Время опыта по исследованию выталкивающей силы. Исследование архимедовой силы - исследование

Исследование архимедовой силы.

5-уровневая лабораторная работа.

1,2 уровень – воспроизводящий характер.

3,4 уровень – частично-поисковый.

5 – исследовательский.

Цель:

исследовать зависимость архимедовой силы сначала от объёма погружённой в жидкость части тела, а потом от плотности жидкости;

исследовать независимость архимедовой силы от глубины погружения, плотности и веса тела.

Приборы и материалы: динамометр, металлические цилиндры, стакан с водой, стакан с раствором соли.

I уровень.

Подвесьте стальной цилиндр к крючку динамометра. Медленно опуская цилиндр в стакан с водой, наблюдайте за показаниями динамометра. Зависит ли архимедова сила от объёма погружённой части цилиндра?

Вычислите архимедову силу, действующую на стальной цилиндр при полном погружении его в воду. Результат запишите в таблицу 1.

Таблица 1

Архимедова сила в пресной и солёной воде, действующая на одно и то же тело

Перенесите стальной цилиндр в стакан с раствором соли и снова измерьте архимедову силу при полном погружении цилиндра в раствор. Зависит ли архимедова сила от плотности жидкости? Результаты занесите в таблицу 1.

Измерьте и вычислите архимедовы силы, действующие на алюминиевый и латунный цилиндры того же объёма при полном погружении их в воду. Численные значения архимедовой силы, действующей на каждый цилиндр, занесите в таблицу2. Зависит ли архимедова сила от плотности вещества, из которого сделано тело? Зависит ли архимедова сила от веса тела?

Таблица 2

Архимедова сила в пресной воде, действующая на тела одинакового объёма, но разной плотности

II уровень

Выполните пункты 1-3 работы I уровня.

Подвесьте опять к крючку динамометра стальной цилиндр и опускайте его в воду постепенно: сначала на ¼ объёма, затем на 1/3 и т.д. Каждый раз вычисляйте архимедову силу, а результаты заносите в таблицу 3.

Таблица 3

Архимедова сила в зависимости от погружённой в жидкость части объёма тела

Сформулируйте и запишите выводы.

III уровень

Выполните пункты 1-5 предыдущих уровней.

Проанализируйте результаты, сформулируйте обобщённые выводы.

IV уровень

Проведите опыты по обобщённому плану:

Сформулируйте (уясните) цели исследования.

Выдвинете и обоснуйте гипотезу, на основе которой могут быть достигнуты эти цели.

Продумайте проект экспериментальной установки, сконструируйте её.

Определите порядок проведения эксперимента.

Проведите эксперимент, выполните необходимые наблюдения и измерения.

Произведите обработку результатов измерений.

Проанализируйте полученные результаты, сформулируйте выводы.

План проведения измерений

Определите цену деления прибора.

Уточните верхний и нижний пределы измерения.

Подготовьте прибор к работе в соответствии с правилами пользования.

Проведите измерения.

Определите точность измерения, абсолютную ошибку измерения: ошибку отсчёта, инструментальную ошибку, ошибку метода.

Запишите результат измерения с учётом абсолютной ошибки.

Рассчитайте относительную ошибку измерения.

V уровень

Ознакомьтесь с экспериментальными (творческими) заданиями в листе самоподготовки. Выберите одно из них.

Подберите нужные приборы и материалы.

Продумайте и оформите порядок выполнения работы.

Выполните работу.

Проанализируйте полученные результаты. Сделайте вывод.

Лист самоподготовки

Теоретическая подготовка

Контроль полноты усвоения материала.

• Кем и когда было установлено существование выталкивающей силы?

  Какие явления, указывающие на существование выталкивающей силы вам известны?

  По преданию, сиракузский царь Гиерон поручил ювелиру изготовить золотую корону. Когда корона была изготовлена, то возникло подозрение, что ювелир часть золота заменил равной по массе частью серебра. Как Архимеду удалось узнать правду?

  Какой вы знаете опыт, с помощью которого можно определить значение архимедовой силы?

  С помощью каких средств осуществляется постановка опыта? (приборы, материалы)

  Уясните порядок проведения опыта.

  Каковы основные результаты данного опыта?

  Сформулируйте закон Архимеда.

Контроль глубины усвоения материала.

• Укажите, от каких из указанных факторов выталкивающая сила, действующая на тело целиком погружённое в жидкость или газ, не зависит: род жидкости; объём тела; форма тела.

