Условия плавания тел чем они различаются. Архимедова сила. Условия плавания тел. Водный транспорт. Воздухоплавание

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

§ - тело тонет;

Другая формулировка (где - плотность тела, - плотность среды, в которую оно погружено):

§ - тело тонет;

§ - тело плавает в жидкости или газе;

§ - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

2. Тонкая линза. Линза (нем. Linse, от лат. lens - чечевица) - деталь из оптически (и не только, линзы также применяются в СВЧ технике, и там обычно состоят из непрозрачных диэлектриков или набора металлических пластин) прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.

Линза, для которой толщина принята равной нулю, в оптике называется «тонкой ».

При изложении характеристики линз был рассмотрен принцип построения изображения светящейся точки в фокусе линзы. Лучи, падающие на линзу слева, проходят через её задний фокус, а падающие справа - через передний фокус. Следует учесть, что у рассеивающих линз, наоборот, задний фокус расположен спереди линзы, а передний позади.

Величина называется оптической силой линзы . Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях, единицами, измерения которых являются м−1. - коэффициент преломления материала линзы, - коэффициент преломления среды, окружающей линзу, – фокусное расстояние.

1. Ламинарное и турбулентное течение жидкостей. Ламинарное течение (лат. lāmina - «пластинка») - течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления). Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса, после которого оно переходит в турбулентное. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.). Например, для течения в круглой трубе . Турбулентность, устар. турбуленция (от лат. turbulentus - бурный, беспорядочный), турбулентное течение - явление, заключающееся в том, что при увеличении скорости течения жидкости или газа в среде самопроизвольно образуются многочисленные нелинейные фрактальные волны и обычные, линейные различных размеров, без наличия внешних, случайных, возмущающих среду сил и/или при их присутствии. Для расчёта подобных течений были созданы различные модели турбулентности. Волны появляются случайно. То есть их размер и амплитуда меняется хаотически в некотором интервале. Они возникают чаще всего либо на границе, у стенки, и/или при разрушении или опрокидывании волны. Они могут образоваться на струях. Экспериментально ее можно наблюдать на конце струи пара из электрочайника. Турбулентность экспериментально открыта английским инженером Рейнольдсом в 1883 году при изучении течения несжимаемой жидкости (воды) в трубах. В гидродинамике уравнение непрерывности называют уравнением неразрывности . Оно выражает собой закон сохранения массы в элементарном объеме, то есть непрерывность потока жидкости или газа. Его дифференциальная форма



где - плотность жидкости (или газа), - вектор скорости жидкости (или газа) в точке с координатами в момент времени .

Вектор называют плотностью потока жидкости . Его направление совпадает с направлением течения жидкости, а абсолютная величина определяет количество вещества, протекающего в единицу времени через единицу площади, расположенную перпендикулярно вектору скорости.

Для несжимаемых жидкостей . Поэтому уравнение принимает вид

из чего следует соленоидальность поля скорости. Давление жидкости, текущей по трубе, меньше там, где скорость её течения больше, и, наоборот, где скорость течения жидкости меньше, давление там больше. Закон Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:

Плотность жидкости,

Скорость потока,

Высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,

Давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,

Ускорение свободного падения.

Константа в правой части обычно называется напором , или полным давлением, а также интегралом Бернулли . Размерность всех слагаемых - единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости.

Это соотношение, выведенное Даниилом Бернулли в 1738 г., было названо в его честь уравнением Бернулли (не следует путать с дифференциальным уравнением Бернулли).

Для горизонтальной трубы и уравнение Бернулли принимает вид: .

Эта форма уравнения Бернулли может быть получена путём интегрирования уравнения Эйлера для стационарного одномерного потока жидкости, при постоянной плотности : .

Согласно закону Бернулли, полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль этого потока.

В газе также выполняется этот закон при скоростях его движения менее v ≈ 340 м/с - скорости звука: пульверизатор, крыло (циркуляция потока вокруг крыла).

V П
p В < p H - возникает подъёмная сила

В реальных жидкостях и газах возникает внутреннее трение слоёв - вязкость, которая понижается с повышением температуры для жидкостей и возрастает для газов. Сила трения за счёт вязкости для двух плоскопараллельных пластин равна

где v скорость движения пластинки, S - площадь, d - расстояние между ними, η - коэффициент вязкости. Скорость перемещения слоёв меняется как
, т.е. - сила трения для слоёв жидкости, соприкасающихся между собой.

В трубе скорость жидкости равна нулю около стенок и меняется к центру по закону

На единицу (S=1) поверхности (цилиндрической) действует сила трения (по модулю).

Пуазейль в 1841 г. установил, что средняя скорость ламинарного течения жидкости в трубе равна
- закон Пуазейля,
где . Тогда объём жидкости, протекающей в трубе, равен

При движении тел в жидкостях и газах на них действуют сила лобового сопротивления и подъёмная сила. В идеальной жидкости сила лобового сопротивления отсутствует из-за ламинарности обтекания для бесконечного цилиндра - симметричная картина. Реально за телом всегда возникает турбулентность из-за отрыва слоя. Энергия вихрей расходуется на нагрев жидкости, давление сзади будет ниже, чем спереди возникает сила сопротивления.

Для шарика сила сопротивления равна

- закон Стокса.
F сопр минимальна для тел каплевидной формы .

