Методическая разработка урока физики в 7 классе с использованием ключевых учебных ситуаций.
1. Выделите две ключевые ситуации в курсе физики 7-го класса.
2. Составьте на основе каждой из этих ключевых ситуаций задачу в трёх уровнях сложности.
3. Опишите методологию решения этих задач с учениками: приведите фрагмент урока.
1. Ключевая ситуация: плотность вещества.
Решение задач на нахождение плотности вещества, массы и объёма тела.
Провожу беседу по вопросам для проверки усвоения материала.
Что называют плотностью? (обращаем внимание на то, что плотность характеризует не тело, а вещество, из которого состоит тело).
Напишите формулу для определения плотности вещества. ρ = . (проговариваем эту формулу)
Какова единица плотности в СИ?
Выразить плотность 2,5 в .
Как вы думаете, можно ли определить массу вещества, зная его плотность и объём? Напишите формулу для расчёта массы тела по известным плотности и объёму тела. (Да. Определить массу тела по его плотности и объёму можно по формуле m = ρ·V).
Как определить объём тела, зная его массу и плотность вещества? Напишите формулу для расчёта объёма тела по известным массе тела и плотности вещества этого тела. (Определить объём тела по его массе и плотности можно по формуле V = )
При решении задач уделяю правильному оформлению условия задачи и её решения.
Решаем задачи на расчёт плотности вещества , массы и объёма тела.
Задача 1. Мальчик нашел кусок металла массой 461,5 г, объём которого 65 см3. Какой это металл?
(После рассмотрения условия задачи приходим к выводу, что вопрос задачи состоит в расчёте плотности вещества и нахождении в таблице плотностей металла с таким (или близким) значением плотности )
Дано: Решение.
m =461,5 г ρ = .
V = 65 см3 ρ = =7,1 = 7100.
ρ - ? В таблице плотности находим, что такое значение плотности
у цинка. Значит, этот металл - цинк.
Ответ: найденный металл - цинк.
Задача 2. Определите массу 0,2 м3 керосина.
Дано: Решение:
V = 0,2 м3 m = ρ·V
ρкер =800 . m = 800 · 0,2 м3 = 160 кг.
m - ?
Ответ: m =160 кг.
Задача 3. Какой ёмкости надо взять сосуд, чтобы он вмещал 35 кг бензина?
( Обращаем внимание на то, что вопрос задачи заключается в нахождении объёма жидкости.)
Дано: Решение:
m = 35 кг V =
ρбенз =710 . V = ≈ 0, 049 м3.
V - ? 0, 049 м3 = 49 л
Ответ: V = 49 л
Не всегда в задачах даётся значение объёма в явном виде. Поэтому нам необходимо знать и уметь применять формулы объёмов геометрических фигур.
Задача 4. Радиолюбитель поставил антенну из медной проволоки длиной 40 м, площадью поперечного сечения 3,4 мм2. Рассчитайте массу медного провода.
Дано: СИ Решение:
ρмеди =8900 . m = ρ·V
l = 40 м Объём провода рассчитаем по формуле V = S · l
S = 3,4 мм2 0,000 003 4 м2 V = 0,000 003 4 м2·40 м =0, 000136 м3
ρ =800 . m = 8900 · 0,000136 м3 = 1,2104 кг.
m - ? Ответ: m =1,2104 кг.
На протяжении многих лет работы обратила внимание на то, что нередко у учащихся возникают проблемы, если в задаче спрашивается: "есть ли в теле полость?". Поэтому не оставляю без внимания решение задач с подобным вопросом. После разбора группы таких задач делаем обобщение результатов.
Задача 5. Чугунная деталь массой 17,6 кг имеет объём 0,004 м3. Найдите плотность чугуна по этим данным. Сделайте вывод, является ли деталь сплошной.
Дано: Решение.
m =17,6 к г ρ = .
V = 0,004 м3 ρ = = 4400 .
ρ - ? В таблице плотности находим, что плотность чугуна 7000 .
при решении задачи получили меньшее значение плотности. Значит, эта деталь содержит пустоты, т. е. полость.
Ответ: деталь не является сплошной.
Вывод. Если в теле есть полость (пустота), то плотность вещества, рассчитанная по массе и объёму тела, будет ............................, чем плотность вещества, указанная в таблице.
Задача 6. Для изготовления алюминиевой детали наружным объёмом 0,005 м3 затрачено 10 кг алюминия. Сколько металла (в кг) должно было быть истрачено, если деталь сплошная? Есть ли в детали полость?
Дано: Решение.
ρал = 2700 m = ρ·V
V = 0,005 м3 mал = 2700 · 0,005 м3 = 13,5 кг
m =10 кг Алюминия затрачено меньше, чем для сплошной детали .
mал - ? Ответ: mал =13,5 кг, в детали есть полость.
Вывод. Если в теле есть полость, то его масса будет ........................., чем масса рассчитанная по табличному значению плотности и измеренному объёму.
Задача 6. Стеклянное тело массой 100 г. имеет объём 50 см3. Каким должен быть объём этого тела, если оно сплошное? Есть ли в теле полость?
Дано: СИ Решение.
ρст =2500 0,1 кг V =
m = 100 г
V = 50 см3 0,00005 м3 Vст = = 0, 00004 м3.
V ст - ? 0, 00004 м3 = 40 см3 - объём сплошного стеклянного тела.
По условию задачи объём стеклянного тела больше, значит, внутри этого тела есть полость. Объём полости можно вычислить.
Ответ: Vспл = 40 см3.
Вывод. Если в теле есть полость, то его объём будет .................. , чем объём, рассчитанный по табличному значению плотности и измеренной массе.