  Одинакова ли выталкивающая сила, с которой жидкость действует на погружённый в неё стальной шарик и стальную пластинку одной и той же массы?

  Какое заключение можно сделать о величине архимедовой силы на Луне, где сила тяжести в 6 раз меньше, чем на Земле?

Практическая подготовка

Отработка отдельных экспериментальных действий.

• Каким будет показание динамометра, если железную гирю объёмом 150 см 3 полностью погрузить в бензин?

  Брусок размерами 2х5х10см помещён в воду сначала на глубину 10 см, а затем на глубину 30 см. Убедитесь путём расчетов, что выталкивающая сила, действующая на брусок в том и в другом случае, одинакова.

Повторение основ.

Напишите около каждого из нижеследующих утверждений имя учёного (Архимед, Б.Паскаль, Г.Галилей или Э.Торричелли), которому принадлежит указанный результат исследования:

Открыл законы падения тел и существование явления инерции…

Установил, что давление, оказываемое на жидкость или газ, передаётся по всем направлениям одинаково…

Первым измерил атмосферное давление…

Выяснил, что на тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила…

Экспериментальные задания

Пробирка с кусочком пластилина плавает в жидкости. Изменится ли глубина погружения пробирки, если из неё вынуть пластилин и прикрепить его ко дну пробирки снаружи?

Исследование смешанного соединения проводников + Ф11С3 ...

1. Урок начинается с фронтального опыта по обнаружению выталкивающей силы

   Урок

   Слайда обсуждается вопрос о природе архимедовой силы , формулировка закона Архимеда. ... . Слайд 8 Равны ли архимедовы силы , действующие на мячи? Почему... исследовать зависимость Архимедовой силы от плотности. Ход работы Результаты исследования Вывод 1. ...

F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т" title="тело утонет: F тяж > F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т" class="link_thumb"> 6 тело утонет: F тяж > F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т"> F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т"> F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т" title="тело утонет: F тяж > F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т"> title="тело утонет: F тяж > F a или ρ т > ρ ж Тело будет плавать внутри жидкости, в любом её месте: F тяж = F a или ρ т = ρ ж Тело всплывает: F a > F тяж или ρ ж > ρ т">

1. Аэростат объёмом 1000 м 3 заполнен гелием. Плотность гелия 0,18 кг/м 3. Плотность воздуха 1,29 кг/м 3. На аэростат действует выталкивающая сила… 1) 1,29 кН 2) 1,8 кН 3) 12,9 кН 4) 180 кН. 2. Во время опыта по исследованию выталкивающей силы, действующей на полностью погружённое в воду тело ученик в три раза уменьшил глубину его положения под водой. При этом выталкивающая сила… 1) не изменилась 2) увеличилась в 3 раза 3) уменьшилась в 3 раза. 4) увеличилась в 9 раз.

3. Однородное тело плавает, частично погрузившись в воду, если его плотность… 1) равна плотности воды 2) больше плотности воды 3) меньше плотности воды 4) равна или меньше плотности воды. 4. В сосуде находятся три жидкости, не смешивающиеся между собой (см. рисунок). Кусочек льда, брошенный в сосуд, будет плавать на уровне 1)))3 – 3 4) 4 – 4

5. Алюминиевый шарик с полостью внутри плавает на поверхности керосина, а затем его помещают в сосуд с водой. При этом архимедова сила, действующая на шарик со стороны жидкости... 1)увеличивается, так как плотность керосина меньше плотности воды 2)уменьшается, так как плотность керосина меньше плотности воды 3)не меняется, так как глубина погружения шарика в жидкости не изменяется 4) не меняется, так как архимедова сила в обоих случаях равна весу шарика в воздухе

6. При погружении тела в жидкость его вес уменьшился в три раза. Если плотность жидкости 800 кг/м 3, то плотность тела равна… кг/м кг/м кг/м кг/м 3

7. Четыре одинаковых пластиковых листа толщиной L каждый, связанные в стопку, плавают в воде так, что уровень воды приходится на границу между двумя средними листами (см. рисунок). Если в стопку добавить еще один такой же лист, то глубина ее погружения увеличится на 1)L/4 2) L/3 3) L/2 4) L

8. Задача про Винни Пуха. Все мы видели в мультфильме, как Винни Пух поднялся в воздух на голубом шарике, изображая тучку. Каким должен быть наименьший объём этого шарика, наполненного гелием, чтобы он смог поднять Винни Пуха, массой 50 кг вверх над Землёй? (Вес оболочки и гелия в ней не учитывать). Плотность воздуха 1,29 кг/м 3. Ответ округлите до целых

9. Воздушный шар объёмом 2500 м 3 с массой оболочки 400 кг имеет внизу отверстие, через которое воздух в шаре нагревается горелкой. До какой минимальной температуры нужно нагреть воздух в шаре, чтобы шар взлетел, вместе с грузом (корзиной и воздухоплавателем) массой 200 кг? Температура окружающего воздуха 7 0 С, его плотность 1,2 кг/м 3. Оболочку шара считать нерастяжимой.

