Лабораторная работа 7 Определение выталкивающей силы, действующей на погружённое в жидкость тело. Цель работы: н а опыте обнаружить выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело и определить величину выталкивающей силы. Приборы и материалы: д инамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела разного объема, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.
Тренировочные задания и вопросы 1. Покажите с помощью векторов силы, действующие на тело в 1-м и 2-м случаях. 2. Где легче удерживать тело: в воздухе или в воде? __________ ___________________________________ Почему? _____________ _______________________________
3. Запишите формулы: Архимедовой силы Веса тела 4. Запишите формулу нахождения архимедовой силы, если известны вес тела в воздухе – Р 1 и в воде - Р 1 ж. F А = _____________ 5. Вес тела в воздухе Р 1 =120Н Вес тела в воде Р 1 ж = 100 Н Архимедова сила F А = ____________ Н
Ход работы 1. Укрепите динамометр на штатив и подвесьте к нему на нити первое тело. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе – Р 1 2. Подставьте стакан с водой и отпустите муфту с лапкой и динамометром, пока все тело не откажется под водой. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде – Р 1 ж. 3. По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на первое тело: F 1 = Р 1 - Р 1 ж = __________ 4. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и снова определите все этого тела в растворе соли – Р 1 ж, Запишите в таблицу и определите выталкивающую силу F 1
5. Подвесьте к динамометру тело другого объема и определите так же,как для первого тела, выталкивающего силу в воде и в насыщенном растворе соли-F 2. Вес тела в воздухе, Н Вес тела в жидкости, Н Выталкивающая сила, Н Р 1 Р 2 Р 1 ж Р 2 ж F 1 F 2 Вода Нсыщ. раствор соли в воде Результат запишите в таблицу. Вывод: ____________________________ _______________________
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ.
Цели : обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело и определить выталкивающую силу.
Приборы и материалы : динамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела разного объема, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.
Указание к работе:
1. Согласно закону Архимеда на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила F A , равная весу mg вытесненной жидкости:
F A = mg . (1)
Для сравнения архимедовой силы с весом тела нужно измерить вес тела P с помощью динамометра и вычислить архимедову силу F A . архимедова сила F A определяется по формуле:
F A = mg = Vg (2),
где - плотность воды ( = 1000 кг/м 3 ), V - объем вытесненной телом воды, g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с 2 ).
Объем V вытесненной воды можно измерить с помощью измерительного цилиндра как разность уровня воды при погружении в него исследуемого тела и без тела.
Архимедову силу FA , действующего на тело, тонущее в воде, можно найти, измерив с помощью динамометра вес тела P в воздухе и силу P 1 , удерживающую тело в равновесии при погружении его в воду:
P = F A + P 1 , F A = P - P 1 .
2. Измерьте вес Р первого тела с помощью динамометра.
3. Измерьте силу P 1 , действующую на крючок динамометра при полном погружении тела в воду. Для этого укрепите динамометр на штативе и подвесьте к нему груз. Поставьте стакан с водой и опускайте муфту с лапкой и динамометром, пока все тело не окажется под водой. Это будет вес тела в воде.
4. Вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.
5
. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и вычислите выталкивающую силу.
6. Подвесьте к динамометру другое тело и проделайте п.2 – п.5
7. Результаты измерений и вычислений запишите в отчетную таблицу.
ЖидкостьВес тела в воздухе
Вес тела в жидкости
Выталкивающая сила
F , Н F =P -P 1
Р ’
P’’
P 1 ’
P 1 ’’
F’
F’’
Вода
Насыщенный раствор соли в воде
На основе выполненных опытов сделайте выводы.
Контрольные вопросы.
1. В какой воде и почему легче плавать: в морской или речной?
2
. Подвешенный на нити стальной брусок погружен в воду. Назовите взаимодействующие тела и силы, действующие на брусок. Изобразите эти силы графически.
3. Объем куска железа 0,1 м 3 . Какая выталкивающая сила будет на него действовать при полном погружении в керосин?