2. Плоское зеркало. Принцип хода лучей, отражённых от зеркала прост, если применять законы геометрической оптики, не учитывая волновую природу света. Луч света падает на зеркальную поверхность (рассматриваем полностью непрозрачное зеркало) под углом альфа к нормали (перпендикуляру), проведённой к точке падения луча на зеркало. Угол луча отражённого будет равен тому же значению-альфа. Луч, падающий на зеркало под прямым углом к плоскости зеркала, отразится сам в себя.

Для простейшего - плоского - зеркала изображение будет расположено за зеркалом симметрично предмету относительно плоскости зеркала, оно будет мнимым, прямым и такого же размера, как сам предмет. Это нетрудно установить, пользуясь законом отражения света. Плоское зеркало также можно рассматривать как предельный случай сферического зеркала (неважно, выпуклого, или вогнутого), при радиусе стремящемся к бесконечности, тогда его свойства получаются из формулы сферического зеркала и формулы увеличения сферического зеркала. Изображение A" точечного источника света A в плоском зеркале.:

1. Импульс точки. И́мпульс (Количество движения ) - векторная физическая величина, характеризующая меру механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v , направление импульса совпадает с направлением вектора скорости:

В более общем виде, справедливом также и в релятивистской механике, определение имеет вид:

Импульс - это аддитивный интеграл движения механической системы, связанный согласно теореме Нётер с фундаментальной симметрией - однородностью пространства.

В классической механике полным импульсом системы материальных точек называется векторная величина, равная сумме произведений масс материальных точек на их скорости:

соответственно величина называется импульсом одной материальной точки . Это векторная величина, направленная в ту же сторону, что и скорость частицы. Единицей измерения импульса в Международной системе единиц (СИ) является килограмм-метр в секунду (кг·м/с).

Отношение изменения импульса системы к изменению времени равняется сумме всех внешних сил. Это и есть одна из формулировок закона изменения импульса. Классическая формулировка гласит: скорость изменения полного импульса системы равна векторной сумме внешних сил, действующих на систему.

Импульс силы - это векторная физическая величина, равная произведению силы на время её действия, мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении).

За конечный промежуток времени эта величина равна определённому интегралу от элемен­тарного импульса силы, где пределами интегрирования являются моменты начала и конца промежутка времени действия силы. В случае одновременного действия нескольких сил сумма их импульсов равна импульсу их равнодействующей за то же время.

Во вращательном движении момент силы, действуя в течение определённого времени, создаёт импульс момента силы. Импульс момента силы - это мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вра­щательном движении):

где - векторное произведение.

Формулировка второго закона Ньютона с использованием понятия импульса :

В инерциальной системе отсчета производная импульса материальной точки по времени равна действующей на него силе.

где - импульс (количество движения) тела, - время, а - производная по времени.

P.S. Производная (функции в точке) - основное понятие дифференциального исчисления, характеризующее скорость изменения функции (в данной точке). Определяется как предел отношения приращения функции к приращению ее аргумента при стремлении приращения аргумента к нулю, если такой предел существует. Функцию, имеющую конечную производную (в некоторой точке), называют дифференцируемой (в данной точке).

2. Рассеивающая линза. Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым .

Формула тонкой линзы

Формула тонкой линзы связывает d (расстояние от предмета до оптического центра линзы), f (расстояние от оптического центра до изображения) с фокусным расстоянием F (рис. 101).

Это и есть формула тонкой линзы.

Расстояния F, d и f от линзы до действительных точек берутся со знаком плюс, расстояния от линзы до мнимых точек - со знаком минус.

Отношение размера изображения Н к линейному размеру предмета h называют линейным увеличением линзы Г .

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

1. ФИО: Шевцова Любовь Николаевна

2.Место работы: МБОУ МО Плавский район «Молочно-Дворская СОШ»

3. Должность: учитель физики

4.Предмет: физика

5.Класс: 7

6.Базовый учебник: Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений /А.В. Перышкин. – 2-е изд., стереотип – М.: Дрофа, 2013. – 221, с.: ил.

7. Тип урока: урок изучения нового материала с использованием ЭОР и самостоятельной деятельности учащихся.

8.Метод обучения: исследовательский.

9.Тема и номер урока в теме: «Давление твердых тел, жидкостей и газов»

Урок № 46.16

Тема урока : «Плавание тел».

Цель урока :

Выяснить экспериментальным путем условия, при которых тело в жидкости плавает, всплывает и тонет; сформулировать вывод в том, что поведение тел в жидкости зависит от соотношения выталкивающей силы Архимеда и силы тяжести, плотностей жидкости и тела, погруженного в жидкость.

Задачи:

Образовательные:

Актуализировать знания учащихся о действии жидкостей и газов на погруженные в них тела ; выяснить и сформулировать условия плавания тел.

Развивающие:

Формирование навыков организации самостоятельной деятельности учащихся с использованием ЭОР; овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умений предвидеть возможные результаты своих действий; сформировать познавательные интересы, интеллектуальные и творческие способности учащихся.

Воспитательные:

Воспитывать интерес к предмету, потребность в познании нового, внимание, самостоятельность, коммуникативные качества, компьютерную грамотность, аккуратность.

Здоровьесберегающие:

Профилактика умственного перенапряжения путем смены деятельности.

Необходимое техническое оборудование : ПК, мультимедийный проектор, презентация, оборудование для проведения опытов.

Оборудование : несколько стаканов с растворами соли, сахара, марганцовки, яйцо в воде, набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый, пенопластовый кубик, ареометр.