1) актуализировать знания учащихся по данной теме 2) выявить основные закономерности и особенности выталкивающей силы. 3) развивать экспериментальные умения учащихся, умения анализировать данные эксперимента, делать выводы. 4) развивать коммуникативные умения учащихся. 5) совершенствовать навыки решения разноуровневых задач по физике

1 Грузик массой 0, 1 кг, привязанный к нити длиной 1 м, вращается в горизонтальной плоскости по окружности радиусом 0, 2 м. Момент силы тяжести грузика относительно точки подвеса равен 1) 0, 2 Нм 2) 0, 4 Нм 3) 0, 8 Нм 4) 1, 0 Нм

2 Груз массой 0, 1 кг, привязанный к нити длиной 1 м, совершает колебания в вертикальной плоскости. Чему равен момент силы тяжести груза относительно точки подвеса при отклонении нити от вертикали на угол 30°? 1) 0, 25 Нм 2) 0, 50 Нм 3) 0, 75 Нм 4) 1, 00 Нм

3 При выполнении лабораторной работы ученик установил наклонную плоскость под углом 60° к поверхности стола. Длина плоскости равна 0, 6 м. Момент силы тяжести бруска массой 0, 1 кг относительно точки О при прохождении им середины наклонной плоскости равен 1) 0, 15 Нм 2) 0, 45 Нм 3) 0, 30 Н м 4) 0, 60 Н м

4 Однородный куб опирается одним ребром о пол, другим о вертикальную стену. Плечо силы трения Fтр относительно точки О равно 1)0 2) OA 3) О 1 О 4) О 1 А О О 2

5 На рисунке изображен рычаг. Каков момент силы F 1? 1) F 1∙OC 2) F 1/OС 3) F 1∙AO 4) F 1/AO

6 На рисунке изображен рычаг. Какой отрезок является плечом силы F 2? 1)ОВ 2)BD 3)OD 4)АВ

7 На рисунке схематически изображена лестница АС, опирающаяся о стену. Каков момент силы тяжести F, действующей на лестницу, относительно точки С? 1) F∙ОС 2) F∙OD 3) F∙АС 4) F∙DC

8 На рисунке схематически изображена лестница АС, опирающаяся о стену. Каков момент силы трения Fтр, действующей на лестницу, относительно точки С? 1) 0 3) Fтр∙AB 2) Fтр∙ВС 4) Fтр∙CD

9 На рисунке схематически изображена лестница АС, опирающаяся о стену. Каков момент силы реакции опоры N, действующей на лестницу, относительно точки С? l) N∙OC 2) 0 3) N∙AC 4) N∙BC

10 Тело А под действием трех сил находится в равновесии. Чему равна сила упругости нити АВ, если силы F 1= ЗН и F 2 = 4 Н перпендикулярны другу? 1) З Н 3) 5 Н 2) 4 Н 4) 7 Н

11 Два груза массами 2 m и m закреплены на невесомом стержне длиной L. Чтобы стержень оставался в равновесии, его следует подвесить в точке О, находящейся на расстоянии X от массы 2 m. X равно 1) L/3 2) L/4 3) L/4 4) 2 L/5

12 С помощью нити ученик зафиксировал рычаг. Масса подвешенного к рычагу груза равна 0, 1 кг. Сила F натяжения нити равна 1) 1/5 Н 2) 2/5 Н 3) 3/5 Н 4) 4/5 Н

13 Каким должен быть вес груза А колодезного журавля, чтобы он уравновешивал вес ведра, равный 100 Н? (Рычаг считайте невесомым.) 1) 20 Н 2) 25 Н Л 3) 400 Н 4) 500 Н

14 Мальчик взвесил рыбу на самодельных весах с коромыслом из легкой рейки. В качестве гири он использовал батон хлеба массой 1 кг. Масса рыбы равна 1) 5 кг 3) 0, 4 кг 2) 3 кг 4) 1 кг В списке нет правильного ответа! Рыба весит 2, 5 кг.