МБОУ СОШ № 117 Учитель физики Дмитракова Л.Н.
г.Снежинск Челябинской области
7 класс
Урок по теме: «Лабораторная работа № 7».
«Определение выталкивающей силы,
действующей на погруженное в жидкость тело»
Цели урока: Обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело и определить выталкивающую силу.
Оборудование урока: по описанию в учебнике стр. 167.
Тип урока: урок–исследование – лабораторная работа.
Образовательная цель: формировать теоретические и практические навыки и умения учащихся на опыте определять выталкивающую силу; умение сравнивать и делать выводы; умение измерять вес тела в воздухе и в жидкости.
Развивающая цель: развивать познавательный интерес учащихся к физике, развивать умение выполнять лабораторную работу по образцу; развивать умение находить закономерности; развивать умение заполнять таблицу; развивать исследовательские умения; развивать умение работать в парах.
Воспитательная цель: воспитывать чувство ответственности и уважения к своим товарищам; прививать культуру взаимоотношений, воспитывать организованность, воспитывать культуру работы с лабораторным оборудованием.
ДЗ: Л. № 605, 606, 623, 626.
Ход урока:
I . Организационный момент.
Мобилизующее начало урока. Проверка отсутствующих. Организация внимания.
Цель : психологический настрой учащихся на урок. Запись домашнего задания с пояснением № 626 (объем тела = abc ).
II . Сообщение темы и цели урока.
Цель : обнаружить на опыте выталкивающую силу; выяснить от чего зависит сила Архимеда (от плотности и от объема тела) и как?
III . Проверка усвоения изученного материала (фронтальный опрос учащихся).
Цель : проверка и оценка ЗУН
Вопросы для контроля:
1. Написать (на доске) формулу для расчета выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело.
2. От чего зависит выталкивающая сила? От чего не зависит?
3. Как направлена эта сила?
4. Кто впервые указал на существование выталкивающей силы и рассчитал ее значение?
5. Что гласит закон Архимеда?
IV . Выполнение лабораторной работы № 7
«Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело»
(проводится по описанию в учебнике страница 167.).
Цель : исследование, заполнение таблицы, рассуждение учащихся (работа в парах под руководством учителя).
V . Анализ и выводы из опытов .
Цель : сформировать умение сравнивать и делать выводы из опытов (коллективное обсуждение; самостоятельные записи в тетрадях).
Задания сравнить:
1. силу Архимеда, действующую на тела разного объема.
2. силу Архимеда, действующую на тело в чистой и соленой воде.
Выводы:
1. сила Архимеда зависит от объема погруженной части тела.
2.Сила Архимеда зависит от плотности жидкости.
3. При погружении тела в жидкость тело теряет в своем весе.
VI . Легенда об Архимеде (если останется время) .
Цель : формирование интереса учащихся к предмету; усвоение фактов и основных идей (беседы с учащимися о прочитанном).
VII . Решение задач (если останется время).
Цель : применение знаний о зависимости силы Архимеда от объема тела и плотности жидкости при решении качественных и вычислительных задач.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ.
На какой из опущенных в воду стальных шаров действует наибольшая выталкивающая сила?
Подвешенные к коромыслу весов одинаковые шары погрузили один — в масло, а другой – в воду. На какой шар будет действовать большая сила Архимеда?
3) Металлическая деталь весит в воздухе 44,5 Н., а при погружении в керосин – 40,5 Н. Чему равна Архимедова сила, действующая на деталь? Каков объем этой детали?
Решение: F а = P в воздухе – P в керосине F а = 44,5 – 40,5 = 4Н F а = ρ к g V т V т = F а_ ρ к g ρ r = 800 кг/м 3 V т = 4Н__________ = 0,0005 м 3 800 кг/м 3 , 10 н/кг Ответ : 0,0005 м 3 4 Н |
VIII . Итоги урока.
(Что нового узнали? Чему научились? Трудно ли вам было? Интересно ли вам было на уроке?). Сдать тетради на проверку.
