Многоуровневая лабораторная работа.
Исследование зависимости Архимедовой силы действующей на одно и то же тело.
Цели урока:
Познакомить учащихся с элементами исследовательской деятельности, методами научного познания.
Способствовать расширению и углублению знаний по физике, стимулировать творческое воображение учащихся.
Задачи урока:
Выдвинуть гипотезу о зависимости архимедовой силы от различных параметров и указать пути проверки выдвинутой гипотезы.
Исследовать зависимость архимедовой силы, действующей на одно и то же тело, от различных параметров.
Ход урока
I. Организационный момент (1 минута)
II. Многоуровневая лабораторная работа (36 минут)
Актуализация знаний учащихся, их мотивация на работу на уроке (2 минуты)
Выдвижение гипотез о зависимости архимедовой силы от различных параметров и разработка экспериментальной установки по ее проверке (6 минут)
Исследование зависимости архимедовой силы, действующей на одно и тоже тело, от различных параметров (21 минута)
Запись результатов исследования (5 минут)
III. Рефлексия (подведение итогов урока) (2 мин.)
Конспект урока
Организационный момент:
Учитель: Сегодня у нас необычный урок: урок трудный и интересный. Трудный, потому что вам нужно быть особенно внимательными при выполнении этой работы и требовательными к себе; интересный, потому что вы будете опытным путем доказывать справедливость закона Архимеда. Я надеюсь и верю, что вы будете внимательны, активны. Итак, тема на доске записана; цель урока ясна - выполнение лабораторной (многоуровневой) работы по исследованию зависимости архимедовой силы от некоторых физических величин.
Обучение общим принципам выполнения многоуровневой работы.
Учитель: перед вами сосуд с водой, в котором я пытаюсь удержать теннисный шарик (пробку) под водой. Что произойдет, если я не буду удерживать предмет под водой?
Предполагаемый ответ учителя: шарик всплывет или выскочит из воды, так как существует некая сила, направленная вверх, которая выталкивает тело из воды.
Учитель: значит на тело, погруженное в жидкость (газ) действует выталкивающая сила. Давайте вспомним, что вам известно об этой силе: 1) Кем и когда было установлено существование выталкивающей силы?
Предполагаемый ответ ученика: существование выталкивающей силы было установлено древнегреческим ученым Архимедом 250 лет до нашей эры.
Учитель. Вспомните легенду об Архимеде. О том, как ученый пришел к открытию, что выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме тела.
Предполагаемый ответ ученика.: царь Герон поручил Архимеду проверить честность мастера, изготовлявшего золотую корону, есть ли в ней примесь. Сначала он нашел, что кусок чистого золота в 19,3 раза больше плотности воды. Архимеду надо было найти плотность вещества короны. Взвесить корону было легко, но как найти объем? Ведь корона была сплошной формы. Ученый взвесил сначала корону в воздухе, затем в воде. По разности в весе он рассчитал выталкивающую силу, равную весу воды в объеме короны. Определив объем короны, он вычислил плотность короны. Легенда говорит о том, что плотность вещества короны оказалась меньше плотности чистого золота. Тем самым мастер изобличен в обмане, а наука обогатилась замечательным открытием.
Учитель: Это было во время Архимеда. А какие вы можете привести примеры из жизни в наше время, указывающие на существование выталкивающей силы?
Предполагаемый ответ ученика. Деревянный шарик всплывает на поверхность воды в любом сосуде с водой; тело из пробки плавает в воде; лодочка из пластилина плавает в воде.
Учитель: В чем же дело? Почему одни тела плавают, а другие тонут? Почему гвоздь тонет в воде, а огромный корабль плавает? Сколько интересного вокруг нас! А теперь мы с вами попробуем встать на место Архимеда и доказать опытным путем, исследуя зависимость выталкивающей силы от каких- либо физических величин, что ученый был прав в своих рассуждениях. Для этого давайте подумаем и ответим на вопрос, от каких еще физических величин может зависеть выталкивающая сила, И то, что вы сейчас скажете, в науке называют гипотезой. Запишите свои предположения на листок лабораторной работы в раздел: гипотеза.
