Конспект урока по физике в 8 классе «Плавание тел»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа»

города Котовска Тамбовской области

Конспект урока по физике

в 8 классе

«Плавание тел»

подготовила

учитель физики

Заикина Ольга Юрьевна

Котовск 2011

Цели урока:

образовательные

• систематизация знаний учащихся об архимедовой силе и условиях плавания тел;

• знакомство с практическим применением архимедовой силы на примере плавания судов и воздухоплавания.

развивающие

• развитие логического мышления учащихся, способности видеть и понимать окружающий мир, умения самостоятельно выбирать необходимую для себя информацию;

• развитие научного подхода к явлениям и процессам природы;

воспитательные

• формирование информационной, коммуникационной, экологической культуры.

Оборудование: мультимедиапроектор, экран, сосуд с водой, кусочки пластилина, пластилиновые лодочки.

Ход урока:

1. Организационный момент (2 мин.)

2. Ход урока (42 мин.)

Презентация

Все мы живем на удивительной планете, 3/4 поверхности которой занимает вода. Ни на одной планете нет такого количества воды, как на Земле! А еще Земля окружена воздушной оболочкой, называемой атмосферой. Мы все живем на дне воздушного океана.

А раз я заговорила о воде, не подсказывает ли это вам тему нашего урока? («Плавание тел» появляется на экране.) дети записывают тему урока. (слайд 1)

На уроке мы вспомним силу Архимеда, вы узнаете, почему плавают суда и летают воздушные шары.

Но сначала давайте выясним, при каких условиях плавают тела.

Как мы уже знаем, на тело в воде действуют сила тяжести и сила Архимеда. (слайд 2)

Тело тонет (опускается на дно), если сила тяжести больше силы Архимеда

Fтяж > FА

Тело плавает (может находится в любом месте жидкости), если сила тяжести равна силе Архимеда

Fтяж = FА

Тело всплывает (поднимается из жидкости), если сила тяжести меньше силы Архимеда

Fтяж < FА

Рассмотрим случай, когда тело всплывает (поднимается из жидкости), сила тяжести меньше силы Архимеда (слайд 3)

Fтяж < FА

При всплытии тела до поверхности

Fтяж < FА

При дальнейшем всплытии тела вверх архимедова сила уменьшается, так как уменьшается объем части тела, погруженной в жидкость. Тело будет всплывать до тех пор, пока архимедова сила станет равна силе тяжести. После этого тело будет плавать.

Fтяж = FА

Архимедова сила стала равна весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела.

(слайд 4) Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость. Следовательно,

если ρж>ρт; тело всплывает

если ρж = ρт; тело плавает

если ρж < ρт; тело тонет

Рассмотрим два задания:

1.В воде плавают три тела шарообразной формы равного объема. Плотность какого тела больше? (слайд 4)

2.В машинное масло поместили три тела шарообразной формы равного объема. Как будет вести себя каждое из этих тел? (слайд 5)

Итак, сегодня мы отправляемся в путешествие по воде и воздуху!(слайд 6)

А на чем путешествуют по воде? На кораблях и судах.

Из чего сделаны корабли? (из железа)

(слайд 7) Но ведь железо тонет в воде. Кстати, почему? (ответ и через плотность, и через действующие силы)

Возьмем вместо железа пластилин и проделаем такой опыт.

Опустим пластилиновый шарик в воду. Как он себя поведет?

А теперь спустим на воду лодочку, сделанную из точно такого же кусочка пластилина. Она плавает!

Почему же лодочка плавает? Масса тела осталась прежней, значит сила тяжести тоже осталась прежней. Что же изменилось? (изменилась сила Архимеда!)

Почему? (увеличился объем тела!)

Рассуждаем дальше. Если масса не изменилась, объем увеличился; как изменилась плотность? (она уменьшилась)

Почему? За счет чего это произошло? (за счет воздушного пространства, которое стало частью нашего тела.)

То же самое происходит и с железными судами. Корпус судов, крепления, делают из металла. Так же на строительство судна идет множество других материалов, плотности которых могут быть как больше, так и меньше плотности воды. Но на любом судне обязательно есть пространство, заполненное воздухом.. Поэтому средняя плотность всего судна оказывается меньше плотности воды. (слайд 8)

Итак, почему же судно плавает по воде?

