Урок – исследование: «Условие плавания тел»
план-конспект урока по физике (7 класс) на тему

Урок – исследование: «Условие плавания тел»

Методический анализ изучаемой темы:

- основное содержание изучаемого материала задают учебная программа и обязательный минимум содержания по физике;

- глубина изучения материала определяется учебником В.А.Перышкина «Физика 8 класс» (Дрофа 2005 г);

- тема «Плавание тел» рассматривается в разделе «Давление твердых тел, жидкостей и газов».

На предыдущих уроках были рассмотрены основные понятия: давление твердых тел, закон Паскаля, атмосферное давление, закон Архимеда. Учащиеся научились решать качественные и количественные задачи, измерять атмосферное давление, артериальное давление, сделали несколько опытов и даже приборов, посетили местную котельную в целях ознакомления с работой манометров.

Значимость темы:

познавательная: моделирование физического процесса, связь физики с повседневной жизнью, история воздухоплавания;

практическая: - учет архимедовой силы и силы тяжести при создании судов, подводных лодок, воздушных шаров, дирижаблей;

воспитательная: использование художественной литературы, умение видеть красоту даже в сухих физических явлениях и законах.

Цели деятельности педагога:

Образовательные: выяснить условия плавания тел; применение этих условий при конструировании судов, подводных лодок; получить представление о том, какое значение имеет архимедова сила для животного мира морей и океанов.

Развивающие: продолжить работу по развитию мышления, познавательных, общетрудовых умений, овладению методами научного исследования (выполнять определенные практические действия, использовать их при  необходимых расчетах и делать выводы на основе анализа общих и отличительных черт объектов).

Воспитательные: продолжить работу по формированию у учащихся добросовестного отношения к учебному труду; положительных мотивов учения; коммуникативных умений, дисциплинированности, эстетического воспитания.

Учащиеся должны

 знать:

- что такое плотность жидкости и единицы ее измерения;

- направление и математическое выражение силы тяжести, точку приложения силы;

- единицы измерения силы;

- математическое выражение силы Архимеда;

- от чего зависит сила Архимеда.

уметь:

-   решать качественные и расчетные задачи;

- пользоваться лабораторным оборудованием;

- определять объем тела с помощью мензурки;

- взвешивать на рычажных весах с точностью до 1 г;

- выяснять условия плавания тел.

иметь представление:

- о том, что тело плавает в жидкости, когда FA = Fm;

- тело всплывает, когда FA > Fm, тело тонет, когда FA < Fm;

- о том, что каждое судно имеет свою ватерлинию, грузоподъемность, осадку, свое водоизмещение;

- о том, что плавание тел зависит от средней плотности, от плотности жидкости;

- о том, с помощью чего можно измерить плотность жидкости;

- о том, какое значение имеет архимедова сила для животного мира морей и океанов;

- о том, какое значение имеет воздухоплавание и, что такое воздухоплавание;

- о том, что такое гидро- и аэростатика.

Методы положительной мотивации учения:

- интерес к проявлению архимедовой силы и ее значимость в нашей жизни;

- желание добывать знания в процессе самостоятельной деятельности;

- интересные опыты, подтверждающие данный закон;

- дополнительный материал по данной теме;

- использование отрывков из художественной литературы;

- художественное творчество учащихся.

Методы обучения:

объяснительно – иллюстрационный : на различных этапах урока учащиеся слушают, приводят примеры, выполняют и наблюдают опыты;

репродуктивный: проговаривают про себя и в парах изучаемый материал, вслед за учителем делают записи;

проблемный: отвечают на проблемные вопросы учителя;

частично-поисковый метод: включаются в процесс изучения данной темы, обобщают факты, изложенные учителем в определенной последовательности; выполняют новые для себя практические экспериментальные задачи;

исследовательский: выясняют причины приближенного выполнения теоретических закономерностей при их проверке на практике.

Дидактические средства:

1. Учебник Физика 7 класс А.В.Перышкина Дрофа 2005 г.
2. Задания отдельных элементов лабораторной работы для групп.
3. Наборы рисунков, текстов, плакатов, иллюстрирующих данное явление.
4. Инструктаж по технике безопасности.
5. Газета «Воздухоплавание».

Оборудование: ареометр (4 шт), пробирка с песком и пробкой (3 шт), мензурки большие стеклянные (5 шт), весы с разновесами (3 шт), аквариум, модель корабля с ватерлинией, песок сухой, кораблик из фольги, мензурка стеклянная большого объема (1 шт), пробирка (1 шт), трубка с проволокой; сосуд с жидкостями различной плотности и тремя телами, плавающими в них (дерево, парафин, пластмасса), цветной мел, сосуд с водой, сосуд с молоком; демонстрационный стол.