Предполагаемый ответ ученика: Плотность жидкости, объем жидкости, объем тела, масса тела, плотность тела и т.п. (опросив несколько учащихся, учитель записывает их ответы на доске). К сожалению, всевозможных параметров предусмотреть мы не сможем, поэтому остановимся на выделенных.
Учитель: А теперь будем искать истину. Приступаем к выполнению работы. Предложите экспериментальную установку для проверки первой гипотезы.
Предполагаемый ответ ученика. Для исследования зависимости архимедовой силы от плотности жидкости необходимо определить ее в жидкостях различной плотности. Для этого приготовим растворы мыльной, соленой и пресной воды. Затем подвесим тело произвольной формы к динамометру. Определим его вес в воздухе, потом опустим тело в стакан с пресной водой, а затем с соленой и мыльной раствор, наблюдая за показаниями динамометра. Далее найдем разность между весом тела в воздухе и в пресной воде, в воздухе и соленой воде, в воздухе и мыльном растворе. Это и будет выталкивающая сила (проводят эксперимент, результаты измерений и наблюдений заносят в таблицу).
Учитель: Какой сделали вывод, ребята?
Предполагаемый ответ ученика: Выталкивающая сила, действующая на тело в соленой воде и мыльном растворе, больше, чем в пресной, т.к. плотность соленой воды и мыльного раствора больше плотности пресной, т.е. выталкивающая сила зависит от плотности жидкости.
Учитель: К сожалению, мы не можем проделать данный эксперимент с другими жидкостями, поэтому нам приходится обобщать полученные результаты для всевозможных сред. Однако настоящие ученые стремятся проделать как можно больше разнообразных экспериментов для подтверждения или опровержения своей гипотезы.
Учитель: продолжим исследование дальше. Какой же будет архимедова сила, действующая на тела разной плотности, но одинакового объема, погруженные в одну и туже жидкость. Составьте сами таблицу для обобщения результатов проведенной серии опытов. Какой вывод можно сделать?
Предполагаемый ответ ученика: Архимедова сила, действующая на тела разной плотности, но одинакового объема, полностью погруженные в пресную воду, одинакова. Следовательно, выталкивающая сила не зависит от плотности тела (или его массы).
Учитель.: Попробуйте теперь установить зависимость выталкивающей силы от объема погруженного в нее тела. В данном случае мы не будем менять тела, а попробуем погружать наш цилиндр не полностью, а частично. Результаты не забываем заносить в таблицу.
Предполагаемый ответ ученика: На любое тело действует выталкивающая сила, которая зависит от объема погруженной части тела (чем больше объем погруженной части тела, тем больше выталкивающая сила).
Учитель: Попробуйте теперь обобщить результаты проведенных экспериментов и сформулировать общий вывод о зависимости архимедовой силы от различных параметров.
Предполагаемый ответ учителя: выталкивающая сила, действующая на тело, зависит от плотности жидкости, от объема погруженной части тела (прямо пропорционально) и не зависит от массы и плотности тела.
Учитель: Откройте учебники и найдите формулировку полученного нами закона в § 48, правильную ли зависимость мы получили? [18].
Предполагаемый ответ ученика:
тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе ту часть, которая равна весу вытесненной жидкости.
На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная снизу вверх и равная весу жидкости в объеме, вытесненном телом.
На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, численно равная весу жидкости в объеме погруженной части тела.
Учитель: итак, цель урока достигнута, подведем итог. Опытным путем мы доказали, что выталкивающая сила, т.е. архимедова сила, зависит от плотности жидкости и объема погруженной части тела. Найдите в учебнике математическую запись этого закона.
Учитель: а теперь небольшое повторение:
I Кому принадлежит указанный результат действия: Архимед, Паскаль, Галилей. Торричелли:
- открыл законы падения тел и существование явления инерции
Галилей.
- установил, что давление, оказываемое на жидкость или газ, передается по всем направлениям одинаково.
Паскаль
- первым измерил атмосферное давление
Торричелли
4. Выяснил, что на тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила.
Архимед
Домашнее задание:
Упр. 24 (2,3,4) (Выполнение упражнения по отработке отдельных экспериментальных действий). Продумать экспериментальную установку для проверки остальных гипотез о зависимости выталкивающей силы от различных параметров.