Записываем: суда не тонут потому, что средняя плотность судна меньше плотности воды. (слайд 9)

Вернемся к нашему кораблику.

Как он располагается на воде? (часть его погружена в воду)

Глубина погружения судна в воду называется осадкой. (слайд 10)

Как изменяется осадка судна при его погрузке? (она увеличивается)

Делаем запись: осадка судна — это глубина погружения судна в воду.

Можно ли судно нагружать сколь угодно много? (нет)

Поэтому на каждом судне есть ватерлиния, которая показывает максимально возможную осадку. (слайд 11)

Делаем запись: ватерлиния показывает максимально возможную осадку.

На всех морских судах наносится знак, показывающий уровень предельных ватерлиний. (слайд 12)

Что происходит с водой при погружении судна в воду?

Что вы знаете о весе жидкости, вытесненной телом? (вес жидкости, вытесненной телом равен весу тела в воздухе)

Это же справедливо и для судна: вес воды, вытесненной судном, равен весу судна с грузом в воздухе. Эту величину называют водоизмещением. Сейчас строят суда водоизмещением 5000000 кН, то есть судно с грузом весит в воздухе 5000000 кН. Вытесненная им вода весит 5000000 кН! (слайд 13)

Делаем запись: водоизмещение — это вес воды, вытесненной судном или вес судна с грузом в воздухе.

Условия плавания тел учитывают и в конструкции подводных лодок. На подводной лодке открывают кингстоны балластной цистерны, чтобы заполнить их морской водой. Вода поступает в цистерну, воздух сбрасывается наружу, лодка погружается. Чтобы всплыть, вода из цистерн выдавливается сжатым воздухом под высоким давлением. Вес лодки уменьшается и она всплывает на поверхность. (слайд 14) Современные подводные лодки имеют водоизмещение до 8000 т и способны совершать длительные походы, не всплывая.

Итак, мы познакомились с основными понятиями, необходимыми для грамотного плавания на судне и можем смело отправляться в путь по воде.

Давайте подумаем, кого мы можем встретить, путешествуя по воде, что увидеть?

• различные водоросли,

• водоплавающих птиц,

• рыб (изображения перечисленных животных появляются на экране) ( слайд 15)

Что же помогает каждому из них плавать или просто держаться на воде? (слайд 16)

• рыба регулирует глубину своего погружения благодаря плавательному пузырю, который обладает большой сжимаемостью

• водоплавающие птицы мало погружаются в воду благодаря воздушному пузырю, окружающему тело птицы.

• водные растения сохраняют вертикальное положение потому, что на концах их разветвлений заключены крупные пузыри воздуха, играющие роль поплавков.

Как я уже говорила, вода — удивительное вещество. Она помогает нам не только жить, но и отдыхать, психологически расслабляться. Недаром говорят, что на огонь и на воду можно смотреть бесконечно.(слайд 17,18)

Идет минута психологической разгрузки.

Попутешествовав по воде и под водой, мы переносимся в воздушную стихию.

На все тела в воздухе действует выталкивающая (архимедова) сила. Чтобы найти архимедову силу, действующую на тело в воздухе, надо рассчитать ее по формуле, умножив ускорение свободного падения на плотность воздуха и на объем тела.

Fа = g ρVт

        Если эта сила окажется больше силы тяжести, действующей на тело, то тело взлетит. На этом основано воздухоплавание.

  Для того чтобы определить, какой груз может поднять воздушный шар, надо знать его подъемную силу. (слайд 19)

Записываем: подъемная сила воздушного шара – вес груза, который может поднять воздушный шар. Она равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести.

Fпод = Fа — Fтяж

Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объема, тем меньше действующая на него сила тяжести и потому тем больше возникающая подъемная сила.

Чтобы воздушный шар поднимался выше, его надо наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха. Это может быть водород, гелий или нагретый воздух.

      При нагревании воздуха его плотность уменьшается незначительно. Поэтому подъемная сила шаров, заполненных теплым воздухом, оказывается небольшой. Плотность же водорода в 14 раз меньше плотности воздуха, и подъемная сила шара, наполненного водородом, более чем в три раза превышает подъемную силу нагретого воздуха того же объема. Водород, однако, горит и образует с воздухом легко воспламеняющуюся смесь. Негорючим и одновременно легким газом является гелий.