На примере решения этой задачи обсуждаем, как можно вычислить объём полости
Vполости= V - Vспл; Vполости= 50 см3 - 40 см3= 10см3.
Vполости= 10см3.
Подводим итог (можно дать в качестве самостоятельной работы учащимся)
Чтобы определить, есть ли в теле полость, надо :
измерить величины : с помощью приборов:
1. ......................................... 1. .....................................
2. .......................................... 2. .....................................
определить по таблице величину ...........................................
рассчитать величины: 1. ........................... 2. .............................. 3. .............................
по формулам: 1. ............................ 2. .............................. 3. .............................
Определить полость (пустоту) внутри тела ...........................................................................
2. Ключевая ситуация: давление внутри жидкости.
Повторяем вопросы
1) От чего и как зависит давление жидкости на дно сосуда? на стенки сосуда?
2) Одинаковое ли давление оказывает вода на правую и левую стенки сосуда на одной и той же глубине? (рисунок)
3) Почему глубоководные рыбы "взрываются" при быстром поднятии их на поверхность воды?
Разбираем решение экспериментальной задачи. На демонстрационном столе находится аквариум с водой.
Рассчитать: 1) давление воды в аквариуме на его дно; 2) силу давления воды на дно аквариума.
После обсуждения ситуации приходим к выводу: 1)для расчёта давления воды нужно воспользоваться формулой р = ρgh . Для получения ответа необходимо измерить линейкой высоту воды в аквариуме и знать величину плотности воды ρ и ускорение свободного падения g . Затем произвести расчёты.
2) Для расчёта силы давления на дно сосуда необходимо измерить длину a и ширину b основания и рассчитать площадь дна аквариума по формуле S = a ·b . После этого воспользоваться формулой давления р = и из неё выразить силу давления F= p · S. Чтобы получить ответ в ньютонах, не забыть найти площадь в квадратных метрах.
Приучаемся решать тестовые задачи. При этом решения задач оформляем и кратко поясняем.
1. Определите давление в керосине на глубине 25 см.
2000 Па
200 Па
100 Па
2. Определите высоту самой высокой в мире водонапорной башни, если давление воды на стенки труб у её основания равно 411,6 кПа.
41,16 м
45 м
4,116 м
4,5 м
3. Определите силу, с которой керосин действует на квадратную пробку, площадью сечения 16 см2, если расстояние пробки до уровня керосина в сосуде равно 40 см.
5,12 Н
512 Н
6,4 Н
64 Н
Рассмотрим решение этих задач подробно (для решения тестовых зада ч предлагается считать ускорение свободного падения g = 9,8 ≈10 )
Задача 1. (решение задачи особых проблем не вызывает, не забываем записать значение плотности керосина из таблицы и высоту столба жидкости выразить в метрах, т.е. в СИ)
Дано: СИ Решение:
ρкер =800 . р = ρgh
g = 9,8 . р =800 · 10 · 0,25 м = 2000 Па
h = 25 см 0,25 м
р - ? Ответ: р = 2000 Па
Задача 2. (Задача требует из формулы давления жидкости на дно и стенки сосуда выразить величину высоты столба жидкости. Кроме того, необходимо величину давления выразить в единицах СИ)
Дано: СИ Решение:
ρв =1000 . Из формулы р = ρgh выразим высоту h =
g = 9,8 . h =800 = 41,16 м
р = 411,6 кПа 411600 Па
h - ? Ответ: h = 41,16 м.
Задача 3. (В этой задаче необходимо также высоту столба жидкости выразить в метрах. Кроме того, сделать перевод величины площади в СИ, для ответа на вопрос задачи применить формулы расчёта силы давления и давления внутри жидкости.)
Дано: СИ Решение: [pic]
ρкер =800 . Сила давления на пробку F = p · S
g = 9,8 . Давление керосина на пробку р = ρgh
h = 40 см 0,4 м 1) р =800 · 10 · 0,4 м = 3200 Па
S =16 см2 0,0016 м2
2) F = 3200 Па · 0,0016 м2 = 5,12 Н
р - ? Ответ: F =5,12 Н
Если классы достаточно хорошо подготовлены, то можно рассмотреть с ними такую задачу (или даже предложить в качестве домашнего задания!).
В опыте по демонстрации гидростатического давления воды Паскаль использовал трубку длиной 5 метров с площадью поперечного сечения 1 см2 и бочку с площадью поверхности 2 м2. Какое давление создаст эта вода при вертикальном расположении трубки? С какой силой вода действует на поверхность бочки?
Рассмотреть иллюстрации этого опыта и выдвинуть свои версии объяснения наблюдаемого явления.
[pic]
Опыт Паскаля
Предисловие
Опыт Торричелли, доказавший существование атмосферного давление и способствовавший созданию ртутного барометра подтолкнул Блеза Паскаля на один интереснейший опыт, названный позже "Бочка Паскаля".
Опыт
По указанию Паскаля, крепкую дубовую бочку до краев наполнили водой и наглухо закрыли крышкой. В небольшое отверстие в крышке вставили конец вертикальной стеклянной трубки такой длины, что конец ее оказался на уровне второго этажа.
Выйдя на балкон, Паскаль принялся наполнять трубку водой. Не успел он вылить и десятка стаканов, как вдруг, к изумлению обступивших бочку зевак, бочка с треском лопнула. Ее разорвала непонятная сила. Паскаль убеждается: да, сила, разорвавшая бочку, вовсе не зависит от количества воды в трубке. Все дело в высоте, до которой трубка была заполнена.
Далее проявляется удивительное свойство воды - передавать давление, создаваемое на ее поверхности (в бочке) по всему объему, каждой точке стенки или дна бочки. Так он приходит к открытию закона, получившего его имя.