Предварительная подготовка: учащимся на дом было дано задание: провести опыт с яйцом – исследование поведения яйца в банке с водой при разных температурах (отрицательной и положительной).

Используемая литература:

1. Балашов М.М. О природе – 7 М: Просвещение 1991 г
2. Журнал Физика в школе № 7 2003 г, № 6 2004 г.
3. Журнал Юный техник № 7 1985 г, № 6 1984 г.
4. Книги серии Я познаю мир: Чудеса техники, Корабли, Изобретения, Океан, Авиация и воздухоплавание.
5. Перышкин А.В. Физика 7 М: Дрофа 2000 г.

Ход урока.

Эпиграф: Егорушка разбежался и полетел с полуторасаженной вышины. Описав в воздухе

              дугу, он упал в воду, глубоко погрузился, но дна не достал; какая – то сила, холодная

             и приятная на ощупь, подхватила и понесла его обратно наверх

                                                                                                А.П.Чехов

           Правда – что масло – везде наверх всплывает

                                                               Русская пословица

1. Оргмомент.

1. эпиграф урока;
2. выясняется ответ на вопрос, что мы узнали и чему научились на предыдущих уроках;
3. формирование темы урока и его цели.

2. Проверка домашнего задания:

1. Обсуждаем вместе результаты опыта, проведенного дома с яйцом. Вывод: при изменении температуры воды выше или ниже + 40С плотность ее уменьшается, что приводит к тому, что яйцо тонет, а при + 40 С плотность воды увеличивается, а значит яйцо всплывает (на непродолжительное время).

3. Знакомство с ареометром.

1.    Я приборчик интересный,

                  Я на трубочку похож,

                  Я – помощник Ваш чудесный,

                  Чем же я для вас хорош?

                  Плотность измерять умею,

                  Шкалу нужную имею,

                  И дробиночки на дне

                  Помогают очень мне.

                  Я открою свой секрет вам:

                  Плавать важно для меня.

                  На законе Архимеда

                  Я работаю, друзья.

Название – ареометр

Назначение – измерение плотности жидкости

Шкала градуируется в единицах плотности кг/м3

Предел – 1180

Максимальное значение находится внизу шкалы.

Принцип действия основан на законе Архимеда: чем больше плотность жидкости, тем на меньшую глубину он погружается.

2. Измерение плотности воды и молока с помощью ареометра (сравниваем с таблицей плотности жидкостей).

4. Плавание тел.

1. Опыт: в сосуде находятся вода и бензин. Вопрос: что расположено выше? (Бензин, так как его плотность меньше плотности воды (поговорка на доске)).
2. Бросаю в этот сосуд три предмета: кусок парафина, цилиндр деревянный и пластмассовый. Вывод: пластмассовый цилиндр утонет в бензине и воде. Кусок парафина будет плавать в воде, но утонет в бензине, деревянный цилиндр будет плавать в бензине.
3. Переворачиваю сосуд. Бензин всплывет вверх. Предметы будут вести себя также. Вывод: архимедова сила зависит от плотности жидкости.

5. Выяснение условий плавания тел.

Выполнение в группах по два человека частей лабораторной работы № 8 «Выяснение условий плавания тел в жидкости».

1. Инструктаж по ТБ (у каждой группы на парте).
2. Объяснение хода каждой группы (у всех на парте).
3. Оборудование: весы с разновесами, измерительный цилиндр, пробирка-поплавок с пробкой и песком.

Ход работы.

1. С помощью весов выяснить массу пробирки с песком с точностью до 1 г.
2. Рассчитайте силу тяжести, действующую на пробирку, она равна весу пробирки с песком в воздухе Р = m g.
3. С помощью мензурки определить V1 воды, налитой в мензурку.
4. Погрузите пробирку с песком в мензурку.
5. Определите опять объем V2.
6. Определите объем вытесненной воды: V = V2 – V1.
7. Зная объем вытесненной воды и плотность, вычислите выталкивающую силу: F = gρжVт.
8. Сравните в воздухе силу тяжести и выталкивающую силу.

       I группа выясняет условие FA < Fm.

       II группа выясняет условие FA = Fm.

       III выясняет условие FA > Fm.

4. Делают выводы.

