Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Архимедова сила
Цели и задачи
- Цель: Сформировать у учащихся понятие об архимедовой силе, вывести формулу $F_A = \rho_{ж} g V_{погр}$ и экспериментально подтвердить закон Архимеда за один урок.
- Образовательные задачи: научить определять выталкивающую силу с помощью динамометра, объяснять причину её возникновения и применять закон Архимеда при решении расчетных задач.
- Развивающие задачи: развивать навыки исследовательского мышления, умение выдвигать гипотезы, анализировать результаты эксперимента и устанавливать причинно-следственные связи.
- Воспитательные задачи: формировать интерес к истории науки на примере открытия Архимеда, развивать культуру научного диалога и аккуратность при проведении опытов.
Планируемые результаты
Личностные
- Сформированность познавательного интереса к физике через изучение исторического контекста (легенда об Архимеде).
- Готовность к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению.
- Развитие навыков сотрудничества в процессе группового обсуждения результатов опытов.
Метапредметные
- Умение самостоятельно формулировать проблему и ставить цели обучения.
- Способность анализировать информацию, представленную в виде схем, формул и экспериментальных данных.
- Владение навыками смыслового чтения при работе с текстом учебника и рабочими листами.
Предметные
- Умение давать определение архимедовой силы и объяснять её физическую природу.
- Знание формулы закона Архимеда и умение применять её для расчётов.
- Владение экспериментальным методом определения выталкивающей силы как разности веса тела в воздухе и в жидкости.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Нравственно-этическая ориентация (оценка значимости научных открытий для человечества).
- Смыслообразование (связь между изучением физики и пониманием природных явлений).
Регулятивные УУД
- Целеполагание как постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что предстоит узнать.
- Планирование — определение последовательности промежуточных целей с учетом конечного результата.
Познавательные УУД
- Постановка и решение проблемы: самостоятельное создание способов решения проблем творческого и поискового характера.
- Логические УУД: построение логической цепи рассуждений при выводе формулы.
Коммуникативные УУД
- Умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами коммуникации.
- Учет позиции собеседника при обсуждении гипотез.
Подготовка учителя к уроку
- Распечатать рабочие листы для учащихся (по количеству учеников в классе).
- Подготовить видеофрагмент (мультфильм) о легенде об Архимеде и золотой короне.
- Собрать демонстрационную установку: штатив, динамометр, стакан с водой, металлический цилиндр, пластиковый шарик.
- Подготовить комплект «Ведёрко Архимеда» и отливной сосуд.
- Проверить работу проектора и презентации к уроку.
- Открыть учебник физики 7 класса на параграфе 50-51.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент (1 мин)
Цель этапа: психологический настрой учащихся, проверка готовности к уроку.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | "Здравствуйте, ребята! Садитесь. Я рада вас видеть. Сегодня на уроке мы совершим увлекательное путешествие в Древнюю Грецию и попробуем себя в роли великих учёных. Проверьте, всё ли у вас готово: учебник, тетрадь, ручка. Возьмите рабочие листы, которые лежат у вас на столах. Подпишите их." | Приветствуют учителя, проверяют наличие школьных принадлежностей, подписывают рабочие листы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вижу, что все готовы. Начинаем наше исследование!"
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторение опорных понятий (давление в жидкости, зависимость давления от глубины).
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Прежде чем мы отправимся в прошлое, давайте проведём интеллектуальную разминку. Вспомните: от чего зависит давление внутри жидкости? Как оно направлено? Зависит ли давление от формы сосуда?" | Отвечают: "Давление зависит от плотности жидкости и глубины погружения. Оно направлено во все стороны одинаково. От формы сосуда не зависит". |
2 мин | "Верно. А теперь представьте: мы опускаем тело в воду. Будет ли вода давить на него? С какой стороны давление будет сильнее — сверху или снизу?" | Предполагают: "Вода давит со всех сторон. Снизу давление должно быть больше, так как глубина там больше". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши знания о давлении станут ключом к открытию новой силы. Переходим к загадке древности."
