Определение выталкивающей силы действующей на тело. Лабораторная работа "определение величины выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело"

Тема: Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело.

Тип урока: Лабораторная работа: определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело.

Класс: 7, Перышкин: Учеб. Для 7 класса общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 2007.

Цели:

Образовательные:

Организовать деятельность учащихся по определению выталкивающей силы, действующей на тело погруженное в воду;

В ходе выполнения лабораторного эксперимента формировать у учащихся знание о зависимости выталкивающей силы от объема тела;

Сформировать знание о методе определения вычисления выталкивающей силы;

Научить определять выталкивающую силу при помощи измеренного веса тела в воздухе и в жидкости;

Сформировать умение собирать установку по определению выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело;

Воспитательные:

Обратить внимание учащихся на правильное оформлении лабораторной работы и поддержании порядка на рабочем столе.

Развивающие:

Развивать логическое мышление путем предложения ученикам самостоятельно делать вывод о проделанной работе.

Ход урока:

Тема: Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело

Цель работы : обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженное в неё тело и определить выталкивающую силу.

Оборудование : динамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела разного объема, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.

Ход работы:

1.Укрепите динамометр на штативе и подвести к нему на нити тело. Отметьте и запишите в таблице показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе.

2.Подставьте стакан с водой и опускайте муфту с лапкой и динамометром, пока все тело не окажется под водой. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде.

3.По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.

4.Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и снова определите выталкивающую силу, действующую на тоже тело.

5.Подвесте к динамометру тело другого объема и определите указанным способом(см. пункты 2 и 3) выталкивающую силу, действующую на него в воде.

6.Результаты запишите в таблицу.

7.На основе выполненных опытов сделайте выводы. От каких величин зависит значение выталкивающей силы?

Обоснование

Я считаю, что за работу можно поставить оценку «5».Потому что ученик написал цель и ход измерений, перечислил приборы с которыми выполняется измерение, собрал простую установку для выполнения измерений, пользовался измерительными приборами: определял цену деления шкалы, снимал показания, определил относительные и абсолютные погрешности, устранял действие побочных факторов, влияющих на результаты измерений, объяснил наблюдаемые физические явления, составил отчет о работе в виде таблицы. Знал устройство и принцип действия приборов, с которыми выполняются измерения, правило обращения с приборами, способы измерения данной физической величины. Самостоятельно анализировал полученные результаты и сделал вывод.

То есть ученик применил знания и умения I, II, III уровня.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ.

Цели : обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело и определить выталкивающую силу.

Приборы и материалы : динамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела разного объема, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.

Указание к работе:

1. Согласно закону Архимеда на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила F A , равная весу mg вытесненной жидкости:

F A = mg . (1)

Для сравнения архимедовой силы с весом тела нужно измерить вес тела P с помощью динамометра и вычислить архимедову силу F A . архимедова сила F A определяется по формуле:

F A = mg =  Vg (2),

где  - плотность воды ( = 1000 кг/м 3 ), V - объем вытесненной телом воды, g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с 2 ).

Объем V вытесненной воды можно измерить с помощью измерительного цилиндра как разность уровня воды при погружении в него исследуемого тела и без тела.

Архимедову силу FA , действующего на тело, тонущее в воде, можно найти, измерив с помощью динамометра вес тела P в воздухе и силу P 1 , удерживающую тело в равновесии при погружении его в воду:

P = F A + P 1 , F A = P - P 1 .

2. Измерьте вес Р первого тела с помощью динамометра.

3. Измерьте силу P 1 , действующую на крючок динамометра при полном погружении тела в воду. Для этого укрепите динамометр на штативе и подвесьте к нему груз. Поставьте стакан с водой и опускайте муфту с лапкой и динамометром, пока все тело не окажется под водой. Это будет вес тела в воде.

4. Вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.

5
. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и вычислите выталкивающую силу.