Планируемый результат

Личностные умения

Метапредметные умения

Предметные умения

- проявление эмоционально-ценностного отношения к учебной проблеме;

Проявление творческого отношения к процессу обучения;

Готовность к равноправному сотрудничеству;

Потребность в самовыражении и самореализации, социальном признании;

Убежденность в возможности познания природы;

Проявление самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений

Познавательные :

Умение находить сходство и различие между объектами, обобщать полученную информацию;

Умение вести наблюдение;

Умение прогнозировать ситуацию.

Регулятивные:

Умение выполнять учебное задание в соответствии с целью;

Умение соотносить учебные действия с известными правилами;

Умение выполнять учебное действие в соответствии с планом.

Коммуникативные:

Умение формулировать высказывание;

Умение согласовывать позиции и находить общее решение;

Умение адекватно использовать речевые средства и символы для представления результата.

Предметные умения

Умение объяснять условия плавания тел на основе изученного понятия архимедовой силы и силы тяжести, действующие на тело, погруженное в жидкость, а также от зависимости плотности тела и жидкости;

Умение составлять план эксперимента, заполнять таблицу и делать вывод;

Умение работать с текстом учебника.

«Без сомнения, все наше знание начинается с опыта.»

И.Кант

СТРУКТУРА И ХОД УРОКА

Таблица 1

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Название используемых ЭОР

Время

(в мин)

Оргмомент

Приветствие учащихся.

Приветствуют учителя

Проверяют готовность своего рабочего места.

Актуализация знаний, повторение пройденного материала.

  1. Предлагает ученикам вспомнить закон Архимеда

(Сформулировать, записать формулу)

Слайд № 1 Слайд № 2

  1. Выполнить тест, состоящий из 8 разноуровневых заданий. (на столах уч-ся лежат листочки с вопросами теста) Контролирует выполнение теста учащимися. Оценки.

Слайд № 3

Просмотр ролика Архимедова сила:

Опишите картинку

Отвечают на вопросы, формулируют закон Архимеда.

Слайд № 2

Выполняют тест, согласно инструкциям учителя.

Проверяю по ключу.

Слайд № 4

(плавает, часть над водой, часть под водой)

Архимедова сила (айсберг)

Постановка цели урока

Объявление темы урока.

Постановка целей и их запись каждым предложившим цель

Формулируют цели урока Слушают учителя.

Отвечают на вопросы учителя, делая различные предположения.

Изучение нового материала

Создание мотивации.

Слайд № 5-8

Рассказ о мальчике:

Однажды учитель продемонстрировал ученикам волшебное яйцо, которое умело плавать, а точнее всплывать со дна стакана и загадал ученикам загадку: как не трогая стакана с водой и яйцом и не используя никаких инструментов достать яйцо из стакана? Самый сообразительный, потратив всего 1 минуту, уже держал это яйцо в руках и получил «5». Как ему это удалось?

ТБ.

(на столах несколько стаканов с растворами соли, сахара, марганцовки, яйцо в воде)

Демонстрирует опыт: доливают в стакан раствор соли.

Слайд № 9

3адание группе 1 :

  1. Пронаблюдайте, какие из предложенных тел тонут, и какие плавают в воде.
  2. Найдите в таблице учебника плотности, соответствующих веществ и сравните с плотностью воды.
  3. Результаты оформите в виде таблицы.

Оборудование: сосуд с водой и набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый.

Слайд № 10

Задание группе 2 :

  1. Сравните глубину погружения в воде деревянного и пенопластового кубиков одинаковых размеров.
  2. Сделайте выводы на основании результатов опытов

Оборудование: сосуд с водой, деревянный и пенопластовый кубики.

Слайд № 11

Задание группе 3 :

  1. Выясните, отличается ли глубина погружения деревянного кубика в жидкости разной плотности. Результат опыта представить на рисунке
  2. Сделайте выводы на основании результатов опытов.

Оборудование: стакан с водой, стакан с маслом, деревянный брусок 2 шт.

Учитель: Мы говорили об условии плавания твёрдых тел в жидкости. А может ли одна жидкость плавать на поверхности другой?

Задание группе 4 :

Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды. Цель работы: Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.

Оборудование: сосуды с маслом, водой, пипетка.

Последовательность проведения опыта:

  1. Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла.
  2. Опустите пипетку на глубину 3 – 4 см в стакан с водой.
  3. Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды.
  4. На основе проделанного опыта сделайте вывод.

После выполнения эксперимента обсуждаются результаты работы, подводятся итоги. Пока учащиеся выполняют задания, наблюдаю за их работой, оказываю необходимую помощь.

Учитель: Заканчиваем работу, приборы отодвиньте на край стола. Переходим к обсуждению результатов. Сначала выясним, какие тела плавают в жидкости, а какие – тонут.

(Группа 1,2)(Учащиеся приводят примеры и делают вывод.) и т.д.

Слайд № 12

Слайд № 13,14

Учитель: (Группа 4) Снова вернёмся к таблице плотности веществ. Объясним, почему на воде образуется масляная плёнка.

Действие прибора - Ареометр (демонстрируем определение плотности воды и масла)

Пробуют в парах на своих местах.

Вывод:

  1. Поведение тела зависит от плотности жидкости.
  2. Тело может всплывать, плавать, тонуть.

Выполняют задание.

Заполняют таблицу.

Сравнивают значения плотностей.

Делают вывод:

  1. Если плотность тела меньше плотности жидкости, то тело плавает.
  2. Если плотность тела больше плотности жидкости, то тело тонет.

А если равны?

  1. Если плотность тела равна плотности жидкости, то тело плавает внутри жидкости.

Опыт с киндерами

(мензурка с водой и 3 киндера разной массы)

Вывод: Таким образом, глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности самого тела.