       Выводы:

1. FA< Fm, то тело тонет.
2. FA = Fm, то тело плавает в жидкости.
3. FA > Fm, то тело всплывает.

     Тело, имеющее плотность больше плотности жидкости, тонет в этой жидкости.

     Тело с меньшей плотностью, всплывает в этой жидкости.

     При равных плотностях тела и жидкости, тело плавает внутри жидкости на любой глубине.

    Есть такое природное явление: плавающие льды. Почему лед плавает на поверхности воды?

    Потому что его плотность меньше плотности воды (см. таблицу плотности). Мы видим

    Только малую часть  () огромной ледяной глыбы, потому что плотность льда, по сравнению с плотностью жидкости, не маленькая, а значит, большая часть будет погружена в воду. Этим и опасны айсберги.

6. Плавание судов.

    Опыт №  1.

1. Пускаю на поверхность воды кораблик, сделанный из фольги: он плавает на воде;
2. Делаю из кораблика шарик: утонет.

   Что произощло? Что изменилось?

   Ответ: объем, плотность тела.

   Суда, плавающие по рекам, озерам, морям и океанам, построены из разных материалов с различной плотностью. Корпус судов, обычно, делают из стальных листов. Все внутренние крепления, придающие судам прочность, также изготавливают из металлов. Для постройки судов используют различные материалы, имеющие по сравнению с водой как большую, так и меньшую плотность. Но всегда вес воды вытесненной подводной частью судна, должен равняться силе тяжести действующей на судно с грузом. Средняя плотность судна всегда меньше плотности воды.

   Опыт 2.

1. На поверхность воды помещают кораблик, на его корпусе отмечена ватерлиния.

ПОНЯТИЯ:

1. Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой.
2. Наибольшая допустимая осадка отмечена на корпусе судна красной линией – ватерлиния (от голланд. ватер – вода).
3. Вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом, называется водоизмещением судна.

2. Нагружаем песком кораблик, наблюдаем увеличение осадки судна и, в конечном итоге, его потопление.

4. Если у водоизмещения вычесть вес самого судна, то получим грузоподъемность этого судна.  Если вес груза больше нормы, судно тонет.

      с)    Подъем затонувших судов.

7. Решение качественных задач.

1. По рисунку определить: какой из кораблей нагружен?
2. Корабль перешел из Невы в Балтику. Изменилась ли его осадка? (да, так как в Балтийском море вода соленая, ее плотность больше, то большая часть судна будет находиться на поверхности, а значит, осадка корабля уменьшается).
3. Шуточный вопрос. На воде находится корабль, а с него свисает веревочная лестница, касаясь воды. Расстояние между ступеньками лестницы 25 см.  Начался прилив, и вода поднялась на 1 м. Сколько ступенек оказалось под водой? (Нисколько, т.к. корабль всплывает вместе с водой).

8. Живые организмы, населяющие водную среду.

     Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь прочных  и массовых скелетах, как наземные. По той же причине эластичны стволы водных растений. Плавательный пузырь рыбы легко меняет свой объем. Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину и давление воды на нее увеличивается, пузырь сжимается, объем тела рыбы уменьшается, и она не всплывает наверх, а плавает в глубине. При подъеме плавательный пузырь  и объем тела рыбы увеличивается и она плавает уже на меньшей глубине. Киты регулируют глубину своего погружения за счет уменьшения и увеличения объема легких. У него есть легкие, но если кит окажется на суше, он не проживет и часа. Почему? Сила тяжести, действующая на кита, достигает 1000000 Н. В воде эта сила уравновешивается выталкивающей силой. А на суше его раздавит собственный вес.

9. Домашняя работа.

1. § 51 учебника Перышкина А.В. законспектировать.
2. Оформить лабораторную работу № 8, используя данные каждой группы.
3. Подготовить доклады на темы; «Воздухоплавание», «Дирижабли», «История кораблестроения» (доклады распределятся между учащимися по желанию).

10. Подведение итогов урока.

     а) Учитель задает вопрос: «О чем мы с вами сегодня говорили?», «Что вам понравилось?» «Что далось легко?».

     b) На уроке мы сегодня говорили об гидростатике, а на следующем уроке мы будем говорить об аэростатике. Как вы понимаете эти слова? Что означает слово «гидро»? (вода). А вот «аэр» в переводе с греческого означает воздух. Так мы сегодня рассмотрели плавание тел в воде, а на следующем уроке рассмотрим плавание тел в воздухе.

     c) выставляются оценки за урок (с учетом выполнения домашнего задания).

     d) учитель благодарит всех за работу.