеда во много раз меньше.
Ну, а теперь подскажите: как определить силу Архимеда II способом?

Ответ : Собрать жидкость, вытесненную погруженным в нее телом и взвесить.

(II) – Закон Архимеда определим на практике – делает ученик.

Погружаем то же тело в сосуд с отливом, взвешиваем и находим F Арх.
При демонстрации опыта вспоминаем правила взвешивания.

m ж = 0,035 кг
Р ж = m ж *g = 0,35 H
F А = Р ж = 0,35 H

Вывод: Если сравнить силу Архимеда, определенную I и II способами, то видим, что результат один и тот же. II способом можно определить F Арх если нет динамометра, но есть весы.

В) Но II способ позволяет определить F Арх еще одним способом. Мы получили, что

F Арх = Р вытесн.жидкости = Р ж
Р ж = m ж * g = ж * V тела * g

Таким образом, V ж = V тела (III). Эта формула является математической записью Закона Архимеда. Значит, если мы знаем в какую жидкость погружаем тело, его объем, то F Арх можно посчитать по этой формуле.

Вопрос : А если объем неизвестен?

Ответ : Если неизвестен объем тела, его можно определить с помощью мерного цилиндра (мы этому учились в I четверти) или с помощью линейки.

Ученики определяют объем все того же тела, предварительно вспомнив формулу объема параллелепипеда.

Вывод: Опять получили тот же результат: 0,35 Н. Таким образом, величина F Арх не зависит от способа ее определения.

III. Закрепление

Задание 1: Одно и тоже тело поместить сначала в воду, а затем в масло. Сравнить F Арх, действующую в этих жидкостях.

Ответ : F Арх в воде больше, чем в масле, т.к. вес тела в воде меньше, чем в масле. Это согласуется с выведенной формулой (1).

Задание 2: Тело погрузить в воду полностью и до половины. Определить F Арх

То же самое, полное совпадение с формулой (1). V 1 > V 2 , F Арх1 > F Арх2

Задание 3: Одинаковые по объему тела из разных материалов погрузить в воду. Определить F Арх. Проверьте I способом.

Вывод: F Арх не зависит от вещества, важен объем тела.

Задание 4: Изобразите графически силу Архимеда, действующую на тела.

IV. Итог урока

– Что мы узнали на уроке?

• познакомились с новой силой – силой Архимеда;
• выяснили, что она результат разной силы давления на тело, погруженное в жидкость, снизу и сверху и направлена вверх;
• научились на практике определять эту силу двумя способами;
• вывели формулу для расчета и выяснили, что F Арх зависит только от плотности жидкости и объема погруженной части тела и не важно, из какого вещества это тело сделано;
• повторили ранее изученный материал: давление, сила давления, масса и как ее выразить через плотность и объем, вес тела;
• закрепили навыки практической работы, полученные ранее: измерение силы динамометром, определение массы тела на рычажных весах, объема тел с помощью мерного цилиндра, вспомнили формулу объема параллелепипеда;
• еще раз убедились, что физика без математики не существует.

V. Домашнее задание

• внимательно прочитать записи, сделанные в тетради;
• прочитать §§ 48, 49;
• упр. 32 (1-3)

– Вы хорошо поработали на уроке. Всем спасибо за сотрудничество!

Литература :

1. А.В. Перышкин, Н.А. Родина «Физика 7», Москва, «Просвещение», 1989 г.
2. М.Е. Тульчинский «Качественные задачи по физике 6-7 кл.», Москва, «Просвещение», 1976 г.
3. Л.А. Кирик «Самостоятельные и контрольные работы по физике. Разноуровневые дидактические материалы 7 класс. Механика. Давление жидкостей и газов», Москва-Харьков, «Илекса «Гимназия», 1998 г.
4. «Контрольные работы по физике в 7-11 классах», дидактический материал, под ред. Э.Е. Эвенчик, С.Я. Шамаша , Москва, «Просвещение», 1991 г.
5. И.С. Шутов, К.М. Гуринович «Физика 7-8. Решение практических задач», учебное пособие, Минск, «Современное Слово», 1997 г.
6. «Модульный внутришкольный контроль на рефлексивной основе по физике», методическое пособие, сост. Е.Ф. Аврутина, Т.Г. Базилевич , Калуга, «Адэль», 1997 г.