6. Подвесьте к динамометру другое тело и проделайте п.2 – п.5

7. Результаты измерений и вычислений запишите в отчетную таблицу.

Вес тела в воздухе

Вес тела в жидкости

Выталкивающая сила

F , Н F =P -P 1

Р ’

P’’

P 1 ’

P 1 ’’

F’

F’’

Вода

Насыщенный раствор соли в воде

На основе выполненных опытов сделайте выводы.

Контрольные вопросы.

1. В какой воде и почему легче плавать: в морской или речной?

2. Подвешенный на нити стальной брусок погружен в воду. Назовите взаимодействующие тела и силы, действующие на брусок. Изобразите эти силы графически.

3. Объем куска железа 0,1 м 3 . Какая выталкивающая сила будет на него действовать при полном погружении в керосин?

МБОУ СОШ № 117 Учитель физики Дмитракова Л.Н.

г.Снежинск Челябинской области

7 класс

Урок по теме: «Лабораторная работа № 7».

«Определение выталкивающей силы,

действующей на погруженное в жидкость тело»

Цели урока: Обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело и определить выталкивающую силу.

Оборудование урока: по описанию в учебнике стр. 167.

Тип урока: урок–исследование – лабораторная работа.

Образовательная цель: формировать теоретические и практические навыки и умения учащихся на опыте определять выталкивающую силу; умение сравнивать и делать выводы; умение измерять вес тела в воздухе и в жидкости.

Развивающая цель: развивать познавательный интерес учащихся к физике, развивать умение выполнять лабораторную работу по образцу; развивать умение находить закономерности; развивать умение заполнять таблицу; развивать исследовательские умения; развивать умение работать в парах.

Воспитательная цель: воспитывать чувство ответственности и уважения к своим товарищам; прививать культуру взаимоотношений, воспитывать организованность, воспитывать культуру работы с лабораторным оборудованием.

ДЗ: Л. № 605, 606, 623, 626.

Ход урока:

I . Организационный момент.

Мобилизующее начало урока. Проверка отсутствующих. Организация внимания.

Цель : психологический настрой учащихся на урок. Запись домашнего задания с пояснением № 626 (объем тела = abc ).

II . Сообщение темы и цели урока.

Цель : обнаружить на опыте выталкивающую силу; выяснить от чего зависит сила Архимеда (от плотности и от объема тела) и как?

III . Проверка усвоения изученного материала (фронтальный опрос учащихся).

Цель : проверка и оценка ЗУН

Вопросы для контроля:

1. Написать (на доске) формулу для расчета выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело.

2. От чего зависит выталкивающая сила? От чего не зависит?

3. Как направлена эта сила?

4. Кто впервые указал на существование выталкивающей силы и рассчитал ее значение?

5. Что гласит закон Архимеда?

IV . Выполнение лабораторной работы № 7

«Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело»

(проводится по описанию в учебнике страница 167.).

Цель : исследование, заполнение таблицы, рассуждение учащихся (работа в парах под руководством учителя).

V . Анализ и выводы из опытов .

Цель : сформировать умение сравнивать и делать выводы из опытов (коллективное обсуждение; самостоятельные записи в тетрадях).

Задания сравнить:

1. силу Архимеда, действующую на тела разного объема.

2. силу Архимеда, действующую на тело в чистой и соленой воде.

Выводы:

1. сила Архимеда зависит от объема погруженной части тела.

2.Сила Архимеда зависит от плотности жидкости.

3. При погружении тела в жидкость тело теряет в своем весе.

VI . Легенда об Архимеде (если останется время) .

Цель : формирование интереса учащихся к предмету; усвоение фактов и основных идей (беседы с учащимися о прочитанном).

VII . Решение задач (если останется время).

Цель : применение знаний о зависимости силы Архимеда от объема тела и плотности жидкости при решении качественных и вычислительных задач.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ.

На какой из опущенных в воду стальных шаров действует наибольшая выталкивающая сила?

