“УМОВИ ПЛАВАННЯ ТІЛ”
Урок-експериментальне дослідження
Мета. Вивчити умови плавання тіл на основі поняття про архімедову силу; формувати інтерес до експерименту; розвивати вміння спостерігати, глибоко аналізувати, зіставляти, порівнювати, пояснювати явища; сприяти активізації творчого мислення учнів, пробуджувати в них пізнавальний інтерес; розкрити практичне використання умов плавання тіл у житті людини, природі; виховувати почуття відповідального і бережливого ставлення до природи.
Тип уроку. Урок засвоєння
Обладнання. Посудини з водою, олією, солоною водою, гасом; дерев’яний і пінопластовий бруски однакових розмірів, парафінова кулька, важільні терези, динамометр, прилад “відерце Архімеда”, магнітофонний запис уривків із художніх творів, плакат з рисунками “Відшукай фізичну помилку!”, ігровий кубик, магнітна дошка, таблиця “Птиці на воді”.
Хід уроку
І. Актуалізація чуттєвого досвіду та опорних знань учнів
На попередніх уроках ми познайомились з дією рідини на занурені в неї тіла. А тепер перевіримо, як ви засвоїли цей матеріал.
1. Відповісти на запитання.
–
– Як напрямлена ця сила?
– Від чого залежить ця сила?
– Якщо тіло не повністю занурене у рідину, то як знайти виштовхувальну силу?
– Якими експериментальними способами можна визначити архімедову силу?
2. Експеримент.
Трьом учням даються експериментальні завдання на визначення сили Архімеда трьома різними способами:
A. Визначити виштовхувальну силу, яка діє на дерев’яний брусок при його повному занурені у воду, використовуючи лише лінійку. (Спосіб визначення архімедової сили за знайденим об’ємом тіла і густиною рідини.)
Б. Визначити виштовхувальну силу, яка діє на металевий циліндр, занурений у гас. Обладнання: динамометр, посудина з гасом, металевий циліндр. (Спосіб визначення архімедової сили за різницею показів динамометра при зважуванні тіла повітрі та у рідині.)
B. Яка виштовхувальна сила діє на картоплину, що знаходиться у воді? Обладнання: картоплина, відливна посудина з водою, пусте відерце, динамометр. (Архімедова сила дорівнює вазі рідини, витісненої тілом.)
3. Опитування за плакатом з рисунками “Відшукай фізичну помилку!”. (мал. 1)
Мал. 2.
4. Розв’язування задач із використанням схематичних рисунків. (мал. 2)
Мал. 2.
Учні демонструють формули розв’язків задач за допомогою сигнальних карток і усно розв’язують задачі.
5. Розв’язування експериментальних задач:
А. На шальці терезів зрівноважено склянку з водою. Чи порушиться рівновага терезів, якщо у воду занурити гирю, підвішену на нитці до штатива?
Б. Чи порушиться рівновага терезів, якщо гирю спочатку зрівноважити на терезах разом зі склянкою, наповненою водою, а потім опустити її на нитці у воду?
В. На гачку динамометра висить відерце Архімеда. Чи зміняться покази динамометра, якщо відерце наповнити водою і занурити у воду?
6. Гра “Кубики”.
Учні підкидають кубик і дають відповіді на запитання, написані на його гранях:
– Де легше тримати камінь: у воді чи у повітрі?
– Чи залежить виштовхувальна сила, яка діє на занурене в рідину тіло від глибини його занурення?
– Що легше тримати у воді: брусок заліза масою 1 кг чи шматок дерева такої ж маси?
– Чи однакова сила потрібна, щоб втримати тіло у воді і гасі?
– На який циліндр алюмінієвий чи залізний діє більша виштовхувальна сила у воді, якщо циліндри однакового об’єму?
– Чи діє архімедова сила в стані невагомості?
II. Мотивація навчальної діяльності учнів
Отже, ми знаємо, що на всяке тіло, занурене у рідину, діє виштовхувальна сила. Але чи достатньо ваших знань, щоб пояснити, коли плаває тіло?
(Створюється проблемна ситуація шляхом демонстраційного експерименту.)
Експеримент 1. У склянку з водою опускається залізний циліндр він тоне, опускається дерев’яний брусок він спливає.
Експеримент 2. Опускається парафінова кулька у воду вона спливає, опускається у гас – тоне.
Проблемні запитання:
1. Чому одні тіла тонуть у рідині, а інші в тій же рідині плавають?
2. Чому одне й те ж тіло в одній рідині тоне, а в іншій плаває?
III. Повідомлення теми, мети і завдань уроку
На сьогоднішньому уроці ми розглянемо умови плавання тіл, тобто з’ясуємо, за яких умов тіла тонуть, спливають, плавають усередині рідини. І ви зможете відповісти на запитання:
– Чому залізний цвях тоне у воді, а судна, виготовлені з металу, плавають?
– Чому риби плавають всередині рідини, а водо плавальна-птиця на поверхні води?
– Як піднімається і занурюється підводний човен?
IV. Осмислення і засвоєння учнями нового матеріалу
– Які сили діють на тіло, коли воно знаходиться у рідині?
– Як напрямлені ці сили?
– Які співвідношення можливі між цими силами?
Розглянемо співвідношення між силою тяжіння і архімедовою силою, які діють на тіло, що знаходиться у воді.
(Використовується наочність: на магнітній дошці за допомогою магніту прикріплюється малюнок, на якому зображено посудину з водою. Магніт одночасно є тілом, що знаходиться у воді. Прикладаються до тіла паперові стрілки (вектори сили тяжіння і архімедової сили) і закріплюються тим самим магнітом.)
Розглядаємо три можливі випадки:
A) якщо FT > fa, рівнодійна сил напрямлена вниз, то тіло тоне;
Б) якщо FT = FA, рівнодійна сил дорівнює нулю, то тіло плаває всередині рідини;
В) якщо FT < FA, рівнодійна сил напрямлена вгору, то тіло спливає.
Перевіряється за допомогою експерименту правильність висновків, зроблених учнями. При цьому використовується значення сили Архімеда, які учні отримали при розв’язуванні експериментальних задач на початку уроку і порівнюється їх із силами тяжіння, які діють на дерев’яне та металеве тіло.
Розглянемо докладніше третій випадок.
Експеримент. Повністю занурюю дерев’яний брусок у воду. Під дією архімедової сили він спливає.
Підводжу учнів до міркувань: якщо тіло показалося з води і далі спливає, то об’єм зануреної частини зменшується, зменшується вага води, яку витісняє тіло, тобто зменшується архімедова сила, що діє на тіло.
Доки тіло спливатиме? Доти, доки сила Архімеда не дорівнюватиме за модулем силі тяжіння.
Учні роблять висновок. Якщо тіло плаває на поверхні рідини, то вага витісненої ним рідини дорівнює вазі цього тіла в повітрі.
Переконуємо учнів у правильності висновку за допомогою експерименту.
Експеримент. У відливну посудину з водою учні опускають дерев’яний брусок, знаходять вагу води, що вилилась, вагу бруска в повітрі і порівнюють їх. Яким іншим способом можна визначити: тіло тонутиме, плаватиме всередині рідини чи спливатиме?
Розглядаємо випадок, коли тіло плаває всередині рідини.
Учень на дошці записує:
Учні знаходять у таблиці значення густин заліза, сосни, парафіну, води і переконуються у правильності теоретичних висновків.
Отже, умови плавання тіл можна сформулювати двома способами: порівнюючи архімедову силу і силу тяжіння та порівнюючи густини рідини і суцільного тіла, яке в ній перебуває.
V. Осмислення одержаних знань
1. Користуючись таблицею густин, назвіть метали, які можуть плавати у ртуті.
2. Відгадайте загадку: “У воді не тоне, у вогні не горить. Що це?” (Лід.) Учні порівнюють густини льоду і води.
1). Експериментальні завдання:
А. Яке із двох тіл однакового об’єму дерев’яне чи пінопластове зануриться у воду на більшу глибину? Чому?
Б. Чи на однакову глибину зануриться дерев’яний брусок у воду і гас? Пояснити результат.
Поясніть фізичний зміст прислів’їв: “Як камінь у воду”, “Плаває, як сокира”, “Великому кораблю велике плавання”.
3. Учні прослуховують магнітофонний запис уривка з китайської байки:”У хлопчика, який торгував жирними пампушками, вкрали монети. Для виявлення злодія суддя Бао-гун попросив принести великий жбан з водою. Сам стоїть поруч і дивиться. Ось підходить якийсь чоловік, опускає монету в жбан. Суддя закричав: “Це ти, злодію, у дитини гроші вкрав?! Зізнавайся!”.
Запитання. У який спосіб суддя виявив злодія? Для підказки використовується експеримент. Пропонується учневі у посудину з олією влити воду. Олія спливає вгору. Учні пояснюють це явище і на основі експерименту відповідають на запитання. Для підтвердження правильності відповіді включається магнітофон, учні слухають пропущені слова з байки: “… По воді поплили жирні плями”.
4. Чи можна гасити палаючий гас, заливаючи його водою?
5. Учні слухають розповідь учителя: “У м. Солотвино Закарпатської області є, на перший погляд, дивне озеро. З давніх часів люди вважали, що на його дні живе чаклун, який нікому не дозволяє заходити у його володіння. Намагався селянин викупати свого коня в озері, не встиг він ступити в нього, як втратив рівновагу і впав. Предмети, кинуті у воду, не тонули, а підтримувались незрозумілою для людей силою. Про це озеро складали сумні легенди…І вода, і земля тут “прокляті” Богом”.
Запитання:
А. Що ж це за диво-вода у цьому озері, у якому не тонуть предмети?
Б. Чи можна примусити плавати тіло, яке у звичайних умовах тоне у воді, наприклад, картоплину або пластилін?
Демонструється експеримент. Кидаємо ці тіла у воду. Що ви спостерігаєте? Вони тонуть у воді. Насипаємо у воду більше солі. Тіла плавають. Чому? Густина солоної води збільшилась, отже, збільшилась архімедова сила.
Один з учнів розповідає про Мертве море, вода якого містить 27% солі, тоді як у звичайному морі 2-3% солі.
6. Чому плавають риби у воді? Як вони змінюють глибину свого занурення?
Учень. Густина живих організмів, які населяють водяне середовище (китів, дельфінів, риб), дуже мало відрізняється від густини води. У китів це досягається за рахунок товстого жирового шару, який міститься під шкірою. Цікаву роль відіграє плавальний міхур у риб, який може стискуватись. Змінюючи об’єм міхура, риба змінює об’єм свого тіла. Завдяки цьому вона може регулювати глибину свого занурення. Кити регулюють глибину занурення, змінюючи об’єм легень.
7. Вивішується таблиця “Птиці на воді”.
Які слова з української поезії про плавання ви знаєте? Учні декламують такі рядки:
Плавай, плавай, лебедонько,
По синьому морі.
Тарас Шевченко “Тополя”
Пливе білий човник, хвилечка колише,
Хвилечка гойдає.
Пливе білий човник, вітер ледве дише,
Ледве повіває.
Леся Українка “На човні”
Пливе човник без весельця,
К берегу звертає.
Ніхто човником не править –
Вітром прибиває.
Наталя Забіла ” Човник”
Запитання. Чому птахи не тонуть, а плавають на воді? Повідомляємо учням, що значну роль у тому, що водо плавальна птиця лебеді, гуси, качки дуже мало занурюються у воду відіграє товстий шар пір’я і пуху, в якому міститься багато повітря. Цей товстий шар не пропускає воду і має дуже малу густину. За рахунок цього середня густина птиці значно менша від густини води.
8. Повідомлення екологічного змісту.
Один з учнів інформує про застосування умов плавання тіл для очищення стічних вод. Останнім часом набуває катастрофічних розмірів забруднення Світового океану нафтопродуктами та іншими шкідливими домішками. Це призводить до загибелі значної кількості птахів і ссавців. У Північному морі і в Північній Атлантиці щорічно гине з цієї причини від 150 до 450 тисяч морських птахів. Тому очищенню стічних вод приділяється велика увага. На умовах плавання тіл грунтується дія очисних обладнань нафтопасток. Густина нафти менша за густину води, тому вона спливає на поверхню води. Нафтові плями за допомогою спеціального обладнання відгороджують від чистої води, стягують у менші площі і спалюють або посипають спеціальним порошком, який вступає з нафтою в реакцію, знешкоджуючи її.
VI. Підсумок уроку
VII. Домашнє завдання
§ 39; № 515, № 519, № 522 зі збірника В. І. Лукашика.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)