Вывод:

Глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости

Вывод:

Жидкости ведут себя также, как и твердые тела. Их расположение в сосуде зависит от плотности.

Резина и кирпич в жидкости

Гиря в ртути

Мертвое море

Закрепление нового материала

Предлагает учащимся заполнить таблицу Слайд № 15

Проверка Слайд № 16

F A и F T

Ж и Т

Тонет, плавает или всплывает

F A T

Ж Т

Тонет

F A = F T

Ж = Т

Плавает

F A > F T

Ж > Т

Всплывает

Выполняют задание, применяя полученные знания . Делают и записывают вывод в тетрадь

Рефлексия.

Со всеми ли задачами мы справились? Выясняем?

Формулируют выводы.

Задают вопросы учителю.

Подведение итогов урока

Анализирует результаты выполнения учащимися заданий .

Выставляет оценки

Слушают учителя.

Домашнее задание

Формулирует домашнее задание, комментирует его:

§ 50, упр. 25 № 2, 4 Задание с пластилином!

Слайд № 17,18

Фиксируют домашнее задание.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ДАННОМ УРОКЕ ЭОР Таблица 2

Название ресурса

Форма предъявления информации (иллюстрация, презентация, видеофрагменты, тест, модель и т.д.)

“Архимедова сила”

Рисунок, текст, звук. Озвученная иллюстрация для изучения закона Архимеда.(Айсберг)

“Выталкивающая сила и плотность жидкости”

Иллюстрированный и озвученный рассказ о различной величине архимедовой силы в пресной и солёной воде.

(мертвое море)

“Гиря в воздухе, воде и ртути”

Видеофрагмент, в котором демонстрируется как железная гиря тонет в воде и плавает в ртути.

“Плавание тел”

Интерактивная модель, позволяющая провести виртуальный опыт по выявлению зависимости глубины погружения тела в жидкость (резина и кирпич)

Приложения

Тест

1. По какой формуле определяется Архимедова сила?
А. Б.

В. Г.

2. В каком случае Архимедова сила, действующая на самолёт больше: у поверхности Земли или на высоте 10 км?
А. Больше у поверхности Земли.

Б. В обоих случаях одинаково
В. Больше на высоте 10 км.

3. Какая сила равна весу жидкости, вытесненной этим телом?
А. Сила сопротивления.

Б. Архимедова сила.

В. Сила упругости.

4. Человек находится в воде. Как изменяется Архимедова сила, действующая на человека при вдохе?
А. Уменьшается.

Б. Увеличивается.

В. Не изменяется.

5. Тело весом 8 Н погружено в воду. Вес вытесненной жидкости равен 6 Н. Каково значение выталкивающей силы?
А. 2 Н Б. 6 Н В. 8 Н Г. 14 Н

6 . На рычажных весах уравновешены одинаковые тела. Нарушится ли равновесие и как, если опустить одно тело в воду, а другое в керосин?
А. Нарушится равновесие, перетянет тело, опущенное в керосин.
Б. Нарушится равновесие, перетянет тело, опущенное в воду.
В. Не нарушится.

7. Тело, подвешенное на нити, опускают в воду. Как при этом изменится сила тяжести, вес тела и сила Архимеда?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличится;

уменьшится; https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

МБОУ МО Плавский район « Молочно-Дворская СОШ» Учитель физики Шевцова Л.Н.

Отвечаем на вопросы 1.Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости и газы. 2. Как подсчитать архимедову силу? 3.От каких величин зависит архимедова сила? 4.От каких величин она не зависит?

На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная по модулю весу жидкости, которую вытесняет данное тело. При полном погружении тела объемом V т и плотностью ρ ж, архимедова сила F А:

Древнегреческий ученый Архимед, 287 г. до нашей эры. «Архимедова сила»

Ключ к тесту 1. В 2. А 3. Б 4. Б 5. Б 6. А А – 3 Б – 2 В – 1 8. Решение и ответ: F a = 1,3 кг/м 3 *6 м 3 * 9,8 Н/кг = 76,44 Н Ответ: 76,44 Н Вопросы 1- 6 - 1 балл; «5» - 10 -11 баллов; Вопрос 7 - 1-2 балла; «4» - 8 - 9 баллов; Задача № 8 - 3 балла «3» - 5 - 7 баллов; Итого: 11 баллов «2» - менее 5 баллов.

О каком плавающем теле идёт речь? Сегодня над морем Большая жара; А в море плывёт Ледяная гора. Плывёт и, наверное Считает: Она и в жару не растает.

«Без сомнения, все наше знание начинается с опыта.» И.Кант

Урок - исследование «Условия плавания тел»

Каковы условия плавания тел в жидкости?

Фронтальная экспериментальная работа 1 группа. Задание: Пронаблюдайте, какие из предложенных тел тонут, и какие плавают в воде. Найдите в таблице учебника плотности, соответствующих веществ и сравните с плотностью воды. Оборудование: сосуд с водой и набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый. Результаты оформите в виде таблицы. Плотность жидкости Плотность вещества Тонет или нет Вода – 1000 кг/м 3 Железо Алюминий Дерево (дуб) Пробка

Фронтальная экспериментальная работа 2 группа. Задание: Сравните глубину погружения в воде деревянного и пенопластового кубиков одинаковых размеров. Сделайте выводы на основании результатов опытов Оборудование: сосуд с водой, деревянный и пенопластовый кубики.