15 Тело массой 0, 2 кг подвешено к правому плечу невесомого рычага. Груз какой мaccы надо подвесить ко второму делению левого плеча рычага для достижения равновесия? 1) 0, 1 кг 2) 0, 2 кг 3) 0, 3 кг 4) 0, 4 кг

16 На рычаг, находящийся в равно весии, действуют силы F 1=10 Н и F 2= 4 Н. С какой силой рычаг давит на опору? Массой рычага пренебречь. 1) 14 Н 2)10 Н 3) 6 Н 4) 4 Н

17 Где следует поставить опору под линейку длиной 1, 5 м, чтобы подвешенные к ее концам грузы массами 1 кг и 2 кг находились в равновесии? Массой линейки пренебречь. 1) на расстоянии 1 м от груза массой 1 кг 2) на расстоянии 1 м от груза массой 2 кг 3) на середине линейки 4) на расстоянии 0, 5 м от груза массой 1 кг

18 К левому концу невесомого стержня прикреплен груз массой 3 кг. Стержень расположили на опоре, отстоящей от груза на 0, 2 длины. Груз какой массы надо подвесить к правому концу, чтобы стержень находился в равновесии? 1) 0, 6 кг 2) 0, 75 кг 3) 6 кг 4) 7, 5 кг

19 Рычаг находится в равновесии под действием двух сил. Сила F 1 = 4 Н чему равна сила F 2, если плечо силы F 1 равно 15 см, а плечо силы F 2 равно 10 см? 1) 4 Н 2) 0, 16 Н 3) 6 Н 4) 2, 7 Н

20 На рисунке изображены три сосуда с водой. Площади дна сосудов равны. Сравните давления р1 , р2 и р3 на дно сосуда. 1) P 1 = P 2 = Р 3 3) р1 = р3 р2

21 Чему примерно равно давление, созданное водой, на глубине 2 м? 1) 200 Па 2) 2000 Па 3) 5000 Па 4) 20 000 Па

22 На рисунке изображены три сосуда с водой. Площади дна сосудов равны. Сравните силы давления F 2 и F 3 жидкости на дно сосуда. 1) F 1 = F 2 = F 3 3) F 1 = F 2 F 3

23 На рисунке изображены три сосуда Площади дна сосудов равны. В первом сосуде находится вода (ρ =1 г/см 3), во втором - керосин (ρ=0, 8 г/см 3), в третьем - спирт (ρ =0, 8 г/см 3). Сравните давления р1 , р2 и р3 жидкостей на дно сосуда. 1) р1 = р2 = р3 2) р2 = р3 > р1 3) р2 = р3 > р1 4) р1 > р2 = р3

24 На какую максимальную высоту может поднимать воду насос, если создаваемый им перепад давления равен 200 к. Па? 1) 0, 02 м 2) 20 м 3) 2∙ 105 м 4) 200 м

25 В широкую (U образную трубку с вертикальными прямыми коленами налиты керосин плотностью ρ1 вода и вода плотностью ρ2 = 1, 0∙ 103 кг/м 3. На рисунке b= 10 см, Н = 30 см. Расстояние h равно 1) 16 см 2) 20 см 3) 24 см 4) 26 см

26 В широкую U образную трубку с вертикальными прямыми коленами налиты неизвестная жидкость плотностью 1 и вода плотностью ρ2 = 1, 0∙ 103 кг/м 3. На рисунке b = 10 см, h = 24 см, H = 30 см. Плотность жидкости ρ1 равна 1) 0, 6∙ 103 кг/м 3 2) 0, 7∙ 103 кг/м 3 3) 0, 8∙ 103 кг/м 3 4) 0, 9∙ 103 кг/м 3

27 Аэростат объемом 1000 м 3 заполнен гелием. Плотность гелия, 0, 18 кг/м 3. Плотность воздуха 1, 29 кг/м 3. На аэростат действует выталкивающая сила 1) 1, 29 к. Н 2) 12, 9 к. Н 3) 180 к. Н 4) 1, 8 к. Н

28 Пластиковый пакет с водой объемом 1 л полностью погрузили в воду. На него действует выталкивающая сила, 1) 0 3) 9 Н 2) 1 Н 4) 10 Н

29 Во время опыта по исследованию выталкивающей силы, действующей на полностью погруженное в воду тело, ученик в 3 раза уменьшил глубину его положения под водой. При этом выталкивающая сила 1) не изменилась 2) увеличилась в 3 раза 3) уменьшилась в 3 раза 4) увеличилась в 9 раз

30 Однородное тело плавает, частично погрузившись в воду, если его плотность 1) равна плотности воды 2) больше плотности воды 3) меньше плотности воды 4) равна или меньше плотности воды

31 Четыре одинаковых пластиковых листа толщиной L каждый, связанные в стопку, плавают в воде так, что уровень воды приходится на границу между двумя средними листами. Если в стопку добавить еще один такой же лист, то глубина ее погружения увеличится на 1) L/4 2) L/3 3) L/2 4) L

32 В сосуде находятся три жидкости, не смешивающиеся между собой. Кусочек льда, брошенный в сосуд, будет плавать на уровне 1) 1 1 3) 3 3 2) 2 2 4) 4 4

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность: Если внимательно присмотреться к окружающему миру, то можно открыть для себя множество событий, происходящих вокруг. Издревле человека окружает вода. Когда мы плаваем в ней, то наше тело выталкивает на поверхность какие-то силы. Я давно задаю себе вопрос: «Почему тела плавают или тонут? Вода выталкивает предметы?»

Моя исследовательская работа направлена на то, чтобы углубить полученные на уроке знания об архимедовой силе. Ответы на интересующие меня вопросы, используя жизненный опыт, наблюдения за окружающей действительностью, провести собственные эксперименты и объяснить их результаты, которые позволят расширить знания по данной теме. Все науки связаны между собой. А общий объект изучения всех наук - это человек «плюс» природа. Я уверен, что исследование действия архимедовой силы сегодня является актуальным.

Гипотеза: Я предполагаю, что в домашних условиях можно рассчитать величину выталкивающей силы действующей на погруженное в жидкость тело и определить зависит ли она от свойств жидкости, объема и формы тела.

Объект исследования: Выталкивающая сила в жидкостях.

Задачи:

Изучить историю открытия архимедовой силы;

Изучить учебную литературу по вопросу действия архимедовой силы;

Выработать навыки проведения самостоятельного эксперимента;

Доказать, что значение выталкивающей силы зависит от плотности жидкости.

Методы исследования:

Исследовательские;

Расчетные;

Информационного поиска;

Наблюдений

1. Открытие силы Архимеда

Существует знаменитая легенда о том, как Архимед бежал по улице и кричал «Эврика!» Это как раз повествует об открытии им того, что выталкивающая сила воды равна по модулю весу вытесненной им воды, объем которой равен объему погруженного в нее тела. Это открытие названо законом Архимеда.

В III веке до нашей эры жил Гиерон - царь древнегреческого города Сиракузы и захотел он сделать себе новую корону из чистого золота. Отмерил его строго сколько нужно, и дал ювелиру заказ. Через месяц мастер вернул золото в виде короны и весила она столько, сколько и масса данного золота. Но ведь всякое бывает и мастер мог схитрить, добавив серебро или того хуже - медь, ведь на глаз не отличишь, а масса такая, какая и должна быть. А царю узнать охота: честно ль сделана работа? И тогда, попросил он ученого Архимеда, проверить из чистого ли золота сделал мастер ему корону. Как известно, масса тела равна произведению плотности вещества, из которого сделано тело, на его объем: . Если у разных тел одинаковая масса, но они сделаны из разных веществ, то значит, у них будет разный объем. Если бы мастер вернул царю не ювелирно сделанную корону, объем которой определить невозможно из-за ее сложности, а такой же по форме кусок металла, который дал ему царь, то сразу было бы ясно, подмешал он туда другого металла или нет. И вот принимая ванну, Архимед обратил внимание, что вода из нее выливается. Он заподозрил, что выливается она именно в том объеме, какой объем занимают его части тела, погруженные в воду. И Архимеда осенило, что объем короны можно определить по объему вытесненной ей воды. Ну а коли можно измерить объем короны, то его можно сравнить с объемом куска золота, равного по массе. Архимед погрузил в воду корону и измерил, как увеличился объем воды. Также он погрузил в воду кусок золота, у которого масса была такая же, как у короны. И тут он измерил, как увеличился объем воды. Объемы вытесненной в двух случаях воды оказались разными. Тем самым мастер был изобличен в обмане, а наука обогатилась замечательным открытием.

Из истории известно, что задача о золотой короне побудила Архимеда заняться вопросом о плавании тел. Опыты, проведенные Архимедом, были описаны в сочинении «О плавающих телах», которое дошло до нас. Седьмое предложение (теорема) этого сочинения сформулировано Архимедом следующим образом: тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут опускаться пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела.

Интересно, что сила Архимеда равна нулю, когда погруженное в жидкость тело плотно, всем основанием прижато ко дну.

Открытие основного закона гидростатики - крупнейшее завоевание античной науки.

2. Формулировка и пояснения закона Архимеда

Закон Архимеда описывает действие жидкостей и газов на погруженное в них тело, и является одним из главных законов гидростатики и статики газов.

Закон Архимеда формулируется следующим образом: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме погруженной части тела - эта сила называется силой Архимеда :

,

где - плотность жидкости (газа), - ускорение свободного падения, - объём погружённой части тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности).

Следовательно, архимедова сила зависит только от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объема этого тела. Но она не зависит, например, от плотности вещества тела, погруженного в жидкость, так как эта величина не входит в полученную формулу.

Следует заметить, что тело должно быть полностью окружено жидкостью (либо пересекаться с поверхностью жидкости). Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.

3. Определение силы Архимеда

Силу, с которой тело, находящееся в жидкости, выталкивается ею, можно определить на опыте используя данный прибор:

Небольшое ведерко и тело цилиндрической формы подвешиваем на пружине, закрепленной в штативе. Растяжение пружины отмечаем стрелкой на штативе, показывая вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляем стакан с отливной трубкой, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего тело погружают целиком в жидкость. При этом часть жидкости, объём которой равен объёму тела, выливается из отливного сосуда в стакан. Указатель пружины поднимается вверх, пружина сокращается, показывая уменьшение веса тела в жидкости. В данном случае на тело, наряду с силой тяжести, действует еще и сила, выталкивающая его из жидкости. Если в ведёрко налить жидкость из стакана (т.е. ту, которую вытеснило тело), то указатель пружины возвратится к своему начальному положению.

На основании этого опыта можно заключить, что сила, выталкивающая тело, целиком погруженное в жидкость, равна весу жидкости в объёме этого тела. Зависимость давления в жидкости (газе) от глубины погружения тела приводит к появлению выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Тело при погружении двигается вниз под действием силы тяжести. Архимедова сила направлена всегда противоположно силе тяжести, поэтому вес тела в жидкости или газе всегда меньше веса этого тела в вакууме.

Данный опыт подтверждает, что архимедова сила равна весу жидкости в объёме тела.

4. Условие плавания тел

На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх. Рассмотрим, что будет происходить с телом под действием этих сил, если вначале оно было неподвижно.

При этом возможны три случая:

1) Если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело опускается вниз, то есть тонет:

, то тело тонет;

2) Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии внутри жидкости на любой глубине:

, то тело плавает;

3) Если архимедова сила больше силы тяжести, то тело будет поднимается из жидкости - всплывать:

, то тело плавает.

Если всплывающее тело частично выступает над поверхностью жидкости, то объем погруженной части плавающего тела такой, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела.

Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного в жидкость тела, если

1) =— тело плавает в жидкости или газе,2) >— тело тонет,3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Именно эти принципы соотношения силы тяжести и силы Архимеда применяются в судоходостронии. Однако на воде держатся громадные речные и морские суда, изготовленные из стали, плотность которой почти в 8 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что из стали делают лишь сравнительно тонкий корпус судна, а большая часть его объема занята воздухом. Среднее значение плотности судна при этом оказывается значительно меньше плотности воды; поэтому оно не только не тонет, но и может принимать для перевозки большое количество грузов. Суда, плавающие по рекам, озерам, морям и океанам, построены из разных материалов с различной плотностью. Корпус судов обычно делают из стальных листов. Все внутренние крепления, придающие судам прочность, также изготавливают из металлов. Для постройки судов используют разные материалы, имеющие по сравнению с водой как большую, так и меньшую плотность. Вес воды, вытесненной подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары, которые раньше наполняли нагретым воздухом, сейчас - водородом или гелием. Для того чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая), действующая на шар, была больше силы тяжести.

5. Проведение эксперимента

Исследовать поведение сырого яйца в жидкостях разного рода.

Задача: доказать, что значение выталкивающей силы зависит от плотности жидкости.

Я взял одно сырое яйцо и жидкости разного рода (приложение 1):

Вода чистая;

Вода, насыщенная солью;

Подсолнечное масло.

Сначала я опустил сырое яйцо в чистую воду - яйцо утонуло - «пошло ко дну» (приложение 2). Потом в стакан с чистой водой я добавил столовую ложку поваренной соли, в результате яйцо плавает (приложение 3). И наконец, я опустил яйцо в стакан с подсолнечным маслом - яйцо опустилось на дно (приложение 4).

Вывод: в первом случае плотность яйца больше плотности воды и поэтому яйцо утонуло. Во втором случае плотность солёной воды больше плотности яйца, поэтому яйцо плавает в жидкости. В третьем случае плотность яйца также больше плотности подсолнечного масла, поэтому яйцо утонуло. Следовательно, чем больше плотность жидкости, тем сила тяжести меньше.

2. Действие Архимедовой силы на тело человека в воде.

Определить на опыте плотность тела человека, сравнить ее с плотностью пресной и морской воды и сделать вывод о принципиальной возможности человека плавать;

Вычислить вес человека в воздухе, архимедову силу, действующую на человека в воде.

Для начала с помощью весов я измерил массу своего тела. Затем измерил объем тела (без объема головы). Для этого я налил в ванну воды столько, чтобы при погружении в воду я был полностью в воде (за исключением головы). Далее с помощью сантиметровой ленты отметил от верхнего края ванны расстояние до уровня воды ℓ 1 , а затем - при погружении в воду ℓ 2 . После этого с помощью предварительно проградуированной трехлитровой банки стал наливать в ванну воду от уровня ℓ 1 до уровня ℓ 2 - так я измерил объем вытесненной мной воды (приложение 5). Плотность я рассчитал с помощью формулы:

Сила тяжести, действующая на тело в воздухе, была рассчитана по формуле: , где - ускорение свободного падения ≈ 10 . Значение выталкивающей силы было рассчитано с помощью формулы описанной в пункте 2.

Вывод:Тело человекаплотнее пресной воды, а, значит, оно в ней тонет. Человеку легче плавать в море, чем в реке, так как плотность морской воды больше, а следовательно больше значение выталкивающей силы.

Заключение

В процессе работы над этой темой мы узнали для себя много нового и интересного. Круг наших познаний увеличился не только в области действия силы Архимеда, но и применении ее в жизни. Перед началом работы мы имели о ней далеко неподробное представление. При проведении опытов мы подтвердили экспериментально справедливость закона Архимеда и выяснили, что выталкивающая силазависит от объема тела и плотности жидкости, чем больше плотность жидкости, тем архимедова сила больше. Результирующая сила, которая определяет поведение тела в жидкости, зависит от массы, объёма тела и плотности жидкости.

Помимо проделанных экспериментов, была изучена дополнительная литература об открытии силы Архимеда, о плавании тел, воздухоплавании.

Каждый из Вас может сделать удивительные открытия, и для этого не нужно обладать ни особенными знаниями, ни мощным оборудованием. Нужно лишь немного внимательней посмотреть на окружающий нас мир, быть чуть более независимым в своих суждениях, и открытия не заставят себя ждать. Нежелание большинства людей познавать окружающий мир оставляет большой простор любознательным в самых неожиданных местах.

Список литературы

1.Большая книга экспериментов для школьников - М.: Росмэн, 2009. - 264 с.

2. Википедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Архимеда.

3. Перельман Я.И. Занимательная физика. - книга 1. - Екатеринбург.: Тезис, 1994.

4. Перельман Я.И. Занимательная физика. - книга 2.- Екатеринбург.: Тезис, 1994.

5. Перышкин А.В. Физика: 7 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / А.В. Перышкин. - 16-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2013. - 192 с.: ил.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Мой опыт в проведении уроков-исследований (на примере урока по исследованию выталкивающей силы).

Пронина Е.В., учитель физики ГБОУ «Школа № 329» г. Москвы

Не за горами то время, когда на урок физики придут учащиеся, которые с 1 класса обучаются по ФГОС нового поколения. Уже в сентябре 2017 года мы – учителя физики - начнем работать с семиклассниками, у которых развиты метапредметные умения. Учитель должен будет строить уроки с учетом новых требований, значит уже сейчас надо начинать учиться самому, как организовывать различные виды деятельности учащихся в соответствии с планируемыми результатами. Новые стандарты, в первую очередь, предполагают на уроках физики развивать экспериментальные навыки учащихся: самостоятельно проводить наблюдения, выдвигать гипотезы, планировать и выполнять эксперименты, обрабатывать и объяснять полученные результаты, делать выводы. Любой предметник хочет заранее понять, как же ему придется перестраиваться, как планировать урок, какие цели ставить пред собой и перед учащимися. Ведь многие преподаватели десятилетиями выстраивали традиционный урок так, как нас учили еще в советские времена: актуализация – мотивация - изучение нового материала – закрепление.

Год назад, работая в одной из московских школ, я посещала семинары, посвященные построению урока в рамках нового ФГОС. Узнала много нового и интересного о планировании урока, о разных моделях урока. Но курсы одновременно посещали преподаватели различных учебных предметов, поэтому лекции носили универсальный характер, без привязки к конкретной учебной дисциплине. Посетила также несколько городских семинаров, прослушала не один вебинар, но вопросов у меня меньше не становилось. Некоторые вебинары оказались не информативными – много общих слов, терминов, красочные презентации, схемы, но как строить урок по-новому, все также непонятно. В итоге нашла в Педагогическом университете «Первое сентября» дистанционный курс повышения квалификации для учителей физики «Эксперимент как метапредметная деятельность». Обучение я еще не закончила, сижу по вечерам читаю лекции, разбираюсь в материале. Уже с первых лекций стала понятна основная идея – как использовать и планировать эксперимент для введения новый понятий, для исследования физических явлений, физических величин и их взаимосвязей. Сразу захотелось многое попробовать на уроках. Да и надо уже начинать «накапливать» материал на будущее. Времени, конечно, на разработку урока и подготовку экспериментов уходит много, пока еще не все до конца понятно, но очень интересно.

Вместе вспоминаем, какой прибор необходим для измерения сил, затем моделируем ситуацию для проведения опыта. В качестве исследуемого тела берем металлический цилиндр. Я приготовила для проведения опыта одну из частей наборного груза – объем у него достаточно большой, и разность в показаниях динамометра будет хорошо видна. Динамометр взяла из набора по статике с магнитными держателями, где деления на шкале разного цвета. Фактически, мы в диалоге планируем проведение эксперимента. Рисунок опыта делаем вместе – я на доске, а ребята в тетради. Далее проводим опыт, в котором убеждаемся, что держать груз в воде легче, чем в воздухе, т.е. вес тела в воде действительно меньше веса тела воздухе. Дальше, вспоминая понятие равнодействующей, вместе приходим к выводу о наличии силы со стороны воды, которая направлена вверх. Теперь предлагаю исследовать, от чего зависит эта сила. Начинаем вместе высказывать различные гипотезы, записывая их также на доске и в тетради. У нас получились следующие предположения: новая сила зависит от рода жидкости, от количества жидкости, от глубины погружения тела, от массы тела, от размеров (объема) тела. Следующий этап: планируем новые эксперименты для проверки выдвинутых гипотез. Тут возможны варианты: какие-то опыты может провести учитель, что-то ребята могут проверить сами – фронтально. Дальше все зависит от учителя, каждый сам придумает, как выяснить, какие из гипотез верные, а какие – нет. К концу урока мы смогли сделать следующие выводы: выталкивающая сила не зависит от количества жидкости, в которую погружают тело, не зависит от глубины погружения тела, но зависит от вида жидкости и от объема тела. Теперь, когда на опыте сила исследована, можно и формулу выводить, обсуждать закон Архимеда, начинать решать качественные и расчетные задачи.

Кстати, лабораторная работа на определение выталкивающей силы в учебнике А.В.Перышкина, на мой взгляд, тоже не особо удачная. Любой учитель знает, что часть работы, где определяется выталкивающая сила в соленой воде, не дает нужного результата! Сколько соли в воду не добавляй, результат у ребят получается такой же, как в чистой воде. Поэтому я решила провести эту лабораторную работу иначе и составила свое описание (опубликовано на сайте в разделе «Физика»). В этой работе ребята сравнивали силу Архимеда в воде для тел разной массы, но одинакового объема, и для тел разного объема, но изготовленных из одного вещества. Кроме того, на опыте, используя лабораторный динамометр, не получается увидеть зависимость силы Архимеда от плотности жидкости. Поэтому я предложила выталкивающую силу рассчитать для другой жидкости, например для спирта, и сравнить полученные в опыте и в расчетах значения. Тем более что аналогичный опыт мы уже видели на описанном выше уроке.

Пока мои ученики не умеют сами планировать эксперимент, самостоятельно формулировать познавательные задачи, но, надеюсь, что вместе мы будем этому постепенно учиться. Буду рада, если описанный мною пример поможет кому-то в планировании уроков с использованием эксперимента для исследования физических явлений и законов.