Подвешенные к коромыслу весов одинаковые шары погрузили один — в масло, а другой – в воду. На какой шар будет действовать большая сила Архимеда?

3) Металлическая деталь весит в воздухе 44,5 Н., а при погружении в керосин – 40,5 Н. Чему равна Архимедова сила, действующая на деталь? Каков объем этой детали?

Дано:

P в в воздухе = 44,5 Н

P в в керосине = 40,5 Н

F а — ? V т — ?

VIII . Итоги урока.

(Что нового узнали? Чему научились? Трудно ли вам было? Интересно ли вам было на уроке?). Сдать тетради на проверку.

Для самоанализа урока (для учителя):

Методы творческой деятельности:

1. Мотивационные рисунки.

2. Самостоятельная практическая деятельность учащихся.

3. Наблюдение, анализ, сравнение, выводы, заполнение таблицы.

4. Поисковое задание.

5. Работа в парах.

Форма организации:

1. Фронтальная.

2. Парная.

3. Коллективная деятельность учащихся на уроке.

Цели:

• измерить выталкивающую силу, действующую на тело, погруженное в жидкость;
• развивать навыки самостоятельной индивидуальной работы и работы в группе, умение сравнивать, наблюдать;
• воспитывать самостоятельность делать выводы, подходить творчески к выполнению эксперимента, повысить познавательный интерес к науке.

Задачи:

• проверять теоретические предположения экспериментально, рассчитывать F А – силу Архимеда;
• развивать умение логически мыслить, сопоставлять, сравнивать, самостоятельно делать выводы;
• проявлять инициативу, активность, самостоятельность, творческий интерес.

Оборудование: компьютер, установочный диск «Лабораторные работы по физике»; мензурка, весы, разновески, тела – алюминиевый и латунный одинакового объема, динамометр.

План урока:

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.

Мотивация. (Приветствие, отметка отсутствующих, сообщение темы, целей урока, прочтение эпиграфа)

– Тема сегодняшнего урока чрезвычайна важна и интересна. С выталкивающей силой, действующей на погруженное в жидкость или газ тело мы встречаемся очень часто – поэтому мы должны учитывать этот фактор при выполнении различных работ, определять величину выталкивающей силы и определять условия, влияющие на величину этой силы. Этому и посвящено сегодняшнее исследование.
Схема исследования: исходные факты – гипотеза – исследование научной литературы – проведение эксперимента – анализ результатов – выводы.

2. Актуализация знаний

3. Исходные факты: итак тело помещенное в жидкость становится «легче»

4. Выдвижение гипотезы: поскольку изменение действия силы на тело можно осуществить только действием другой силы, следовательно против силы тяжести действует противоположно направленная выталкивающая сила – наша цель определить величину этой силы и проверить формулу: F А .= ж V Т g
Из-за разности давлений в жидкости на разных уровнях возникает выталкивающая или архимедова сила

Рис. 1.15.3 поясняет появление архимедовой силы. В жидкость погружено тело в виде прямоугольного параллелепипеда высотой h и площадью основания S . Разность давлений на нижнюю и верхнюю грани есть:

Поэтому выталкивающая сила будет направлена вверх, и ее модуль равен

где V – объем вытесненной телом жидкости, а V – ее масса.

Архимедова сила, действующая на погруженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа), вытесненной телом.

Это утверждение, называемое законом Архимеда , справедливо для тел любой формы.

Из закона Архимеда вытекает, что если средняя плотность тела т больше плотности жидкости (или газа) , тело будет опускаться на дно. Если же т < , тело будет плавать на поверхности жидкости. Объем погруженной части тела будет таков, что вес вытесненной жидкости равен весу тела. Для подъема воздушного шара в воздухе его вес должен быть меньше веса вытесненного воздуха. Поэтому воздушные шары заполняют легкими газами (водородом, гелием) или нагретым воздухом.