Этап 3. Создание проблемной ситуации (3 мин)
Цель этапа: мотивация через исторический контекст, постановка проблемного вопроса.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель включает короткий фрагмент мультфильма о царе Гиероне, золотой короне и Архимеде. "Посмотрите на экран. Какую задачу поставил царь перед учёным? Как, не разрушая короны, определить, есть ли в ней примесь серебра?" | Смотрят видео, обсуждают проблему. Высказывают гипотезы: "Нужно измерить её объём", "Нужно её взвесить в воде". |
1 мин | "Легенда гласит, что решение пришло к Архимеду в ванне. Он воскликнул 'Эврика!'. Сегодня мы повторим его путь. Запишите тему урока в рабочие листы: 'Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Архимедова сила'." | Записывают тему урока в рабочие листы. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Чтобы решить задачу Архимеда, нам нужно изучить свойства этой загадочной выталкивающей силы."
Этап 4. Открытие нового знания: Экспериментальная часть (12 мин)
Цель этапа: обнаружение и измерение выталкивающей силы опытным путем.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Демонстрирует опыт с пластиковым шариком. "Кладу шарик на дно, наливаю воду. Что вы видите? Почему он всплыл?" Использует приём 'Эвристическая беседа'. | Наблюдают всплытие шарика. Отвечают: "На него действует сила, направленная вверх. Это выталкивающая сила". |
3 мин | Демонстрирует опыт с металлическим цилиндром. "Опускаю цилиндр. Он тонет. Действует ли на него выталкивающая сила? Почему же он не всплывает?" | Отвечают: "Сила действует, но она меньше силы тяжести. Цилиндр слишком тяжёлый". |
6 мин | "Давайте измерим эту силу. Подвесим груз к динамометру. Вес в воздухе $P_2 = 2$ Н. Теперь опускаю в воду. Что со стрелкой? Запишем вес в воде $P_1 = 1,5$ Н. Как найти силу Архимеда?" | Следят за показаниями. Вычисляют в рабочих листах: $F_A = P_2 - P_1 = 2 - 1,5 = 0,5$ Н. Формулируют вывод о способе измерения силы. |
Запись в тетрадях
Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, называется Архимедовой силой ($F_A$).
Экспериментальное определение: $F_A = P_{возд} - P_{жид}$.
Экспериментальное определение: $F_A = P_{возд} - P_{жид}$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились измерять силу Архимеда. Теперь выясним, от чего зависит её величина теоретически."
Этап 5. Вывод формулы и закон Архимеда (10 мин)
Цель этапа: теоретический вывод формулы силы Архимеда и подтверждение опытом с ведёрком.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Рисует на доске погруженный цилиндр. "Давление на верхнюю грань $p_1 = \rho_{ж}gh_1$, на нижнюю $p_2 = \rho_{ж}gh_2$. Разность сил давлений и есть выталкивающая сила. Давайте подставим значения в формулу $F = pS$." | Следят за выводом, записывают цепочку равенств в рабочие листы. Приходят к формуле $F_A = \rho_{ж} g V$. |
5 мин | Демонстрирует опыт с 'Ведёрком Архимеда'. "Посмотрите: я погружаю цилиндр, вытесненная вода стекает в стакан. Теперь выливаю её в ведёрко над цилиндром. Что произошло с весом?" | Наблюдают, как стрелка динамометра возвращается в исходное положение. Делают вывод: "Сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости". |
Эталон решения (вывод формулы)
$F_A = F_2 - F_1 = p_2 S - p_1 S = \rho_{ж} g h_2 S - \rho_{ж} g h_1 S = \rho_{ж} g S (h_2 - h_1) = \rho_{ж} g S h = \rho_{ж} g V_{тела}$
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Итак, мы получили закон Архимеда. Но что, если тело погружено не полностью? Обсудим это."