Для самоанализа урока (для учителя):
Методы творческой деятельности:
1. Мотивационные рисунки.
2. Самостоятельная практическая деятельность учащихся.
3. Наблюдение, анализ, сравнение, выводы, заполнение таблицы.
4. Поисковое задание.
5. Работа в парах.
Форма организации:
1. Фронтальная.
2. Парная.
3. Коллективная деятельность учащихся на уроке.
Тема: Лабораторная работа «Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело» .
Цели:
научиться измерять выталкивающую силу, действующую на тело, погруженное в жидкость;
развивать навыки самостоятельной индивидуальной работы, умение сравнивать, наблюдать, делать выводы;
воспитывать познавательный интерес к предмету
Ход урока:
1. Оргмомент. Целеполагание
2. Актуализация опорных знаний
3. Выполнение лабораторной работы с компьютерной моделью.
4. Итоги урока.
5. Домашнее задание.
Учитель: Здравствуй, наш великий соотечественник М.В. Ломоносов говорил: "Один опыт я ставлю выше, чем тысяча мнений, рожденных только воображением". Сегодня мы попробуем себя не просто в роли ученика, а в роли ученого исследователя. А с чего начинается любое исследование? Конечно же,с эксперимента.
Но, для начала вспомним пройденный материал.
Вопросы учителя:
Ответы учащегося:
– Какие силы действуют на погруженное в жидкость тело?
F Т , F А
– Какая сила называется выталкивающей силой?
Сила, возникающая при погружении тела в жидкость или газ
– Куда направлена F Т ?
Вниз
– Куда направлена F А ?
Вверх
– Назвать формулу F А , охарактеризовать входящие в нее величины
F А .= ж V Т g
Как определить вес тела, погруженного в жидкость?
Р = F Т – F А
Учитель:
Если тело в воду бросить
Или просто опустить,
Будет сила Архимеда
Снизу на него давить.
Если вес воды в объеме
Погруженной части знать,
Можно силу Архимеда
3. Этим мы и займемся на сегодняшнем уроке, выполнив лабораторную работу , используя интерактивн ую модель .
Оборудование: компьютер, интерактивная модель.
Для того чтобы приступить к работе необходимо определить цену деления приборов, с которыми сегодня ты будешь работать используя интерактивную модель. Вспомним правило.
Ученик:
найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины;
вычесть из большего значения меньшее и полученное число разделить на число делений, находящихся между ними.
С = - цена деления шкалы прибора
Опыт 1 .
(Описание в работе) Заполнить таблицу 1
Таблица 1.
№ опыта
P, вес тела в воздухе (H)
Р 1 , вес тела в воде (H)
F Арх
F Арх = P – P 1
1.цилиндр алюминиевый
2. цилиндр медный
2 часть
Опыт 2 .
1.Измерить объем воды, налитой в мензурку(Vо).
2.Измерить его же после погружения туда цилиндров(V б , V м ).
3.Вычислить V тела =V- Vо. (Перевести V в м 3 , зная, что 1мл= 1см 3 =0,000001м 3)
4.Рассчитать F Арх =Pжидкости=Мж*g= ρ ж gV (ρ ж= 1000 кг\ м 3)
Заполнить таблицу 2
Таблица 2.
№ опыта
Vо, объем налитой воды,
(см 3 )
V, объем воды
3 )
V т , объем тела, см 3
V т , объем
тела, м 3
F Арх
1.цилиндрбольшой
2.цилиндр малый
На основе выполненных опытов сделать вывод
Вывод:
1. Архимедова сила, не зависит от плотности вещества, из которого изготовлено тело
2. Сила, действующая на тело, погруженная в жидкость, прямо пропорциональна объему тела
Рефлексия
Закончи фразу:
Сегодня на уроке я научился…………..
Было интересно узнать…………..
Было трудно……………
5.Д/з
§ 48, 49 упр. 24 (1, 2)
Опыт1. Исследование зависимости выталкивающей силы от плотности тела
Таблица 1.
