В воде некоторые тела не тонут. Если попытаться их силой переместить в толщу воды, то они все-равно всплывут на поверхность. Другие тела погружаются в воду, но почему-то становятся легче.

В воздухе на тела действует сила тяжести. Она никуда не девается и в воде, оставаясь прежней. Но если кажется, что вес тела уменьшается, значит силе тяжести противодействует, то есть действует в противоположном направлении, еще какая-то сила. Это выталкивающая сила , или архимедова сила (сила Архимеда ).

Выталкивающая сила возникает в любой жидкой или газовой среде. Однако в газах она намного меньше, чем в жидкостях, так как их плотность намного меньше. Поэтому при решении ряда задач выталкивающую силу газов не учитывают.

Что создает выталкивающую силу? В воде есть давление, которое создает силу давления воды. Именно эта сила давления воды создает выталкивающую силу. Когда тело погружено в воду, на него со всех сторон, перпендикулярно поверхностям тела, действуют силы давления воды. Равнодействующая всех этих сил давления воды создает выталкивающую силу для определенного тела.

Равнодействующая сил давления воды оказывается направленной вверх. Почему? Как известно, давление воды с глубиной увеличивается. Поэтому на нижнюю поверхность тела будет действовать сила давления воды по величине больше, чем сила, действующая на верхнюю поверхность (если тело полностью погружено в воду).

Так как силы направлены перпендикулярно поверхности, то та, что действует снизу направлена вверх, а та, что действует сверху, направлена вниз. Но действующая снизу сила больше по модулю (по числовому значению). Поэтому равнодействующая сил давления воды направлена вверх, создавая выталкивающую силу воды.

Силы давления, действующие на боковые стороны тела обычно уравновешивают друг друга. Например, та, что действует справа, уравновешивается той, что действует слева. Поэтому эти силы можно не учитывать при расчете выталкивающей силы.

Однако, когда тело плавает на поверхности, то на него действует только сила давления воды снизу. Сверху силы давления воды нет. В данном случае вес тела на поверхности воды оказывается меньше, чем выталкивающая сила. Поэтому тело не погружается в воду.

Если же тело тонет, то есть опускается на дно, то это значит, что его вес оказывается больше выталкивающей силы.

Когда тело полностью погружено в воду, то увеличивается ли выталкивающая сила в зависимости от того, как глубоко погружено тело? Нет, не увеличивается. Ведь вместе с увеличивающейся силой давления на нижнюю поверхность, увеличивается сила давления на верхнюю. Разница между верхним и нижним давлением всегда определяется высотой тела. Высота тела с глубиной не меняется.

Выталкивающая сила, действующая на определенное тело в определенной жидкости, зависит от плотности жидкости и объема тела. При этом объем тела при погружении в жидкость вытесняет равный ему объем воды. Поэтому, можно сказать, что выталкивающая сила определенной жидкости зависти от ее плотности и вытесняемого телом ее объема.

В. М. Краевой ,
, Погарская СОШ № 1, г. Погар, Брянская обл.

Выталкивающая сила. Закон Архимеда

Образовательная цель урока: убедиться в существовании выталкивающей силы, осознать причины её возникновения и вывести правила для её вычисления.

Воспитательная цель: познакомить учащихся с взаимосвязанностью и обусловленностью явлений окружающего мира (величина архимедовой силы обусловлена объёмом погружённого в неё тела и плотностью вытесненной жидкости); содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира; формировать культуру умственного труда; создавать для каждого ученика ситуацию успеха.

Развивающая цель: формировать умения анализировать свойства и явления на основе знаний, выделять главную причину, влияющую на результат (т. е. «зоркость» в поисках); формировать коммуникативные умения, на этапе выдвижения гипотез развивать устную речь, проверить уровень самостоятельности мышления школьника по применению знаний в различных ситуациях.

Ход урока

I. Введение (3 мин)

Учитель. Тема нашего урока «Выталкивающая сила. Закон Архимеда». Архимед… Кто же этот человек, оставивший яркий след в науке? (На экране портрет Архимеда. На фоне музыкального сопровождения учитель рассказывает о нём. ) Архимед – выдающийся учёный Древней Греции, родился в 287 году до н. э. в портовом и судостроительном городе Сиракузы на острове Сицилия. Архимед получил блестящее образование у своего отца, астронома и математика Фидия, родственника сиракузского тирана Гиерона II (покровительствовал Архимеду). В юности провёл несколько лет в крупнейшем культурном центре – Александрии, – где у него сложились дружеские отношения с астрономом Кононом и географом-математиком Эратосфеном. Это послужило толчком к развитию его выдающихся способностей. В Сицилию вернулся уже зрелым учёным. Он прославился многочисленными научными трудами, главным образом в области физики и геометрии. Последние годы жизни Архимед провёл в Сиракузах. Шла 2-я Пуническая война. Город осадило римское войско, обладавшее превосходным флотом. И учёный, не жалея сил, организовал инженерную оборону. Он построил множество удивительных боевых машин, топивших вражеские корабли, разносивших их в щепы, наводивших суеверный страх на солдат. По легенде , Архимед при помощи своей системы зеркал поджёг корабли римлян. Однако слишком маленьким было войско защитников города. И в 212 г. до н. э. Сиракузы были взяты. Гений Архимеда вызывал восхищение у римлян, и римский полководец Марцелл приказал сохранить ему жизнь. Но солдат, не знавший учёного в лицо, ворвавшись в дом, увидел старика (Архимеду было около 75 лет), склонившегося над ящиком с песком, на котором он выполнял чертёж. «Не наступи на мои круги!» – воскликнул Архимед. В ответ воин взмахнул мечом, и великий учёный упал, заливая чертёж кровью.

После Архимеда осталось много трудов. Одним из важнейших открытий стал закон, впоследствии названный законом Архимеда . Существует предание, что идея посетила Архимеда, когда он принимал ванну. С возгласом «Эврика!» он выскочил на улицу и нагим побежал к царю, чтобы сообщить тому о решении задачи. Сегодня нам предстоит познакомиться с этой задачей, убедиться в существовании выталкивающей силы, выяснить причины её возникновения и вывести правила для её вычисления.

II. Объяснение нового материала (16 мин)

Учитель. Вспомним лето. Вы отдыхаете на море, озере или реке Судость, входите в воду. Учите плавать своих друзей. (На экране фотоиллюстрация. ) Легко ли поддерживать на воде тело своего друга?

Учащиеся. Легко.

Учитель. А сможете ли вы его также легко удержать не в воде, а в воздухе?

Учащиеся. Нет.

Учитель. Многие из вас, купаясь, пытались опустить мяч в воду. Ну и как? Получалось?

Учащиеся. Нет.

Учитель. В чём же дело? Обратимся к опыту.

Опыт 1. Учитель пытается погрузить в аквариум плавающий мяч.

Учитель. Я погружаю мяч глубже в воду, отпускаю, и мяч... что делает?

Учащиеся. Всплывает.

Учитель. Почему мяч всплыл на поверхность воды? Что действует на мяч?

Учащиеся. Сила.

Учитель. Совершенно верно, сила, она и вытолкнула мяч из воды. Эта же сила выталкивает из воды и тело вашего друга при обучении плаванию, поэтому, как мы её будем называть?

Учащиеся. Выталкивающей силой.

Учитель. Впервые выталкивающую силу рассчитал древнегреческий учёный Архимед. Поэтому её называют архимедовой силой . Ребята, а всегда ли жидкость действует на погружённое в неё тело? Ведь металлический цилиндр тонет!

Опыт 2. Учитель погружает в воду подвешенный на нити металлический цилиндр. Он тонет.

Учитель. Заметно ли выталкивающее действие воды в этом случае? Чтобы найти ответ, давайте проведём опыт, как описано в задании 1 в ваших рабочих тетрадях (см. Приложение 1 . – Ред. ).

Фронтальная лабораторная работа. На каждом столе динамометр, цилиндр и стакан с водой. На экран последовательно выводятся слайды с описанием её этапов, учащиеся выполняют работу и делают записи в рабочих тетрадях.

Подвесьте цилиндр к динамометру, найдите его вес в воздухе, запишите полученный результат Погрузите цилиндр в жидкость, найдите его вес в жидкости. Запишите полученный результат Сравните вес цилиндра в воде с весом цилиндра в воздухе и сделайте вывод: действует ли на цилиндр, погружённый в жидкость, выталкивающая сила? Так как вес цилиндра в жидкости меньше, чем вес цилиндра в воздухе, то на него действует выталкивающая сила. Куда она направлена? А теперь подумайте, как найти величину этой силы? Что для этого нужно сделать?

Учащиеся. Из веса цилиндра в воздухе надо вычесть вес цилиндра в воде.

Учитель. Совершенно верно! И мы рассмотрели один из способов нахождения выталкивающей силы. Запишите, пожалуйста: «Чтобы найти силу Архимеда, надо из веса тела в воздухе вычесть вес тела в жидкости» <...> Подставьте в формулу измеренные вами значения веса цилиндра в воздухе и в воде и вычислите архимедову силу.

Таким образом, мы убедились, что на все тела, погружённые в жидкость, действует выталкивающая сила: и на те, которые тонут, и на те, которые плавают (на экране демонстрируются фотоиллюстрации ). А если тело погружено в газ, будет ли в этом случае на него действовать сила Архимеда? Оказывается, будет! И это подтверждается полётами воздушных шаров и аэростатов (на экране фотоиллюстрации ). Как говорят аэронавты, их поднимает и держит в воздухе дар природы – сила Архимеда. Обратимся к опыту.

Опыт 3. Стеклянный шар, уравновешенный на весах, помещён внутрь открытого сосуда с мелом на дне. Учитель заливает в сосуд кислоту. Происходит бурная реакция, сосуд постепенно заполняется углекислым газом. Учитель вносит в сосуд горящую спичку – в углекислом газе спичка гаснет.

Учитель. Внимательно следим за равновесием. Что происходит?

Учащиеся. равновесие нарушается.

Учитель. Значит, на тело в газе действует что?

Учащиеся. Выталкивающая сила.

Учитель. Направленная куда?

Учащиеся. Вертикально вверх.

Учитель. Выталкивающая сила может возникать и в сыпучих веществах , таких как песок, рис, горох, поскольку они принимают форму того сосуда, в который помещены, т. е. проявляют свойства жидкостей.

Опыт 4. Учитель кладёт в сосуд пенопласт и засыпает горохом. Встряхивает.

Учитель. Под действием выталкивающей силы пенопласт что делает?

Учащиеся. Всплывает.

Учитель. Вывод: на тела, погружённые в жидкости, газы и даже сыпучие вещества, действует сила Архимеда, направленная вертикально вверх (на экране фотоиллюстрации ). Выясним, почему она возникает.

На резиновый брусок, как и на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, в чём мы с вами ещё раз убеждаемся.

Опыт 5. Учитель подвешивает резиновый брусок к пружине. Пружина растягивается. Учитель погружает брусок в воду. Пружина несколько сокращается.

Учитель. Мы знаем, что жидкость давит на дно и стенки сосуда, а значит, и на брусок, находящийся в жидкости. Что вы можете сказать о давлении внутри жидкости на одном и том же уровне?

Учащиеся. На одном и том же уровне, по закону Паскаля, давление по всем направлениям одинаково.

Учитель. Правильно, поэтому и силы, с которыми жидкость действует на боковые поверхности бруска, равны. Они направлены навстречу друг другу и сжимают брусок. Давайте измерим давление жидкости на уровне верхней и нижней граней.

Опыт 6. Учитель опускает в сосуд с водой брусок и с помощью жидкостного манометра измеряет давление жидкости на двух уровнях: верхней и нижней граней бруска.

Учитель. Сравните давления жидкости на верхнюю и нижнюю грани бруска. Какое больше?

Учащиеся. Больше на нижнюю грань.

Учитель. Почему?

Учащиеся. Потому что она находится на большей глубине.

Учитель. Следовательно, и сила, с которой жидкость действует на нижнюю грань, больше силы, с которой жидкость действует на верхнюю грань. Куда направлена равнодействующая этих сил?

Учащиеся. вверх, в сторону действия большей силы.

Учитель. Равнодействующую этих сил и называют выталкивающей, или архимедовой силой . А как найти силу Архимеда?

Учащиеся. Надо из большей силы давления, с которой действует жидкость на нижнюю грань, вычесть меньшую силу – на верхнюю грань бруска.

Учитель. Выведем величину силы Архимеда. (По ходу беседы на экране последовательно демонстрируются фрагменты опорного конспекта. ) Подставляя выражения для F н и F в, получим <...>. Чему равна разность высот столбов жидкости h н – h в?

Учащиеся. Высоте бруска.

Учитель. Верно, обозначим её через h . А чему равно произведение площади основания бруска на его высоту?

Учащиеся. Объёму бруска.

Учитель. Мы получаем ещё один способ нахождения архимедовой силы – расчётный < ...>.

Что мы получим, если умножим плотность жидкости на объём тела?

Учащиеся. Массу.

Учитель. Массу чего?

Учащиеся. Массу жидкости.

Учитель. Чему равно произведение?

Учащиеся. Это вес жидкости в объёме тела < ...>.

Учитель. Итак, сила Архимеда равна весу жидкости в объёме погружённой части тела. Докажем эту гипотезу с помощью опыта.

Опыт 7. К пружине подвешены ведёрко и цилиндр. Объём цилиндра равен внутреннему объёму ведёрка. Растяжение пружины отмечено указателем. Учитель целиком погружает цилиндр в отливной сосуд с водой. Вода выливается в стакан.

Учитель. Объём вылившейся воды равен чему?

Учащиеся. Объёму погружённого в воду тела.

Учитель. Указатель пружины отмечает уменьшение веса цилиндра в воде, вызванное действием чего?

Учащиеся. Выталкивающей силы.

Учитель. Выливаем в ведёрко воду из стакана и видим, что указатель пружины возвращается к начальному положению. Итак, под действием архимедовой силы пружина сократилась, а под действием веса вытесненной воды вернулась в начальное положение. Что можно сказать об этих силах?

Учащиеся. Архимедова сила равна весу жидкости, вытесненной телом.

Учитель. Мы рассмотрели третий способ нахождения архимедовой силы. Чтобы найти силу Архимеда, действующую на тело, нужно определить вес жидкости, которую это тело вытесняет.

А теперь сформулируйте самостоятельно закон Архимеда, заполнив пропуски в задании 2 в рабочей тетради. (Ребята делают записи и сверяют их со слайдом. )

III. Решение задач (14 мин)

(На экране демонстрируются рисунки к заданиям 3–5 в рабочих тетрадях, учащиеся записывают решения. По мере выполнения заданий учитель обсуждает фронтально результаты, демонстрируя слайды с верными решениями. )

Учитель (по выполнении задания 3, а ). Поднимите свои рабочие тетради и покажите, как вы это сделали. Сверим правильный результат с показанным на экране.

(По выполнении задания 3, б ). На какой шар действует наименьшая выталкивающая сила? Почему?

(По выполнении задания 4 ). А теперь давайте внимательно посмотрим на этот рисунок и выясним, от чего же сила Архимеда не зависит.

Учащиеся. Архимедова сила не зависит от формы тела, глубины его погружения, плотности тела и его массы.

Учитель (по выполнении задания 5 ). В воду нырнули первоклассник и одиннадцатиклассник. На кого действует большая выталкивающая сила? Почему? (Демонстрирует слайд с видеозадачей, которую заранее составили, нарисовали и озвучили ученики. )

На территории Палестины и Израиля есть странное, на первый взгляд, море. О нём сложились мрачные легенды. В одной из них говорится: «И вода, и земля здесь богом прокляты». Какая-то таинственная неведомая сила выталкивает на поверхность попавшие в него предметы. Однако, несмотря на сказания, плавать в этом море очень даже весело и увлекательно.

Вот как описывает купание в водах Мёртвого моря Марк Твен: «Это было забавное купание, мы не могли утонуть. Здесь можно вытянуться на воде во всю длину, лёжа на спине и сложив руки на груди, причём большая часть тела будет оставаться над водой. При этом можно совсем поднять голову… Вы можете лежать очень удобно на спине, подняв колени к подбородку и охватив их руками, но вскоре перевернётесь, так как голова перевешивает. Вы можете встать на голову – и от середины груди до конца ног будете оставаться вне воды; но вы не сможете долго сохранять такое положение. Вы не можете плыть на спине, подвигаясь сколь-нибудь заметно, так как ноги ваши торчат из воды и вам приходится отталкиваться только пятками. Если же вы плывёте лицом вниз, то подвигаетесь не вперёд, а назад. Лошадь так неустойчива, что не может ни плавать, ни стоять в Мёртвом море, она тотчас же ложится набок».

Учитель. В чём же загадка Мёртвого моря? Почему в нём нельзя утонуть? (Ответы учащихся. )

Ещё раз повторим, как можно найти выталкивающую силу. (Учащиеся проговаривают способы по рисунку в задании 5. Выполняют письменно задание 6 и устно задание 7. )

IV. Отработка знаний и умений (4 мин)

Учитель. А сейчас проверим, хорошо ли вы познакомились с архимедовой силой. Для этого выполним задание 8. Ученица (называет фамилию хорошо успевающей девушки ) будет выполнять это задание на компьютере, остальные – в рабочих тетрадях. (По выполнении задания предлагает ученикам посчитать, сколько раз буква «А» встречается в ответах и поднять вверх столько пальцев. Этот методический приём позволяет оперативно проконтролировать знания. )

V. Проверка знаний и умений (7 мин)

Учитель. Для проверки полученных знаний проведём блицтурнир. Класс разбивается на команды по четыре человека. На экране будут демонстрироваться видеозадачи, озвученные ранее вашими товарищами. Первой отвечает команда, которая раньше поднимет руку. За каждый правильный ответ вы получите «звёздочку умника».

Видеозадача 1. Мой друг, вернувшись из путешествия, показал необычные фотографии. В каком месте он мог сделать эти фотоснимки? Объясните запечатлённые чудеса.

Видеозадача 2. Почему длинные и очень гибкие стебли подводных растений сохраняют в воде вертикальное положение?

Видеозадача 3. Кит, хотя и живёт в воде, но дышит лёгкими. За счёт изменения их объёма он легко может менять глубину погружения. Однако, имея лёгкие, кит не проживёт и часа, если окажется на суше. В чём же дело?

Видеозадача 4. Рыбы могут легко регулировать глубину погружения, меняя объём своего тела благодаря плавательному пузырю. Что происходит с выталкивающей силой, действующей на рыбу, при уменьшении объёма плавательного пузыря?

Видеозадача 5. Почему водолазы с тяжёлыми кислородными баллонами в воде чувствуют себя невесомыми?

VI. Подведение итогов (1 мин)

Учитель. Давайте выясним, какая команда получила большее количество звёздочек. Все её члены получают за блицтурнир оценку «пять». Итак, мы разобрались, почему одни тела плавают на поверхности жидкости, а другие тонут, почему возможно плавание судов, подводных лодок, воздушных шаров и аэростатов. И в жизни вам предстоит ещё не один раз встретиться с силой Архимеда.

Запишите домашнее задание: прочитайте § 48, 49 учебника ; выучите опорный конспект (в рабочей тетради); выполните задание 9 (все) и задание 10 (желающие) из рабочей тетради ; подготовьтесь к лабораторной работе № 7 .

Приложение 1. Фрагмент рабочей тетради 3-го уровня сложности

Задание 1. Действует ли на металлический цилиндр, погружённый в воду, архимедова сила?

Задание 2. Заполните пропуски.

Закон Архимеда. На тело, ______ в жидкость или газ ____________ вертикально _________________ сила, равная ____________ жидкости или газа в _________ тела (или его погружённой части).

Задание 3. В сосуд с водой помещены три шара.

а ) Закрасьте карандашом те шары или части шаров, на которые со стороны жидкости действует выталкивающая сила.

б ) На какой шар действует наименьшая выталкивающая сила? Почему?

Задание 4. Одинаковые или разные выталкивающие силы действуют на алюминиевый кубик и медный шарик, погружённые в жидкость, если их объёмы равны?

ВЫВОД. Сила Архимеда не зависит от:

Задание 5. На какой из двух одинаковых шаров действует бóльшая архимедова сила, если первый помещён в воду, а второй в керосин?

Задание 6. В апреле 1912 г. отправилось в первое и последнее плавание крупнейшее пассажирское судно «Титаник» водоизмещением 46 300 т (масса воды, вытесняемой судном). Найдите величину выталкивающей силы, действующей на него.

Задание 7. Быстро и (желательно) устно решите задачи.

Задание 8. Хорошо ли ты знаешь силу Архимеда? (Приводим один вариант. )

		Варианты ответов
	На какое тело действует бóльшая архимедова сила?	А) На первое; Б) на второе; В) на оба тела одинаковая
	На какое тело действует меньшая выталкивающая сила?	А) На первое; Б) на второе; В) на третье
	На какое тело действует бóльшая выталкивающая сила?	А) На первое; Б) на второе; В) на третье
	К коромыслу весов подвешены два алюминиевых цилиндра одинакового объёма. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр поместить в воду, а другой – в спирт?	А) Перевесит цилиндр в спирте; Б) перевесит цилиндр в воде; В) не нарушится
	Определите выталкивающую силу, действующую на погружённое в воду тело объёмом 0,001 м 3

Задание 9. Сравните выталкивающие силы, действующие на тела 1 и 2 .

Одинаковые железные шарики m 1 = m 2
F A1 _____ F A2

Задание 10. Найдите выталкивающую силу в следующих ситуациях.

Литература

1. Пёрышкин А.В. Физика. 8 класс. М.: Дрофа, 1999.
2. Чижевский Е.А., Иноземцева С.В., Кантор Р.В. Репетитор по физике Кирилла и Мефодия. [Электронный ресурс] 1 эл.-опт. диск. 1999.

Приложение 2. Самоанализ урока

Самоанализ урока является одним из инструментов совершенствования учителя, формирования и развития его профессиональных качеств, улучшения техники преподавания. В ходе самоанализа преподаватель получает возможность взглянуть на свой урок как бы со стороны, осознать его как явление в целом, целенаправленно осмыслить совокупность собственных теоретических знаний, способов, приёмов работы. Это – рефлексия, позволяющая оценить свои сильные и слабые стороны, выявить резервы, уточнить отдельные моменты индивидуального стиля деятельности.

В своём самоанализе я буду рассматривать урок в основном с позиции традиционной парадигмы, но, кроме того, предполагаю поднять вопросы, касающиеся традиционно-развивающей и личностно-ориентированной парадигм.

Раздел «Давление твёрдых тел жидкостей и газов».

Тема «Выталкивающая сила. Закон Архимеда».

Место урока в теме: урок № 15. Согласно методике, урок опирается на темы «Закон Паскаля», «Давление жидкости на дно и стенки сосуда», «Сложение двух сил, направленных по одной прямой», «Плотность вещества», «Расчёт массы тела по его плотности», «Три состояния вещества». Тема урока сама является базовой при изучении тем «Плавание тел», «Плавание судов», «Воздухоплавание», а также применяется при решении отдельных олимпиадных задач и задач по динамике в 9-м классе.

Урок проходил в 7-Д классе. По словам преподавателей, это класс со средним уровнем интеллектуального развития учащихся. Исходя из этих особенностей, я и построил урок.

Форма урока: урок изучения нового материала и первичного его закрепления.

Выбранная структура урока позволяет развивать познавательную активность школьников и приучает к мысли, что они при желании могут управлять своей успеваемостью.

Триединая цель (см. сценарий): сообщена учащимся после мобилизующего рассказа об Архимеде.

Оборудование: компьютер с проектором, презентация, мультимедийный репетитор по физике Кирилла и Мефодия, трёхуровневые рабочие тетради, оценочные «звёздочки умника», стаканы с водой, динамометры, металлические цилиндры, аквариум с водой, резиновый мяч, стеклянный шар для взвешивания воздуха, сосуд для получения углекислого газа, молотый мел, кислота, весы с разновесами, три штатива, резиновый брусок, пружина, пенопласт, сосуд с горохом, ведёрко Архимеда. Учебное оборудование использовалось целесообразно, во время урока на виду был только иллюстрируемый материал. Когда всё внимание учеников должно было быть на учителе, слайды выключались.

Межпредметные связи: физики с историей, биологией, экологией, литературой, изобразительным искусством, географией.

Методы: объяснительно-иллюстративный, проблемного изложения, частично-поисковый, словесный (рассказ и эвристическая беседа), демонстрация опытов, опорных конспектов, схем, заданий, видеофрагментов, экспериментальный (фронтальная лабораторная работа, решение качественных и количественных задач), стимулирование интереса к учению, контроль и самоконтроль (устный, письменный и лабораторный) и др. Все перечисленные методы способствовали развитию умственной самостоятельности, познавательной активности и соответствуют технологии выработки умений и навыков в процессе проблемного обучения.

Хронометраж по этапам урока: Рассказ об Архимеде – 3 мин Объяснение нового материала – 12 мин Фронтальная лабораторная работа – 4 мин Первичное закрепление знаний и решение качественных задач – 10 мин Решение количественных задач – 4 мин Выполнение тестовых заданий – 4 мин Блицтурнир – 7 мин Подведение итогов и задание на дом – 1 мин.

Формы работы с учащимися: фронтальная, групповая (группы постоянного состава), индивидуальная.

На уроке была использована самостоятельня работа, организована взаимопроверка, а также сверка с верной информацией на проекционном экране. Считаю, что методических нарушений не было, содержание учащимися было понято, время на подготовку ограничено, контроль был разнообразен.

Для удобства работы и экономии времени на уроке для учеников были подготовлены три типа рабочих тетрадей: тетради зелёного цвета содержали задания 1-го уровня сложности, выполнение которых оценивалось на «3», тетради жёлтого цвета – задания 2-го уровня сложности, на оценку «4», красного – 3-го уровня сложности, на оценку «5». В тетрадях были напечатаны все основные опорные схемы и опорные конспекты, чтобы ученикам не нужно было тратить время на их переписывание. Кроме значительной экономии времени урока, рабочая тетрадь позволяет существенно снизить утомляемость учеников благодаря дифференцированным (в том числе и домашним) заданиям. В специальную таблицу выносятся оценки за четыре вида работ на уроке, по которым учитель выставляет итоговую оценку. Тестовое задание представлено в двух вариантах.

Для текущей проверки знаний было выбрано тестирование. Это современная, удобная для учителя технология, позволяющая максимально объективно оценить уровень достижений ученика и требующая минимум времени для проверки. одна ученица выполняла это задание на компьютере, остальные – в рабочих тетрадях. Психологически грамотные компьютерные комментарии оказывали на ученицу сильное воспитательное воздействие.

Домашнее задание: дано в рамках урока, с инструктажем к выполнению.

Во время проведения блицтурнира, я сделал текущий самоанализ и изменил запланированную концовку урока: вместо повторения опорного конспекта дал из резерва три проблемных вопроса блицтурнира и тем самым перенёс центр «тяжести» данного этапа урока со школы памяти на школу развития.

Также в качестве резерва у меня было запланировано решение экспериментальной задачи, повторяющей опыт Архимеда по определению объёма тела сложной формы, но на уроке резерв не был использован.

Планирование урока: позволило развить умения анализировать, сравнивать, выделять главное, абстрагировать, конкретизировать, обобщать, умения вести диалог, коммуникативные умения учащихся, происходило обучение перцептивным действиям. Ученикам давалось многосенсорное представление информации в виде аудиального, визуального и кинестетического способов обучения. за урок 7 раз менялись виды деятельности. Такой подход позволил воздействовать на всех учащихся и дал возможность получать информацию, выбрав свой входной канал.

Время урока использовано рационально, уровень проверки знаний рационален, с точки зрения психодинамических характеристик ритм урока менялся со сменой вида деятельности. Темп определялся трудностью изучаемого материала: лёгкий материал давался в быстром темпе, при переходе к трудному замедлялась скорость речи, материал многократно повторялся (например, я многократно обращал внимание на то, что сила Архимеда зависит только от плотности жидкости и объёма тела или его погружённой части).

Ключевая проблема удержания внимания была полностью решена за счёт применения интерактивных технологий – смены ярких впечатлений от увиденного на проекционном экране и чередования видов учебной деятельности. При этом внимание носило не созерцательный, как при просмотре видеофильмов, а мобилизующий характер, т. к. требовало ответной реакции учащихся. Кроме того, для удержания внимания применялось раскрытие перед учащимися через решение практических задач и заданий блицтурнира жизненной значимости изучаемого материала. Яркость, новизну и структурирование наглядному материалу придавало использование компьютера, разнообразных демонстраций и рабочей тетради.

При объяснении нового материала и решении задач учитывался объём кратковременной памяти. После перевода нового материала в долговременную память в целях закрепления его следов на последующих уроках я применяю эффект реминисценции.

Положительные переживания ребят стимулировались похвалой и одобрительным кивком. Психологический микроклимат поддерживался оптимистическим и мажорным настроением учителя.

Воспитательный потенциал реализован. Общение было доброжелательным, демократичным, толерантным, доминировало положительное нравственно-эмоциональное состояние; оборудование и оснащение способствовало воспитанию эстетической культуры.

В подготовке видеозадач к уроку самое активное участие принимали ученики. Они подбирали и озвучивали видеофрагменты, сами сделали рисунок к задаче о Мёртвом море. При этом успешно решалась проблема развития познавательного интереса. Связь обучения с жизнью, бытом является мощным средством воспитания интереса к уроку. Методика применения видеозадач содействует формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира, позволяет сделать процесс обучения более интерактивным, ориентированным на практику, развивает образное мышление, повышает познавательную активность, пробуждает интерес к предмету и мотивацию к изучению физики. Всё это происходит на фоне выраженного эмоционального восприятия: учащиеся начинают сами интересоваться, узнавать в повседневной жизни те или иные физические явления, стараясь применять полученные знания на практике.

Считаю, что конечный результат урока достигнут, т. к. учащиеся научились в различных ситуациях находить силу Архимеда, плотность жидкости и объём тела. Они общались, вели диалоги, в ходе которых происходило развитие мышления, проявляли интерес к предмету, было большое количество правильных ответов.

Особенность урока: 1) включён материал двух уроков (см. выше); 2) урок в высокой степени интерактивен, имеет практическую направленность, включает в себя много самостоятельной работы, изучаемый материал связан с жизнью; 3) для снижения утомления учащихся применены две валеологические технологии – игра «Блицтурнир» и персональный компьютер, – что обеспечило высокий уровень познавательной активности учеников не за счёт их здоровья.

Самооценка урока по Б.А. Татьянкину (Проектирование технологии обучения физике в 7 классе. Воронеж: ВорОИПКиПРО, 2001) приведена в табл. 1.

Таблица 1. Самооценка урока по Б.А. Татьянкину

Самооценка урока по Ю.А. Конаржевскому (Анализ урока. М.: Центр «Педагогический поиск», 2003) в трёхбалльной системе приведена в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика урока
Цель урока названа
Организованы действия учащихся по принятию цели деятельности
Соответствие содержания учебного материала цели урока обеспечено: а ) мотивацией деятельности, б ) сотрудничеством учителя и учащихся, в ) контролем и самоконтролем.
Соответствие методов обучения содержанию учебного материала
Соответствие форм организации познавательной деятельности обеспечили: а ) сотрудничество между учащимися, б ) включение каждого ученика в деятельность по достижению триединой дидактической цели.
Формы организации познавательной деятельности отобраны в соответствии с содержанием учебного материала и целью урока, методами обучения
Уровень достижения триединой цели урока: а ) образовательный аспект, б ) воспитательный аспект, в ) развивающий аспект.

Итак, эффективность урока Э у = 22/24 = 92% (т. е. больше критерия 86%), нет ни одной оценки 0 баллов, следовательно, урок можно считать отличным.

Эта легенда, возможно, не так далека от истины. См. «Лучевое оружие античности», № 4/2009 . – Ред.

Вопрос не столь прост. Приводим выдержку из заметки К.Ю. Богданова (см. № : «К сожалению, наука до сих пор не в состоянии до конца объяснить явления, происходящие в гранулярных смесях при их встряхивании. И основная причина здесь кроется в том, что сухая смесь по своим свойствам не похожа ни на жидкость, ни на твёрдое тело. Поэтому многие законы, упрощающие анализ поведения жидкостей и твёрдых тел, здесь просто неприменимы. Только недавно, с появлением суперкомпьютеров, стало возможным моделировать скольжение друг по другу тысяч песчинок. Первые такие исследования, проведённые в 1987 г. в Технологическом институте штата Нью-Джерси (США), показали, что при встряхивании, как и следовало ожидать, между соседними гранулами образуются промежутки. В эти промежутки скатываются под действием силы тяжести соседние гранулы. Оказалось, что вероятность образования малого промежутка всегда выше, чем большого. Поэтому более мелкие гранулы и скатываются вниз чаще. Таким образом, после интенсивного встряхивания происходит концентрация мелких гранул внизу и соответственно крупных гранул наверху». – Ред.

Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на погруженное в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме тела.

История вопроса

«Эврика!» («Нашел!») – именно этот возглас, согласно легенде, издал древнегреческий ученый и философ Архимед, открыв принцип вытеснения. Легенда гласит, что сиракузский царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу. Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало – нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну – и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему. Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый побежал докладывать о своей победе в царский дворец, даже не потрудившись одеться.

Однако, что правда – то правда: именно Архимед открыл принцип плавучести. Если твердое тело погрузить в жидкость, оно вытеснит объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела. Давление, которое ранее действовало на вытесненную жидкость, теперь будет действовать на твердое тело, вытеснившее ее. И, если действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело будет всплывать; в противном случае оно пойдет ко дну (утонет). Говоря современным языком, тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости, в которую оно погружено.

Закон Архимеда и молекулярно-кинетическая теория

В покоящейся жидкости давление производится посредством ударов движущихся молекул. Когда некий объем жидкости вымещается твердым телом, направленный вверх импульс ударов молекул будет приходиться не на вытесненные телом молекулы жидкости, а на само тело, чем и объясняется давление, оказываемое на него снизу и выталкивающее его в направлении поверхности жидкости. Если же тело погружено в жидкость полностью, выталкивающая сила будет по-прежнему действовать на него, поскольку давление нарастает с увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему давлению, чем верхняя, откуда и возникает выталкивающая сила. Таково объяснение выталкивающей силы на молекулярном уровне.

Такая картина выталкивания объясняет, почему судно, сделанное из стали, которая значительно плотнее воды, остается на плаву. Дело в том, что объем вытесненной судном воды равен объему погруженной в воду стали плюс объему воздуха, содержащегося внутри корпуса судна ниже ватерлинии. Если усреднить плотность оболочки корпуса и воздуха внутри нее, получится, что плотность судна (как физического тела) меньше плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на него в результате направленных вверх импульсов удара молекул воды, оказывается выше гравитационной силы притяжения Земли, тянущей судно ко дну, – и корабль плывет.

Формулировка и пояснения

Тот факт, что на погруженное в воду тело действует некая сила, всем хорошо известен: тяжелые тела как бы становятся более легкими – например, наше собственное тело при погружении в ванну. Купаясь в речке или в море, можно легко поднимать и передвигать по дну очень тяжелые камни – такие, которые не удается поднять на суше. В то же время легкие тела сопротивляются погружению в воду: чтобы утопить мяч размером с небольшой арбуз требуется и сила, и ловкость; погрузить мяч диаметром полметра скорее всего не удастся. Интуитивно ясно, что ответ на вопрос – почему тело плавает (а другое – тонет), тесно связан с действием жидкости на погруженное в нее тело; нельзя удовлетвориться ответом, что легкие тела плавают, а тяжелые – тонут: стальная пластинка, конечно, утонет в воде, но если из нее сделать коробочку, то она может плавать; при этом ее вес не изменился.

Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед. Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.

Формула

Сила Архимеда, действующая на погруженное в жидкость тело, может быть рассчитана по формуле: F А = ρ ж gV пт,

где ρж – плотность жидкости,

g – ускорение свободного падения,

Vпт – объем погруженной в жидкость части тела.

Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести Fт и архимедовой силы FA, которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

1) Fт > FA – тело тонет;

2) Fт = FA – тело плавает в жидкости или газе;

3) Fт < FA – тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Наблюдая за полетом воздушных шаров и за движением кораблей по морской глади, многие люди задаются вопросом: что заставляет подниматься в небеса или держит на поверхности воды эти транспортные средства? Ответом на этот вопрос является выталкивающая сила. Рассмотрим подробнее ее в статье.

Текучие среды и статическое давление в них

Текучими называются два агрегатных состояния вещества: газ и жидкость. Воздействие любой касательной силы на них заставляет смещаться одни слои вещества относительно других, то есть материя начинает течь.

Жидкости и газы состоят из элементарных частиц (молекул, атомов), которые не имеют определенного положения в пространстве, как, например, у твердых тел. Они постоянно движутся в разных направлениях. В газах это хаотичное движение является более интенсивным, чем в жидкостях. Благодаря отмеченному факту текучие субстанции могут передавать оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково

Поскольку все направления движения в пространстве являются равноправными, то суммарное давление на любой элементарный объем внутри текучего вещества равно нулю.

Ситуация в корне изменяется, если рассматриваемое вещество поместить в гравитационное поле, например, в поле тяжести Земли. В этом случае каждый слой жидкости или газа имеет некоторый вес, с которым он давит на лежащие ниже слои. Это давление называется статическим. Оно возрастает прямо пропорционально глубине h. Так, в случае жидкости с плотностью ρ l гидростатическое давление P определяется по формуле:

Здесь g = 9,81 м/с 2 - ускорение свободного падения вблизи поверхности нашей планеты.

Гидростатическое давление ощущал на себе каждый человек, который хотя бы один раз нырял на несколько метров под воду.

Гидростатическое давление и закон Архимеда

Поставим следующий простой опыт. Возьмем тело правильной геометрической формы, например, куб. Пусть длина стороны куба равна a. Погрузим этот куб в воду так, что его верхняя грань окажется на глубине h. Какое давление оказывает вода на куб?

Чтобы ответить на поставленный выше вопрос, необходимо рассмотреть величину гидростатического давления, которое действует на каждую грань фигуры. Очевидно, что суммарное давление, действующее на все боковые грани, будет равно нулю (давление на левую грань будет компенсироваться давлением на правую). Гидростатическое давление на верхнюю грань будет равно:

Это давление направлено вниз. Соответствующая ему сила равна:

F 1 = P 1 *S = ρ l *g*h*S.

Где S - площадь квадратной грани.

Сила, связанная с гидростатическим давлением, которая действует на нижнюю грань куба, будет равна:

F 2 = ρ l *g*(h+a)*S.

Сила F 2 направлена вверх. Тогда результирующая сила будет направлена также вверх. Ее значение равно:

F = F 2 - F 1 = ρ l *g*(h+a)*S - ρ l *g*h*S = ρ l *g*a*S.

Заметим, что произведение длины ребра на площадь грани S куба - это его объем V. Этот факт позволяет переписать формулу следующим образом:

Такая формула выталкивающей силы говорит о том, что значение F не зависит от глубины погружения тела. Так как объем тела V совпадает с объемом жидкости V l , которую оно вытеснило, то можно записать:

Формулу выталкивающей силы F A принято называть математическим выражением закона Архимеда. Его впервые установил древнегреческий философ в III веке до нашей эры. Закон Архимеда принято формулировать так: если тело погружено в текучую субстанцию, то на него действует направленная вертикально вверх сила, которая равна весу вытесненной телом рассматриваемой субстанции. Выталкивающую силу также называют силой Архимеда или подъемной силой.

Силы, оказывающие действие на твердое тело, погруженное в текучую субстанцию

Эти силы важно знать, чтобы ответить на вопрос, будет тело плавать или тонуть. В общем случае их всего две:

• сила тяжести или вес тела F g ;
• выталкивающая сила F A .

Если F g >F A , тогда с уверенностью можно сказать, что тело утонет. Наоборот, если F g

Подставляя формулы для названных сил в указанные неравенства, можно получить математическое условие плавания тел. Оно выглядит так:

Здесь ρ s - средняя плотность тела.

Демонстрацию действия записанного выше условия на практике провести несложно. Достаточно взять два металлических куба, один из которых сплошной, а другой - полый. Если бросить их в воду, то первый утонет, а второй будет плавать на поверхности воды.

Применение выталкивающей силы на практике

Все транспортные средства, которые движутся на поверхности воды или под водой, используют принцип Архимеда. Так, водоизмещение кораблей рассчитывается исходя из знания максимальной выталкивающей силы. Подводные лодки, изменяя свою среднюю плотность с помощью специальных балластных камер, могут всплывать или погружаться.

Ярким примером изменения средней плотности тела является использование человеком спасательных жилетов. Они значительно увеличивают общий объем и при этом практически не изменяют вес человека.

Подъем воздушного шара или накачанных гелием детских шариков в небе - это яркий пример действия выталкивающей архимедовой силы. Ее появление связано с разностью между плотностью горячего воздуха или газа и холодного воздуха.

Задача на вычисление архимедовой силы в воде

Полый шар полностью погружен в воду. Радиус шара равен 10 см. Необходимо вычислить выталкивающую силу воды.

Для решения этой задачи не требуется знать, из какого материала изготовлен шар. Необходимо лишь найти его объем. Последний вычисляется по формуле:

Тогда выражение для определения архимедовой силы воды запишется в виде:

F A = 4/3*pi*r 3 *ρ l *g .

Подставляем радиус шара и плотность воды (1000 кг/м 3), получаем, что выталкивающая сила равна 41,1 Н.

Задача на сравнение архимедовых сил

Имеется два тела. Объем первого равен 200 см 3 , а второго - 170 см 3 . Первое тело погрузили в чистый этиловый спирт, а второе - в воду. Необходимо определить, одинаковы ли выталкивающие силы, действующие на эти тела.

Соответствующие архимедовы силы зависят от объема тела и от плотности жидкости. Для воды плотность равна 1000 кг/м 3 , для этилового спирта - 789 кг/м 3 . Рассчитаем выталкивающую силу в каждой жидкости, используя эти данные:

для воды: F A = 1000*170*10 -6 *9,81 ≈ 1,67 Н;

для спирта: F A = 789*200*10 -6 *9,81 ≈ 1,55 Н.

Таким образом, в воде архимедова сила оказывается на 0,12 Н больше, чем в спирте.

Инструкция

Архимедова сила возникает из-за разности давлений воды на уровне верхнего и нижнего срезов тела. На верхнюю часть давит столб воды высотой h1 с силой, равной весу этого . На нижнюю часть действует сила, равная весу столба высотой h2. Эта высота определяется сложением h1 и высотой самого тела. Согласно закону Паскаля, давление в жидкости или газе распределяется равномерно во все стороны. В том числе и вверх.

Очевидно, что сила, действующая вверх, превышает силу, действующую вниз. Но, следует учесть, что принимается во внимание только воздействие столба жидкости. От собственного веса тела выталкивающая сила не зависит. Ни материал, из которого сделано тело, ни его иные качества, кроме размеров при вычислениях не используются. Расчет архимедовой силы базируется только на плотности жидкости и геометрических размерах погруженной части.

Существует два способа, архимедову силу, действующую на тело, погруженное в жидкость. Первый состоит в измерении объема тела и вычислении веса жидкости, занимающей аналогичный объем. Для этого необходимо, чтобы тело обладало правильной геометрической формой, то есть, было кубом, параллелепипедом, шаром, полусферой, конусом. Объем твердого тела более сложной формы рассчитать очень трудно, поэтому для определения силы Архимеда в этом случае существует более практичный способ № 2. Но о нем несколько позже.

Определив объем погружаемого тела, умножаем его на плотность жидкости и находим величину выталкивающей силы, действующей на это тело в однородной среде заданной плотности и на ускорение свободного падения g (9,8 м/с2). Формула для определения силы Архимеда выглядит так:
F=ρgV
ρ - удельная плотность жидкости;
g - ускорение свободного падения;
V - объем вытесненной жидкости.
Как и любая сила, она измеряется в Ньютонах (Н).

Второй способ базируется на измерении объема вытесненной жидкости. Он наиболее соответствует тому опыту, который и привел Архимеда к открытию своего закона. Этот способ очень удобен и при вычислении архимедовой силы при частичном погружении тела. Для получения необходимых данных исследуемое тело подвешивают на нитке и медленно опускают в жидкость.

Достаточно замерить уровень жидкости в сосуде до погружения тела и после, умножить разницу уровней на площадь поверхности и найти объем вытесненной жидкости. Как и в первом случае, умножаем этот объем на плотность жидкости и g. Полученная величина и является силой Архимеда. Чтобы единицей измерения силы стал Ньютон, следует объем измерять в м3, а плотность - в кг/м3.