Фронтальная экспериментальная работа 3 группа. Задание: Выясните, отличается ли глубина погружения деревянного кубика в жидкости разной плотности. Результат опыта представить на рисунке Сделайте выводы на основании результатов опытов. Оборудование: стакан с водой, стакан с маслом, деревянный брусок 2 шт.

Условие плавания тел всплывает плавает тонет плотность жидкости больше плотности тела плотность жидкости равна плотности тела плотность жидкости меньше плотности тела

Фронтальная экспериментальная работа 4 группа. Задание: Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды. Цель работы: Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы. Оборудование: сосуды с маслом, водой, пипетка. Последовательность проведения опыта: Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла. Опустите пипетку на глубину 3 – 4 см в стакан с водой. Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды. На основе проделанного опыта сделайте вывод

Плавание одной жидкости на поверхности другой. Жидкости, как и твердые тела подчиняются условиям плавания тел.

F A и F T Ж и Т Тонет, плавает или всплывает Тонет Плавает Всплывает

F A и F T Ж и Т Тонет, плавает или всплывает F A F T Ж > Т Всплывает

Домашнее задание: § 50 Упр.25(2,4)

Уходя с урока, выберите смайлик:

Спасибо за внимание!


: выталкивающая (архимедова) сила F А, направленная вертикально вверх, и сила тяжести Fт, направленная вертикально вниз. Если эти силы равны, т. е.
F А = F т (48.1)
то тело будет находиться в равновесии.

Равенство (48.1) выражает условие плавания тел : для того чтобы тело плавало, необходимо, чтобы действующая на него сила тяжести уравновешивалась архимедовой (выталкивающей) силой.

Условию плавания тел можно придать иную форму. Представим архимедову силу в виде
F А = p ж V ж g (48.2)

Аналогичным образом можно выразить и силу тяжести , действующую на тело. Мы знаем, что F т = mg, где m - масса тела; но масса тела равна произведению плотности тела на его объем: m = рV. Поэтому

Подставим выражения (48.2) и (48.3) в равенство (48.1):

Разделив обе части этого равенства на получим условие плавания тел в новой форме :

Из полученного соотношения можно вывести два важных следствия.

1. Для того чтобы тело плавало, будучи полностью погруженным в жидкость, необходимо, чтобы плотность тела была равна плотности жидкости.

Д о к а з а т е л ь с т в о. Если тело полностью погружено в жидкость, то объем вытесняемой телом жидкости будет равен объему всего тела (см. рис. 134, а): V ж = V. А раз так, то эти объемы в формуле (48.4) можно сократить. При этом останется: p = p ж, что и требовалось доказать.

2. Для того чтобы тело плавало, частично выступая над поверхностью жидкости, необходимо, чтобы плотность тела была меньше плотности жидкости .

Д о к а з а т е л ь с т в о. Если тело плавает, частично выступая над поверхностью жидкости, то объем вытесняемой телом жидкости будет меньше объема всего тела (см. рис. 134, б): V ж р, что и требовалось доказать.

Рисунок 134.Зависимость плавания тела от его плотности и плотности жидкости.
При р>р ж плавание тела невозможно, так как в этом случае сила тяжести превышает архимедову силу, и тело тонет.

Что будет происходить с телом, у которого р<р ж, если его полностью погрузить в жидкость? В этом случае архимедова сила будет преобладать над силой тяжести, и потому тело начнет подниматься вверх. Пока тело будет двигаться, будучи полностью погруженным в жидкость, архимедова сила будет оставаться неизменной. Но как только тело достигнет поверхности жидкости и появится над ней, эта сила (по мере уменьшения объема части тела, погруженной в жидкость) будет становиться все меньше и меньше. Всплытие прекратится тогда, когда архимедова (выталкивающая) сила уменьшится и станет равной силе тяжести. При этом, чем меньшей плотностью (по сравнению с плотностью жидкости) обладает тело, тем меньшая его часть останется внутри жидкости (рис. 135).

Рисунок 135. Зависмость погружения тела в жидкость от его плотности.

Вопросы.

1. Сформулируйте условие плавания тел.

2. В каком случае тело плавает полностью погруженным в жидкость?

3. В каком случае тело плавает, частично выступая над поверхностью жидкости?

4. Предположим, что в сосуд налили воду н керосин. Какая из этих жидкостей расположится сверху?

5. В какой из следующих жидкостей будет плавать лед: в керосине, в воде или в спирте?

6. В какой из следующих жидкостей будет плавать гвоздь: в ртути или в машинном масле?

7. Куриное яйцо тонет в пресной воде, но плавает в соленой. Почему?

8. Как зависит глубина погружения плавающего тела от его плотности?

Экспериментальное задание.

Опустите сырую картофелину в стеклянную банку с пресной водой. Почему она тонет? Как будет вести себя картофелина, если в воду насыпать соль? Медленно высыпая соль и размешивая воду, добейтесь того, чтобы картофелина могла плавать в толще воды, будучи полностью в нее погруженной. Какой должна быть плотность соленой воды, чтобы это было возможным?

Отослано читателями из интернет-сайтов

Материалы с физики 7 класс, задание и ответы с физики по классам, онлайн тестирование по физике, планы конспектов уроков по физике 7 класс, разработка уроков физики 7 класс Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

На данном уроке, тема которого: «Плавание тел» мы с вами поговорим о том, как себя ведут разные тела при погружении их в воду. Выясним, в чем причины таких различий, и проведем ряд экспериментов для лучшего понимания явления.

На двух предыдущих уроках мы выяснили, что на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. Древнегреческий ученый Архимед предложил способ вычисления этой силы. На данном занятии мы порассуждаем о том, почему тела, погруженные в одни жидкости, будут всплывать на ее поверхность, а погруженные в другие жидкости - тонуть. Почему тела в разных жидкостях ведут себя по-разному?