Как изменяется плотность воздуха с увеличением высоты? (уменьшается)

      Поэтому по мере поднятия воздушного шара действующая на него архимедова сила становится меньше. После того, как архимедова сила достигнет значения, равного силе тяжести, подъем воздушного шара прекратится. Чтобы подняться еще выше, с шара сбрасывают балласт. При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила опять оказывается вновь большей.

Что нужно сделать, чтобы спустится на Землю? (уменьшить выталкивающую силу)

Для этого можно уменьшить объем шара. В верхней части оболочки шара имеется специальный выпускной клапан, через который можно выпустить часть газа. После этого шар начнет опускаться вниз.

Температуру теплого воздуха внутри воздушного шара можно регулировать с помощью обычно газовой горелки, установленной под оболочкой. Увеличивая пламя горелки, можно заставить шар подниматься выше и наоборот. Если подобрать такую температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар с корзиной, окажется равной силе Архимеда, то шар » повиснет» в воздухе. (слайд 20)

Что ж теперь мы можем отправляться в воздушное путешествие…Но прежде немного исторических фактов: (слайд 21)

Воздушные шары, используемые с давних времен для воздухоплавания, иначе называются аэростатами. В переводе с греческого слово «аэростат» означает «неподвижно стоящий в воздухе». Неуправляемые аэростаты называются «монгольфьерами» или «шарльерами» по именам их изобретателей.
Для исследования высотных слоев атмосферы используются стратостаты.
Кроме того, существуют управляемые аэростаты — дирижабли.

Предположительно первый успешный полет  на  воздушном  шаре   совершил   священник иезуит, Бартоломео Лоренцо де Гусмао. Произошло это  торжественное событие  в 1709 г. в присутствии королевских особ и знати.
Воздушный шар  представлял собой бумажную оболочку, заполненную нагретым воздухом. Нагретый воздух  поступал из  глиняного горшка, установленного на подвешенном снизу шара поддоне.  В горшке что-то сгорало.  Шар быстро набрал высоту.

А первые пассажиры в истории воздухоплавания появились в 1783 году. Это были баран, утка и петух. Воздушный шар оторвался от помоста и устремился ввысь, а через восемь минут, проделав путь в четыре километра, благополучно опустился на землю. Такая демонстрация полета на воздушном шаре была произведена братьями Монгольфье. (слайд 22)

Вот и подошло к концу наше путешествие.

Но прежде, чем завершить наш урок, давайте рассмотрим решение задачи по определению подъемной силы воздушного шарика. (слайд 23)

Детский шар объемом 0,003 м³ наполнен водородом. Масса шара с водородом 3,4 г. Какова подъемная сила детского шара? (учащиеся оформляют решение задачи в тетради) (слайд 24)

Дано: СИ: Решение:

V = 0,003 м³ Fпод = Fа – Fтяж;

m = 3,4 г 0,0034кг Fтяж = m*g+ρ1*g*V;

ρ1 = 0,09 кг/м³ Fа = ρ*g*V.

ρ2 = 1,3 кг/м³ Fтяж = 0,0034 кг*9,8 м/с²+

g = 9,8 м/с² +0,09 кг/м³*9,8 м/с²*0,003 м³=

= 0,0367Н

Fпод — ? Fа = 1,3 кг/м³*9,8 м/с²*0,003 м³=

= 0,039Н

Fпод = 0,039Н-0,0367Н=0,0023Н

Ответ: Fпод=0,0023Н.

Давайте теперь запишем задание на дом.

3. Домашнее задание: §16, зад. 15(3,6) (1 мин.)

Думаю, что сегодня вы узнали немало нового и интересного. Спасибо за урок, дети! (слайд 25)

Список используемой литературы:

1. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. Физика. 8 класс.- М.: Дрофа, 2009

2. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7-9 классов. — М.: Просвещение, 2007.

3. Методика преподавания физики в 7 – 8 классах средней школы./ Под ред. А.В. Усовой. — М.: Просвещение, 1990.

4. «Большая детская энциклопедия» (интерактивное путешествие в мир знаний)

5. Энциклопедия «История открытий». — М.: Росмен, 2005г