5. Выдвижение гипотез и следствия

На доске записано:

6. Эксперимент (лабораторная работа)

Наш великий соотечественник М.В. Ломоносов говорил: "Один опыт я ставлю выше, чем тысяча мнений, рожденных только воображением". Поэтому подвергнем экспериментальной проверке все наши гипотезы.
(На столах лежат приборы и все необходимое для проверки и проведения лабораторной работы).
Образцы карточек – памяток № 1-4, в которых дети будут записывать результаты, прилагается. По ходу работы по карточкам учитель записывает результаты на доске с комментариями (Приложение 1 ).

Таким образом, мы подтверждаем наши гипотезы и опыты ученых.
Проверим закон Архимеда, выполнив виртуальную лабораторную работу (Приложение 2 )

6. Итоги: проведенные работы подтвердили справедливость закона Архимеда.

Рефлексия:

1. Как можно на опыте определить, с какой силой тело, погруженное целиком в жидкость, выталкивается из жидкости?
2. Чему равна эта сила?
3. Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости и газы?
4. Как подсчитать архимедову силу?
5. От каких величин зависит архимедова сила? От каких величин она не зависит?

7. Домашнее задание: §48, 49, упр. 24, стр. 119.

Литература : учебник «Физика 7» А.В. Перышкин, «Поурочные разработки по физике» В.А. Волков, С.Е. Полянский.

Лабораторная работа 1

Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело

Цель работы: изучение параметров, от которых зависит сила Архимеда, действующая на погруженное в жидкость тело.

Введение

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила (архимедова сила). Согласно закону Архимеда выталкивающая сила F А направлена вертикально вверх и численно равна весу вытесненной телом жидкости (или газа). Математически закон Архимеда выражается формулой

F А = gV ,

где  - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения; V - объем погруженной в жидкость (или газ) части тела. В состоянии невесомости архимедова сила не действует.

За счет выталкивающей силы вес любого тела, находящегося в жидкости, оказывается меньше, чем в воздухе. Если вес тела в воздухе Р 1 , а в жидкости Р 2 , то значение архимедовой силы, действующей на это тело при его погружении в жидкость, можно найти как разность Р 1 и Р 2 , т. е.

F А = Р 2 – Р 1 .

Описание эксперимента

В этой работе вам предлагается измерить выталкивающую силу, действующую на погруженное в жидкость тело, а также исследовать зависимость выталкивающей силы от объема тела и от его массы.

Измерение архимедовой силы будет проведено с помощью датчика силы: сначала тело будет взвешено в воздухе и в жидкости, а затем будет вычислена разность полученных значений.

Оборудование и материалы

Задачи

1. Измерить вес тел в воздухе и в воде.

2. Определить выталкивающую силу, действующую на погруженные в воду тела.

3. Исследовать зависимость выталкивающей силы от объема тела.

4. Исследовать зависимость выталкивающей силы от объема погруженной части тела.

5. Исследовать зависимость выталкивающей силы от массы тела.

6. Проанализировать полученные данные.

7. Сделать выводы.

Выполнение эксперимента

1. Ознакомьтесь с общими правилами техники безопасности проведения практических работ в кабинете физики.

2. Перед началом работы вам необходимо проверить подключение и работу датчика силы. Подключите датчик к УИОД. Выберите в меню Файл пункт Новый . Датчик должен определиться автоматически, тогда на экране устройства вы увидите изображение, показанное на рисунке 1.

3. Для проведения эксперимента вы должны изменить Частоту замеров датчика на 1 Гц и Время эксперимента на 10 с.

I часть: проверка зависимости выталкивающей силы от объема тела

1. Подвесьте тело к датчику силы. Далееопределите вес тела в воздухе и занесите результаты взвешивания и среднее значение веса в таблицу. Измерения значения веса проведите несколько раз (3-5).