Рассмотрим поведение двух брусков, железного и деревянного, одинакового объема при их погружении в воду. Железный брусок утонет, а деревянный всплывет на поверхность (см. рис. 1).

Рис. 1. Поведение разных тел в жидкости

Почему же это происходит? Рассмотрим, какие силы действуют на каждый брусок - это силы тяжести и выталкивающие силы - архимедовы (см. рис. 2).

Рис. 2. Действие сил на погруженные тела

Так как объемы этих тел одинаковы и жидкость, в которую они погружены, одна и та же, то значение выталкивающей силы будет одинаковой:

Бруски выполнены из разного материала, а значит, что при одном и том же объеме, но при различной плотности сила тяжести, действующая на железный брусок, будет больше, чем сила тяжести, действующая на деревянный брусок (см. рис. 3).

Рис. 3. Различие сил тяжести

Итак, поведение брусков в жидкости зависит от того, насколько отличаются силы тяжести и выталкивающие силы:

Теперь обратимся к математическим выражениям.

Подставим эти выражения в формулы для сил тяжести и архимедовых сил и увидим, что:

А может ли одно и то же тело тонуть в одной жидкости и плавать в другой? Проверим это экспериментально. Погрузим вареное яйцо в сосуд с водой (см. рис. 4).

Рис. 4. Вареное яйцо в жидкости

Яйцо тонет, но если добавить в воду соль и создать насыщенный раствор, то яйцо будет плавать на поверхности (см. рис. 5).

Рис. 5. Вареное яйцо в насыщенном растворе

То есть, когда плотности жидкостей различны, то чем больше эти плотности, тем больше выталкивающая сила и тело может плавать на поверхности одной жидкости и тонуть в другой. Подобного эффекта мы можем достичь, погрузившись в Мертвое море (см. рис. 6).

Рис. 6. Мертвое море

Плотность воды там составляет до . Человек может держаться на поверхности Мертвого моря, практически не прилагая для этого никаких усилий.

Большинство живых организмов, населяющих водную среду, имеет среднюю плотность, равную плотности воды. Именно это позволяет им плавать под водой. Особую роль играет плавательный пузырь. Изменяя его объем, рыбы могут плавать на разной глубине, так как они изменяют выталкивающую силу, действующую на них (см. рис. 7).

Рис. 7. Рыбы плавают на разной глубине благодаря плавательному пузырю

А где же используется подобное свойство в технике? Конечно, в судостроении. Корабли, выполненные из стали, прекрасно держатся на поверхности воды, а подобный кораблю кусок стали будет тонуть в той же самой воде. Итак, изменяя объем тела, можно добиться его плавучести.

Сегодня на занятии мы с вами разобрались, почему тела могут плавать или тонуть. Это зависит от соотношения силы тяжести и силы Архимеда. Так же можно сказать, что плавучесть тела будет зависеть от соотношения плотности тела и плотности жидкости.

Список литературы

  1. Ф.Я. Божинова, Н.М. Кирюхин, Е.А. Кирюхина Физика 7 кл.: Учебник. - Х.: Издательство «Ранок», 2007, 192 с.
  2. А.В. Перышкин. Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, 2-е издание, стереотипное. - М.: Дрофа, 2013. - 221 с.
  1. Интернет портал «class-fizika.narod.ru» ()
  2. Интернет портал «files.school-collection.edu.ru» ()
  3. Интернет портал «eduspb.com» ()
  4. Интернет портал «ru.solverbook.com» ()
  5. Интернет портал «двойкам-нет.рф» ()

Домашнее задание

  1. Что такое архимедова сила?
  2. Какое условие должно выполняться, чтобы тело плавало на поверхности воды? Тонуло?
  3. Сила тяжести, действующая на судно, равна 1000 кН. Какой объем воды вытесняет это судно, если оно держится на плаву?

Тип урока: исследование

Используемые технологии: Традиционная, групповая, инновационная.

Цель урока: Выяснить условия плавания тел в зависимости от плотности жидкости и тела, усвоить их на уровне понимания и применения, с использованием логики научного познания.

Задачи:

  1. установить теоретически и экспериментально соотношение между плотностью тела и жидкости, необходимое для обеспечения условия плавания тел;
  2. продолжить формировать умение учащихся проводить опыты и делать из них выводы;
  3. развитие умений наблюдать, анализировать, сопоставлять, обобщать;
  4. воспитание интереса к предмету;
  5. воспитание культуры в организации учебного труда.

Предполагаемые результаты:

Знать: Условия плавания тел.

Уметь: Экспериментально выяснять условия плавания тел.

Оборудование: Мультимедиа, экран, индивидуальные карточки задания, таблица плотностей, исследуемые материалы.

Ход урока

Активизация знаний:

Учитель:

– На предыдущих уроках мы рассмотрели действие жидкости и газа на погруженное в них тело, изучили закон Архимеда, условия плавания тел. Тему сегодняшнего урока мы узнаем, решив кроссворд.

По горизонтали: 1. Единица деления. 2. Единица массы. 3. Кратная единица массы. 4. Единица площади. 5. Единица времени. 6. Единица силы. 7. Единица объема. 8. Единица длины.

Ответы: 1. Паскаль. 2. Килограмм. 3. Тонна. 4. Квадратный метр. 5. Час. 6. Ньютон. 7. Литр. 8. Метр.