№ опыта
P, вес тела в воздухе (H)
Р 1 , вес тела в воде (H)
F Арх
F Арх = P – P 1
1.цилиндр алюминиевый
2. цилиндр медный
100
Опыт 2. Исследование зависимости выталкивающей силы от объема погруженного тела.
Таблица 2.
№ опыта
Vо, объем налитой воды,
(см 3 )
V, объем воды
после погружения в нее тела, (см 3 )
V т , объем тела, см 3
V т , объем
тела, м 3
F Арх
1.цилиндрбольшой
100
137
0,000037
2.цилиндр малый
100
113
0,000013
Лабораторная работа 1
Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело
Цель работы: изучение параметров, от которых зависит сила Архимеда, действующая на погруженное в жидкость тело.
Введение
На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила (архимедова сила). Согласно закону Архимеда выталкивающая сила F А направлена вертикально вверх и численно равна весу вытесненной телом жидкости (или газа). Математически закон Архимеда выражается формулой
F А = gV ,
где - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения; V - объем погруженной в жидкость (или газ) части тела. В состоянии невесомости архимедова сила не действует.
За счет выталкивающей силы вес любого тела, находящегося в жидкости, оказывается меньше, чем в воздухе. Если вес тела в воздухе Р 1 , а в жидкости Р 2 , то значение архимедовой силы, действующей на это тело при его погружении в жидкость, можно найти как разность Р 1 и Р 2 , т. е.
F А = Р 2 – Р 1 .
Описание эксперимента
В этой работе вам предлагается измерить выталкивающую силу, действующую на погруженное в жидкость тело, а также исследовать зависимость выталкивающей силы от объема тела и от его массы.
Измерение архимедовой силы будет проведено с помощью датчика силы: сначала тело будет взвешено в воздухе и в жидкости, а затем будет вычислена разность полученных значений.
Оборудование и материалы
|
Наименование |
Количество оборудования на одну бригаду |
|
|
ПО LabQuest App | ||
|
Датчик силы | ||
|
Штатив универсальный с муфтой и лапкой | ||
|
Мерный цилиндр (мензурка) | ||
|
Набор тел разной массы и одинакового объема (с крючками, 20–30 см 3) | ||
|
Бечевка длиной 20 см |
Задачи
1. Измерить вес тел в воздухе и в воде.
2. Определить выталкивающую силу, действующую на погруженные в воду тела.
3. Исследовать зависимость выталкивающей силы от объема тела.
4. Исследовать зависимость выталкивающей силы от объема погруженной части тела.
5. Исследовать зависимость выталкивающей силы от массы тела.
6. Проанализировать полученные данные.
7. Сделать выводы.
Выполнение эксперимента
1. Ознакомьтесь с общими правилами техники безопасности проведения практических работ в кабинете физики.
2. Перед началом работы вам необходимо проверить подключение и работу датчика силы. Подключите датчик к УИОД. Выберите в меню Файл пункт Новый . Датчик должен определиться автоматически, тогда на экране устройства вы увидите изображение, показанное на рисунке 1.
3. Для проведения эксперимента вы должны изменить Частоту замеров датчика на 1 Гц и Время эксперимента на 10 с.
I часть: проверка зависимости выталкивающей силы от объема тела
1
.
Подвесьте тело к датчику силы. Далееопределите
вес тела в воздухе и занесите результаты
взвешивания и среднее значение веса в
таблицу. Измерения значения веса
проведите несколько раз (3-5).
2. Затем подставьте под тело мензурку с водой и погрузите все тело в воду, как показано на рисунке 2. При этом вы должны следить за показаниями датчика силы. Вес тела в воде также необходимо определить 3-5 раз. Таким образом, вы определите вес тела в воде и занесете результаты взвешивания и среднее значение веса в таблицу.
3. Затем вычислите и занесите в таблицу значение выталкивающей силы, действующей на тело. Для подсчета используйте средние значения веса тела в воздухе и в воде.
4. Выполните пп. 1-3 с телом другого объема.