Этап 6. Первичное закрепление и решение задач (7 мин)
Цель этапа: отработка применения формулы, акцент на объеме погруженной части.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Ребята, посмотрите на экран. Если бревно плавает на поверхности, какую часть объема мы берем для формулы?" Объясняет, что $V$ в формуле — это именно объем погруженной части. | Отвечают: "Только ту часть, которая под водой". Зарисовывают схему неполного погружения. |
4 мин | Предлагает решить задачу: "Определите силу Архимеда, действующую на стальной брусок объемом 0,002 $м^3$, полностью погруженный в воду. Плотность воды 1000 $кг/м^3$." | Один ученик решает у доски, остальные в тетрадях. Применяют формулу $F_A = \rho g V$. |
Эталон решения задачи
Дано: $V = 0,002 \, м^3$, $\rho_{в} = 1000 \, кг/м^3$, $g = 10 \, Н/кг$.
Решение: $F_A = 1000 \, кг/м^3 \cdot 10 \, Н/кг \cdot 0,002 \, м^3 = 20 \, Н$.
Ответ: 20 Н.
Решение: $F_A = 1000 \, кг/м^3 \cdot 10 \, Н/кг \cdot 0,002 \, м^3 = 20 \, Н$.
Ответ: 20 Н.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь вы вооружены формулами и можете ответить на вопрос Архимеда."
Этап 7. Решение исходной проблемы и рефлексия (4 мин)
Цель этапа: подведение итогов, решение проблемного вопроса, самооценка.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | "Так как же Архимед проверил корону?" Подводит к выводу: зная вес в воздухе и вес в воде, можно найти объем короны, а затем её плотность. | Формулируют ответ: "Он нашел выталкивающую силу, из неё — объем, а потом сравнил плотность короны с плотностью чистого золота". |
2 мин | "Наш урок завершается. Заполните раздел рефлексии в своих листах. Что было самым интересным? В чем возникли трудности?" | Заполняют листы рефлексии, устно делятся впечатлениями. |
Критерии оценивания практической работы
- "5" — ученик верно выполнил все задания в рабочем листе, правильно вывел формулу, решил задачу без ошибок и активно участвовал в обсуждении опытов.
- "4" — рабочий лист заполнен верно, допущена одна неточность в расчетах или в формулировке вывода по опыту.
- "3" — ученик заполнил только часть рабочего листа, испытывал затруднения при выводе формулы, но понимает физический смысл силы Архимеда.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какая формула сегодня стала для вас главной? | Осознание и закрепление основного математического аппарата темы. |
Смогли бы вы измерить силу Архимеда без весов, имея только динамометр? | Проверка понимания экспериментального метода (разность весов). |
В какой момент урока вы почувствовали себя 'Архимедом'? | Эмоциональная оценка вовлеченности в исследовательскую деятельность. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы с вами проделали путь великого ученого: от простого наблюдения за всплывающим шариком до вывода фундаментального закона физики. Мы узнали, что вода — это не просто среда, а активная сила, способная удерживать огромные корабли. Если сегодня у кого-то остались сомнения в формулах — не беда, на следующем уроке мы закрепим их на лабораторной работе. Помните: физика окружает нас везде, даже в обычной ванне!"
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Параграфы 50, 51; Упр. 26 (2, 4) | Выучить определения и формулы, решить задачи на прямой расчет силы. |
Средний (повышающий) | Задача: Изменится ли сила Архимеда, если тело погрузить глубже? | Письменное обоснование ответа на основе изученной формулы. |
Продвинутый (творческий) | Опыт с сырым яйцом и солью | Провести опыт дома: как меняется плавучесть яйца при добавлении соли. Описать наблюдения. |
Контрольный вопрос: Зависит ли архимедова сила от плотности самого погруженного тела? (Подумайте над этим перед следующим уроком).