(Тему урока записываем в тетради)

Учитель: Но а теперь прежде, чем приступить с решению экспериментальных задач, ответим на несколько вопросов. Какая сила возникает при погружении тела в жидкость?

Учащиеся: Архимедова сила.

Учитель: Куда направлена эта сила?

Учащиеся: Она направлена вертикально вверх.

Учитель: От чего зависит архимедова сила?

Учащиеся: Архимедова сила зависит от объёма тела и от плотности жидкости.

Учитель: А если тело не полностью погружено в жидкость, то как определяется архимедова сила?

Учащиеся: Тогда для подсчета архимедовой силы надо использовать формулу F A = ρ ж gV, где V – объем той части тела, которая погружена в жидкость.

Учитель: Какими способами можно на опыте определить архимедову силу?

Учащиеся: Можно взвесить жидкость, вытесненную телом, её вес и будет равен архимедовой силе. Можно найти разность показаний динамометра при взвешивании тела в воздухе и в жидкости, эта разность тоже равна архимедовой силе. Можно определить объем тела с помощью линейки или мензурки. Зная плотность жидкости, объем тела, можно вычислить архимедову силу.

Учитель: Итак, мы знаем, что на всякое тело, погруженное в жидкость, действует архимедова сила. А ещё, какая сила действует на любое тело, погруженное в жидкость?

Учащиеся: Сила тяжести.

Учитель: Вы можете привести примеры тел, которые плавают на поверхности воды? А какие тела тонут в воде? А как ещё тело может вести себя в воде? Какие это тела? Попробуйте угадать, о каком плавающем теле пойдёт сейчас речь.

Сегодня над морем
Большая жара;
А в море плывёт
Ледяная гора.
Плывёт и, наверно,
Считает:
Она и в жару не растает.

Учащиеся: Айсберг.

Учитель: А изменилось бы что-нибудь, если бы воду в океане мы мгновенно поменяли бы на керосин?

(Учащиеся путаются в ответах)

Вы не можете точно ответить на этот вопрос. Но у вас уже появляются идеи, гипотезы. Давайте сегодня на уроке вместе решим проблему: Выясним: Каковы условия плавания тел в жидкости.

Решение исследовательских задач:

Запишите в тетради тему урока – “Условия плавания тел”.

Учитель: Ребята, а вы знаете, какой учёный изучал плавание тел?

Учащиеся: Архимед.

Учитель: Попробуем все сведения об условиях плавания тел проверить экспериментально, выполнив исследования. Мы с вами уже так поступали при изучении силы трения. Каждая группа получит своё задание. После выполнения заданий мы обсудим полученные результаты и выясним условия плавания тел.

Все результаты записывайте в тетрадь. Если возникнут вопросы, поднимите руку.

(Ребята получают карточки с заданиями и оборудование для их выполнения – 7 вариантов. Варианты заданий не одинаковы по уровню трудности: первые – наиболее простые, 6 и 7 – сложнее. Они даются соответственно уровню подготовки.)

Задания:

Задание группе 1 :

  1. Пронаблюдайте, какие из предложенных тел тонут, и какие плавают в воде.
  2. Найдите в таблице учебника плотности, соответствующих веществ и сравните с плотностью воды.
  3. Результаты оформите в виде таблицы.

Оборудование: сосуд с водой и набор тел: стальной гвоздь, фарфоровый ролик, кусочки свинца, сосновый брусок.

Оборудование: сосуд с водой и набор тел: кусочки алюминия, органического стекла, пенопласта, пробки, парафина.

Задание группе 2 :

  1. Сравните глубину погружения в воде деревянного и пенопластового кубиков одинаковых размеров.
  2. Выясните, отличается ли глубина погружения деревянного кубика в жидкости разной плотности. Результат опыта представить на рисунке.

Оборудование: два сосуда (с водой и с маслом), деревянный и пенопластовый кубики.

Задание группе 3 :

  1. Сравните архимедову силу, действующую на каждую из пробирок, с силой тяжести каждой пробирки.
  2. Сделайте выводы на основании результатов опытов.

Оборудование: мензурка, динамометр, две пробирки с песком (пробирки с песком должны плавать в воде, погрузившись на разную глубину).

Задание группе 4 :

  1. «Можно ли «заставить» картофелину плавать в воде? Заставьте картофелину плавать в воде.
  2. Объясните результаты опыта. Оформите их в виде рисунков.

Оборудование: сосуд с водой, пробирка с поваренной солью, ложка, картофелина средней величины.

Задание группе 5 :

  1. Добейтесь, чтобы кусок пластилина плавал в воде.
  2. Добейтесь, чтобы кусок фольги плавал в воде.
  3. Поясните результаты опыта.

Оборудование: сосуд с водой; кусок пластилина и кусочек фольги.

Учитель: Мы говорили об условии плавания твёрдых тел в жидкости. А может ли одна жидкость плавать на поверхности другой?

Задание группе 6 : Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды.

Цель работы: Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.

Оборудование: сосуды с маслом, водой, пипетка.

Последовательность проведения опыта:

  1. Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла.
  2. Опустите пипетку на глубину 3 – 4 см в стакан с водой.
  3. Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды.
  4. На основе проделанного опыта сделайте вывод.

После выполнения эксперимента обсуждаются результаты работы, подводятся итоги.

Пока учащиеся выполняют задания, наблюдаю за их работой, оказываю необходимую помощь.

