Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

РОЗДІЛ II

ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ

УРОК № 17/30

Тема уроку. Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Мета уроку: сформувати поняття про архімедову силу, продовжити формувати вміння знаходити рівнодійну двох сил, застосовувати закон Паскаля; показати роль фізичного експерименту у фізиці; формувати вміння установлювати причинно-наслідкові зв’язки в спостережуваному явищі; ознайомити учнів із практичним застосуванням закону Архімеда.

Обладнання: акваріум (або інша велика прозора посудина

з водою), дитячий гумовий м’ячик, металевий циліндр; на столах учнів посудини з водою, динамометри, металеві циліндри.

План уроку

Етапи

Час

Прийоми і методи

I. Актуалізація опорних знань

5-10 хв.

Усне опитування

II. Вивчення нового матеріалу

20-25 хв.

Бесіда; демонстрації; фронтальний експеримент; рисунки і записи на дошці; висування гіпотези та її експериментальна перевірка; повідомлення учнів

III. Закріплення нового матеріалу

3-5 хв.

Відповіді

з місця та біля дошки; виконання завдань

IV. Домашнє завдання

1 хв.

Коментар учителя; записи на дошці й у щоденниках

Хід уроку

I. Актуалізація опорних знань

Усне опитування

Під час короткого повторення учні згадують і формулюють закон Паскаля, пояснюють зв’язок між тиском у рідинах і глибиною занурення; формулюють правило знаходження рівнодійної сил.

II. Вивчення нового матеріалу

Бесіда

Сьогодні на уроці ми зрозуміємо, чому можливе плавання величезних океанських судів, підводних човнів, повітряних куль. Постановка навчальної проблеми розпочинається з демонстраційного експерименту.

Демонстрація 1. В акваріум з водою повністю занурюють гумовий м’ячик і прибирають руку. М’ячик стрімко спливає.

Питання класу: Чому м’яч сплив на поверхню води? (На м’яч діяла сила.)

Ця сила називається виштовхувальною силою. Повторимо наш експеримент, але з іншим тілом.

Демонстрація 2. В акваріум занурюємо металевий циліндр. Спостерігаємо, що тіло тоне.

Питання класу: Чи діє виштовхувальна сила у цьому випадку? (Учні, як правило, дають неправильну відповідь, що в цьому випадку виштовхувальна сила не діє на тіло.)

Давайте подумаємо, як за допомогою обладнання, розташованого на столах, перевірити, чи вірне це твердження. Учні пропонують свої варіанти. Учитель вибирає або підводить обговорення до правильного висновку.

Фронтальний експеримент. Учні прикріплюють циліндри до динамометрів і, обережно занурюючи тягарці у воду, спостерігають за пружиною динамометра.

Питання класу

– Що ви помітили? (При зануренні у воду пружина розтягується менше, ніж у повітрі.)

– Який висновок можна зробити з цих спостережень? (На будь-яке тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила.)

– Як напрямлена ця сила? (Сила, що діє на тіло, занурене в рідину, напрямлена вгору.)

Отже, виштовхувальна сила діє і на тіла, які плавають у рідині, і на тіла, які тонуть у ній. З’ясуємо причину виникнення виштовхувальної сили. На рисунку на дошці – циліндр, цілком занурений у рідину.

 Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

Питання класу

– Що можна сказати про дію рідини на циліндр? (Рідина чинить на нього тиск.)

– Що нам відомо про тиск усередині рідини на одній і тій же глибині? (На одній глибині всередині рідини тиск однаковий в усіх напрямках.)

Тому сили, напрямлені на бічні поверхні циліндра, будуть однаковими. Вони стискатимуть циліндр, тому що напрямлені назустріч одна одній.

Питання класу

– А що можна сказати про тиск рідини на верхню і нижню грані циліндра? (Тиск на нижню грань більший.)

– Чому? (Тиск усередині рідини збільшується із глибиною занурення.)

До дошки викликаються двоє учнів. Першому дається завдання написати формулу для розрахунку сили тиску рідини на верхню грань, другому – відповідно на нижню.

 Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

Питання класу

– Яка із сил більша? (F2 > F1, тому що p2 > p1.)

– Як знайти їх рівнодійну? Вона і дорівнюватиме виштовхувальній, або архімедовій, силі.

 Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

– Чому дорівнює різниця (h2 – h1)?

H2 – h1 = H, тоді Fa = ?рgSH.

– Чому дорівнює добуток S – H?

SH = VТ. Тоді остаточно одержуємо:

 Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

– Як напрямлена архімедова сила? (Вгору.)

– Чому вгору? (Тому що F2 > F1, отже, рівнодійна цих двох сил напрямлена вгору.)

Вперше виштовхувальну силу розрахував давньогрецький учений Архімед, який жив у III ст. до н. е. От чому цю силу і називають архімедовою. Один із учнів робить коротке повідомлення про життя Архімеда.

Як можна визначити архімедову силу?

1. Аналітичний спосіб. Архімедову силу можна розрахувати за формулою. Для цього потрібно знати об’єм тіла і густину рідини, у яку занурюємо тіло.

2. Експериментальний спосіб.

А) За допомогою динамометра (учні самі підказують цей спосіб). Знайти вагу тіла в повітрі, потім, зануривши тіло в рідину, визначити вагу у воді. Архімедова сила дорівнюватиме різниці цих двох показань.

Б) За допомогою відливної посудини. Занурити тіло у заповнену водою відливну посудину. Вода, витиснена тілом, виллється. Зважити воду, що вилилася. Це значення ваги і дорівнюватиме архімедовій силі. Доведемо це аналітично:

 Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

Повідомлення учнів

Короткі повідомлення про дію архімедової сили в газах, про створення аеростатів і дирижаблів.

III. Закріплення нового матеріалу

Питання та завдання класу

– У якій воді легше плавати – у річковий чи морській? Чому?

– До ваг прикріплені два однакових металевих бруски. Ваги зрівноважені. Чи порушиться ця рівновага, якщо бруски занурити у воду?

– Дерев’яна куля плаває у воді. Виконайте рисунок у зошиті й покажіть діючі на кулю сили.

– Чи діє архімедова сила в газах? Як це довести?

IV. Домашнє завдання

[1]: § 23; впр. № 23 (задачі 1-3).

[2]: § 15.

[3]: СР – задачі 20.1-20.3;

ДР – задачі 20.6; 20.8; 20.11;

ВР – задачі 20.23; 20.24; 20.32.

Додаткове завдання. У посудині міститься два шари рідини, які мають різну густину. Чому дорівнює виштовхувальна сила, яка діє на кубик, занурений у нижній шар? Зробіть розрахунок. (Відповідь: F = ?2gaS, де a – грань кубика, отже, p2aS – маса рідини, витисненої з нижнього шару.)

Скарбничка цікавих фактів

O Закон Архімеда і… помідори

Як швидко розсортувати зелені й спілі помідори? Їх треба висипати у ванну з водою. Спілі – потонуть. А зелені залишаться плавати на поверхні.

O Діє… не завжди?!

Якщо на дно скляної посудини нанести тонкий гладенький шар парафіну, а потім поверх нього покласти шматочок парафіну теж із гладенькою поверхнею, то після доливання води в посудину парафін, всупереч очікуванням, не спливе. Причина полягає в тому, що вода не потрапляє у простір між парафіном і дном посудини, таким чином, не виникає різниці тисків води, а отже, і архімедової сили.

Іноді для підводного човна, що ліг на м’який грунт, проблематично подальше спливання.




Виштовхувальна сила. Закон Архімеда - Плани-конспекти уроків по фізиці


Виштовхувальна сила. Закон Архімеда