Результаты многократного взвешивания этого тела вы также должны занести в таблицу отчета.
II часть: проверка зависимости выталкивающей силы от объема погруженной части тела
1. Подвесьте к датчику силы металлический цилиндр из набора тел разной массы и одинакового объема.
2. Взвесьте цилиндр в воздухе и занесите значение в таблицу. В этой части работы в силу ограниченности времени занятия рекомендуем проведение однократных измерений веса.
3. Далее вы должны нанести линии, отмечающие условно деление цилиндра на четыре равных части. Эти линии удобно нанести на боковую поверхность цилиндра цветным карандашом контрастного цвета. Рекомендуем сначала отмерить половину высоты цилиндра и провести линию, затем каждую половину разделить пополам еще раз. Таким образом, цилиндр будет иметь на своем боку четко нанесенные линии, условно делящие его на четыре части.
4. Затем вы должны погрузить в жидкость сначала ¼, затем ½, ¾ части объема цилиндра, потом погрузить его целиком и произвести взвешивание в каждом случае. Для каждого значения объема погруженной в воду части цилиндра вы должны определить вес тела в воде и занести это значение в таблицу.
5. Вычислите и занесите в таблицу значения выталкивающей силы, действующей на тело в каждом случае.
III часть: проверка зависимости выталкивающей силы от массы тела
1. Определите вес в воздухе и в воде для двух цилиндров из набора тел разной массы и одинакового объема при полном погружении их в воду и занесите полученные данные в таблицу. Измерения проведите несколько раз (3-5).
2. Вычислите и занесите в таблицу значения выталкивающих сил, действующих на цилиндры. Проанализируйте полученные данные и ответьте на контрольные вопросы.
3. Сделайте развернутый вывод после выполнения лабораторной работы. Напоминаем, что вывод нужно сделать, опираясь на цели работы, и задачи поставленные в ней.
Обработка результатов эксперимента
I.Заполните таблицу для первой части работы.
Таблица 1. Результаты измерений веса тел различного объема при взвешивании в воздухе и в воде
|
Предмет опыта |
Р 1 , Н Вес тела в воздухе |
Р 2 , Н Вес тела в воде |
(Р 1 –Р 2), Н Значение силы Архимеда |
|
|
Средние значения | ||||
|
Средние значения |
II. Заполните таблицу для второй части работы.
Таблица 2. Результаты измерений веса тела в зависимости от части объема тела, погруженного в воду. Вес тела при взвешивании в воздухе Р 1 =…., Н
III. Заполните таблицу для третьей части работы.
Таблица 3. Результаты взвешивания тел разной массы, но одинакового объема
|
Предмет опыта |
Р 1 , Н Вес тела в воздухе |
Р 2 , Н Вес тела в воде |
(Р 1 –Р 2), Н Значение силы Архимеда |
|
|
Средние значения | ||||
|
Средние значения |
Контрольные вопросы
1. Зависит ли выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, от его объема?
2. Одинаковы ли выталкивающие силы, действующие на брусок, плавающий сначала в воде, а потом в керосине?
3. Что уменьшается при погружении тела в жидкость–вес тела или сила тяжести?
4. В стакане, до краев наполненном водой, плавает кусок льда. Перельется ли вода через край, если лед растает?
Дополнительные задания.
1.Рассчитайте значение силы Архимеда по выбору для первой части или для третьей части эксперимента с учетом погрешностей. При расчете погрешностей считайте приборную относительную погрешность датчика силы равной δР = 3%.
2.Предложите способ определения объема полости внутри тела. Считайте, что плотность материала, их которого сделано тело, известна.
3.Проведите работу по изучению зависимости веса тела от плотности жидкости, в которую его погружают. Для этого погружайте разные по массе тела, но имеющие одинаковый объем, в соленую воду. Сравните полученные результаты с результатами, полученными при погружении тел в чистую воду.
4. Проверьте на опыте, зависит ли выталкивающая сила от глубины погружения тела в жидкость.