Учитель: Заканчиваем работу, приборы отодвиньте на край стола. Переходим к обсуждению результатов. Сначала выясним, какие тела плавают в жидкости, а какие – тонут. (Группа 1)

Учащиеся: Один из них называет те тела, который тонут в воде, другой – тела, которые плавают, третий сравнивает плотности тел каждой группы с плотностью воды. После этого все вместе делают вывод.

Выводы:

  1. Если плотность вещества, из которого изготовлено тело больше плотности жидкости, то тело тонет.
  2. Если плотность вещества меньше плотности жидкости, то тело плавает.

(Выводы записываются в тетрадях.)

Учитель: Что произойдет с телом, если плотности жидкости и вещества будут равны?

Учащиеся: дают ответ.

Посмотрим, как ведут себя тела, плавающие на поверхности жидкости. Ребята группы 2 рассматривали, как ведут себя тела, изготовленные из дерева и пенопласта в одной и той же жидкости. Что они заметили?

Учащиеся: Глубина погружений тел разная. Пенопласт плавает почти на поверхности, а дерево немного погрузилось в воду.

Учитель: Что можно сказать о глубине погружения деревянного бруска, плавающего на поверхности воды, масла?

Учащиеся: В масле брусок погружался глубже, чем в воде.

Вывод: Таким образом, глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости и самого тела.

Запишем этот вывод.

Учитель: Теперь выясним, можно ли заставить плавать тела, которые в обычных условиях тонут в воде, например картофелину или пластилин или фольгу. (Группа 4; Группа 5)

Что вы наблюдаете?

Учащиеся: Они тонут в воде. Чтобы заставить картофелину плавать, мы насыпали в воду больше соли.

Учитель: В чем же дело? Что же произошло?

Учащиеся: У соленой воды увеличилась плотность и она стала сильнее выталкивать картофелину. Плотность воды возросла и архимедова сила стала больше.

Учитель: Правильно. А у ребят, выполнявших задание с пластилином, соли не было. Каким образом вам удалось добиться, чтобы пластилин плавал в воде?

Учащиеся: Мы сделали из пластилина лодочку. Она имеет больший объем и поэтому плавает. Можно сделать из пластилина коробочку, она тоже плавает. У нее тоже больше объем, чем у куска пластилина.

Вывод: Итак, чтобы заставить плавать обычно тонущие тела, можно изменить плотность жидкости или объем погруженной части тела. При этом изменяется и архимедова сила, действующая на тело. Как вы думаете, есть ли какая – нибудь связь между силой тяжести и архимедовой силой для плавающих тел?

Учитель: (Группа 6) Снова вернёмся к таблице плотности веществ. Объясним, почему на воде образуется масляная плёнка.

Итак, проблема решена, значит, жидкости, как и твёрдые тела подчиняются условиям плавания тел.

Продолжим беседу о жидкостях.

Один неглубокий сосуд пригласил в гости сразу три несмешивающиеся жидкости разной плотности и предложил им располагаться со всеми удобствами. Как расположились жидкости в гостеприимном сосуде, если это были: масло машинное, мёд и бензин.

Укажите порядок расположения жидкостей.

Учащиеся: (Группа 3) Мы погружали в воду две пробирки с песком – одна легче, другая тяжелее, - и обе они плавали в воде. Мы определили, что архимедова сила в том и другом случае примерно равна силе тяжести.

Учитель: Молодцы. Значит, если тело плавает, то F A = F тяж. (записываю на доске). А если тело тонет в жидкости?

Учащиеся: Тогда сила тяжести больше архимедовой силы.

Учитель: А если тело всплывает?

Учащиеся: Значит, архимедова сила больше силы тяжести.

Учитель: Итак, получили условие плавания тел. Но оно не связано с плотностью тела или с плотностью самой жидкости. (Эту зависимость рассмотрели ребята 1 группы). Значит, условия тел можно сформулировать двумя способами: сравнивая архимедову силу и силу тяжести или сравнивая плотности жидкости и находящегося в ней вещества. Где в технике учитываются эти условия?

Учащиеся: При постройке кораблей. Раньше делали деревянные корабли и лодки. Плотность дерева меньше плотности воды, и корабли плавали в воде.

Учитель: Металлические корабли тоже плавают, а ведь куски стали тонут в воде.

Учащиеся: С ними поступают так, как мы поступили с пластилином: увеличивают объем, архимедова сила становится больше, и они плавают. Еще делают понтоны и подводные лодки.

Учитель: Итак, в судостроении используется тот факт, что путем изменения объема можно придать плавучесть практически любому телу. А учитывается ли как-нибудь связь условий плавания тел с изменением плотности жидкости?

Учащиеся: Да, при переходе из моря в реку меняется глубина осадки судов.

Учитель: Приведите примеры использования условий плавания тел в технике.

Учащиеся: Для речных переправ применяют понтоны. В морях и океанах плавают подводные лодки. Для подводного плавания часть их емкости заполняют водой, а для надводного – воду выкачивают.

(Демонстрирую рисунки современных кораблей.)

Учитель: Посмотрите внимательно на атомный ледокол. В нашей стране работают несколько таких ледоколов. Они самые мощные в мире и могут плавать, не заходя в порты, более года. Но подробнее мы поговорим об этом на следующем уроке.

Оформление доски: Задание на дом § 48.

Тема урока: Условия плавания тел.

Итог урока:

Делаем с ребятами вывод о проведенных исследованиях. Ещё раз обобщаем условия плавания тел с помощью таблицы, представленной на доске.

Рефлексия:

  • Сегодня на уроке мне понравилось …
  • Я хочу, чтобы …
  • Я узнал …
  • Я сегодня собой …


 

Возможно, будет полезно почитать: