Закон Архимеда - Давление твердых тел, жидкостей и газов

Цель урока: изучить содержание закона Архимеда, раскрыть физическую суть плавания.

Оборудование: штатив; стеклянный сосуд с отверстием для вытекания воды; колбы; динамометр; набор грузов.

Демонстрации: опыты по рис. 139 учебника.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

Проверяя домашнее задание, может опросить одного-двух учеников по вопросам к изученному параграфу. Еще один-два ученика объясняют решение домашних задач. Остальные могут и должны дополнять ответы на вопросы, а также предлагать свои решения задач.

Вопросы для повторения.

Два одинаковых сосуда наполнены до краев водой. В одном из них плавает кусок дерева. Какой из сосудов перетянет, если их поставить на весы. Ответ проверить экспериментально.

К короткому отрезку стеариновой свечи прикрепите снизу небольшой груз так, чтобы свеча плавала в воде. Зажгите свечу. Как быстро погаснет свеча? Ответ проверить экспериментально.

Самостоятельная работа

Вариант 1

1. В сосуд с жидкостью погружен параллелепипед. Каковы силы, действующие на переднюю и заднюю грани параллелепипеда?

А. На переднюю грань действует большая сила, чем на заднюю.

Б. На переднюю действует меньшая, чем на заднюю.

В. На переднюю и заднюю грани действуют одинаковые силы.

2. На тело, находящееся в газе действует...

А. Только сила тяжести.

Б. Сила тяжести и сила, выталкивающая это тело из газа.

В. Только сила, выталкивающая это тело из газа.

3. На весах уравновешены два шарика, 1 и 2. Нарушится ли равновесие весов, если убрать сосуд с жидкостью?

А. Шарик 2 перевесит шарик 1.

Б. Шарик 1 перевесит шарик 2.

В. Равновесие не нарушится.

4. Два одинаковых параллелепипеда, 1 и 2, находятся в двух сосудах с жидкостью. Сравните выталкивающие силы, действующие на каждый параллелепипед.

A. F₁ > F₂

Б. F₁ = F₂

В. F₁ < F₂

5. В каком случае выталкивающая сила, действующая на самолет, меньше: 1) на высоте 2 км; 2) на высоте 10 км?

А. В обоих случаях силы одинаковы.

Б. 1.

В. 2.

Ответы. 1. В 2. Б 3. А 4. Б 5. В

Вариант 2

1. В газе находится параллелепипед. Каковы силы, действующие на правую и левую грани параллелепипеда?

А. На правую грань действует сила большая, чем на левую.

Б. На правую действует сила меньшая, чем на левую.

В. На правую и левую грани действуют одинаковые силы.

2. На тело, находящееся в жидкости действует...

А. Только сила тяжести.

Б. Сила тяжести и сила, выталкивающая это тело из жидкости.

В. Только сила, выталкивающая это тело из жидкости.

3. На весах уравновешены два шарика, 1 и 2. Нарушится ли равновесие весов, если шарик 1 опустить в сосуд с жидкостью?

А. Шарик 2 перевесит шарик 1.

Б. Шарик 1 перевесит шарик 2.

В. Равновесие не нарушится.

4. Два одинаковых параллелепипеда, 1 и 2, находятся в двух сосудах с жидкостью. Сравните выталкивающие силы, действующие на каждый параллелепипед.

A. F₁ > F₂

Б. F₁ = F₂

В. F₁ < F₂

5. В каком случае выталкивающая сила, действующая на воздушный шар, больше: 1) у поверхности Земли; 2) на высоте полета?

А. В обоих случаях силы одинаковы.

Б. 1.

В. 2.

Ответы. 1. A 2. В 3. Б 4. А 5. Б

II. Демонстрация опытов

Прежде, чем приступить к изложению нового материала, следует отметить, что любая сила, как физическая величина, должна быть измерена. Направление выталкивающей силы и точка приложения были определены на прошлом уроке. Теперь необходимо измерить величину силы Архимеда.

Для пояснения идеи опыта (по рис. 139 учебника) необходимо, чтобы тело, мерный сосуд отливная трубка были хорошо заметны с демонстрационного стола. На опыте следует показать, что разность силы упругости динамометра до погружения тела в воду, и в погруженном состоянии равна не только величине выталкивающей силы, но и весу вытесненной воды. Это наглядно демонстрируется на данном опыте.

Этот опыт подтверждает полученный Архимедом вывод, что тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе ту часть, которая равна весу вытесненной жидкости.

III. Изучение нового материала

«На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная снизу вверх и равная весу жидкости в объеме, вытесненном телом».

Докажем это утверждение.

Нетрудно понять, что на любое тело действует выталкивающая сила, которая зависит лишь от объема погруженной части. Давление, которое действует на тело со стороны слоев жидкости, будет одинаковым для любых тел.

Заменим твердое тело жидким с той же плотностью, что и жидкость в сосуде. Она, как и любой элемент жидкости будет находиться в равновесии. Поэтому Архимедова сила, приложенная к этому жидкому телу, будет уравновешена силой тяжести. Следовательно:

но

тогда

Это и есть аналитическая форма закона Архимеда.

Следует помнить, что при расчете силы Архимеда под V_m понимают только ту часть объема тела, которая полностью находиться в жидкости.

Это может быть и часть объема тела (если оно плавает на поверхности, не полностью погрузившись), и весь объем (если тело утонуло).

III. Решение задач

Чтобы научить детей решать задачи любой сложности на закон Архимеда, можно предложить им следующий план решения:

- Выделите тело, погруженное в жидкость или газ, и его характеристики. Изобразите на рисунке.

- Определите тела, действующие на рассматриваемое тело. Изобразите действующие силы.

- Запишите условие равновесия.

- Составьте уравнение (или несколько уравнений), связывающее искомую величину с известными.

- Выведите формулу для расчета искомой величины.

- Проверьте правильность формулы по единицам величин, стоящих в правой и левой частях равенства.

- Выразите величины в единицах СИ и проведите расчет.

Для примера желательно одну-две задачи решить коллективно (один ученик — у доски, учитель и остальные учащиеся ему помогают). В дальнейшем дети самостоятельно пользуются предложенным планом для решения задач.

Решение задач. 628, 630, 631.

Домашнее задание

§ 49; вопросы к параграфу; задачи 605, 606,625, 627, 629.

Желающим можно предложить повторить «подвиг Архимеда», решив следующую задачу:

Слиток золота и серебра имеет массу 300 г. При погружении в воду его вес равен 2,75 H. Определите массу серебра и массу золота в этом слитке.