2. Затем подставьте под тело мензурку с водой и погрузите все тело в воду, как показано на рисунке 2. При этом вы должны следить за показаниями датчика силы. Вес тела в воде также необходимо определить 3-5 раз. Таким образом, вы определите вес тела в воде и занесете результаты взвешивания и среднее значение веса в таблицу.

3. Затем вычислите и занесите в таблицу значение выталкивающей силы, действующей на тело. Для подсчета используйте средние значения веса тела в воздухе и в воде.

4. Выполните пп. 1-3 с телом другого объема.

Результаты многократного взвешивания этого тела вы также должны занести в таблицу отчета.

II часть: проверка зависимости выталкивающей силы от объема погруженной части тела

1. Подвесьте к датчику силы металлический цилиндр из набора тел разной массы и одинакового объема.

2. Взвесьте цилиндр в воздухе и занесите значение в таблицу. В этой части работы в силу ограниченности времени занятия рекомендуем проведение однократных измерений веса.

3. Далее вы должны нанести линии, отмечающие условно деление цилиндра на четыре равных части. Эти линии удобно нанести на боковую поверхность цилиндра цветным карандашом контрастного цвета. Рекомендуем сначала отмерить половину высоты цилиндра и провести линию, затем каждую половину разделить пополам еще раз. Таким образом, цилиндр будет иметь на своем боку четко нанесенные линии, условно делящие его на четыре части.

4. Затем вы должны погрузить в жидкость сначала ¼, затем ½, ¾ части объема цилиндра, потом погрузить его целиком и произвести взвешивание в каждом случае. Для каждого значения объема погруженной в воду части цилиндра вы должны определить вес тела в воде и занести это значение в таблицу.

5. Вычислите и занесите в таблицу значения выталкивающей силы, действующей на тело в каждом случае.

III часть: проверка зависимости выталкивающей силы от массы тела

1. Определите вес в воздухе и в воде для двух цилиндров из набора тел разной массы и одинакового объема при полном погружении их в воду и занесите полученные данные в таблицу. Измерения проведите несколько раз (3-5).

2. Вычислите и занесите в таблицу значения выталкивающих сил, действующих на цилиндры. Проанализируйте полученные данные и ответьте на контрольные вопросы.

3. Сделайте развернутый вывод после выполнения лабораторной работы. Напоминаем, что вывод нужно сделать, опираясь на цели работы, и задачи поставленные в ней.

Обработка результатов эксперимента

I.Заполните таблицу для первой части работы.

Таблица 1. Результаты измерений веса тел различного объема при взвешивании в воздухе и в воде

II. Заполните таблицу для второй части работы.

Таблица 2. Результаты измерений веса тела в зависимости от части объема тела, погруженного в воду. Вес тела при взвешивании в воздухе Р 1 =…., Н

III. Заполните таблицу для третьей части работы.

Таблица 3. Результаты взвешивания тел разной массы, но одинакового объема

Контрольные вопросы

1. Зависит ли выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, от его объема?

2. Одинаковы ли выталкивающие силы, действующие на брусок, плавающий сначала в воде, а потом в керосине?

3. Что уменьшается при погружении тела в жидкость–вес тела или сила тяжести?

4. В стакане, до краев наполненном водой, плавает кусок льда. Перельется ли вода через край, если лед растает?

Дополнительные задания.

1.Рассчитайте значение силы Архимеда по выбору для первой части или для третьей части эксперимента с учетом погрешностей. При расчете погрешностей считайте приборную относительную погрешность датчика силы равной δР = 3%.

2.Предложите способ определения объема полости внутри тела. Считайте, что плотность материала, их которого сделано тело, известна.

3.Проведите работу по изучению зависимости веса тела от плотности жидкости, в которую его погружают. Для этого погружайте разные по массе тела, но имеющие одинаковый объем, в соленую воду. Сравните полученные результаты с результатами, полученными при погружении тел в чистую воду.

4. Проверьте на опыте, зависит ли выталкивающая сила от глубины погружения тела в жидкость.