Многоуровневая лабораторная работа «Исследование архимедовой силы» - Давление твердых тел, жидкостей и газов

Общие рекомендации

Чтобы организовать работу каждого ученика с наибольшей для него отдачей, можно предложить ученикам многоуровневую лабораторную работу. Уровней может быть несколько (реально — два, три). Первый и второй носят воспроизводящий характер, третий и четвертый - частично-поисковый характер, пятый уровень — исследовательский.

К каждой работе составлен лист самоподготовки, в который входят:

а) вопросы для теоретической подготовки (контроль усвоения материала);

б) вопросы практической подготовки (упражнения по отработке отдельных экспериментальных действий, измерительных навыков, технике расчетов).

В зависимости от сложности работы листы самоподготовки выдаются за несколько дней. Оценки выставляются с учетом выполнения заданий листа самоподготовки и уровня сложности выполненной работы.

Цель работы: исследовать зависимость архимедовой силы сначала от объема погруженной в жидкость части тела, а потом от плотности жидкости; исследовать независимость архимедовой силы от глубины погружения, плотности и веса тела.

Оборудование: динамометр, металлические цилиндры, стакан с водой, стакан с раствором соли.

Ход работы

Первый уровень

1. Подвесьте чугунный цилиндр к крючку динамометра. Медленно опуская цилиндр в стакан с водой, наблюдайте за показаниями динамометра. Зависит ли архимедова сила от объема погруженной части цилиндра?

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

Таблица 1

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

Жидкость	Р1	P2	FA = Р1 – Р2

2. Перенесите чугунный 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.

3. Измерьте и вычислите архимедовы силы, действующие на алюминиевый и латунный цилиндры того же объема при полном погружении их в воду. Численные значения архимедовой силы, действующей на каждый цилиндр, занесите в таблицу 2. 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 объема, но разной плотности

Цилиндр	Р1	P2	FA = Р1 – Р2
Чугунный
Алюминиевый
Латунный

Второй уровень

Выполните пункты 1—3 работы первого уровня.

4. Подвесьте опять к крючку динамометра чугунный цилиндр и опускайте его в воду постепенно: сначала на 1/4 объема (объем пропорционален высоте цилиндра), 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 погруженной в жидкость части объема тела

Часть объема тела, погруженная в воду	1/4	1/3	1/2	2/3	3/4	1
Fa, H

5. Сформулируйте и запишите выводы.

Третий уровень

Выполните пункты 1-5 предыдущих уровней.

6. Проанализируйте результаты, сформулируйте обобщенные выводы.

Четвертый уровень

Проведите опыты по обобщенному плану:

1. Сформулируйте (уясните) цели исследования.

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

3. Продумайте проект экспериментальной установки, сконструируйте ее.

4. Определите порядок проведения эксперимента.

5. Проведите эксперимент, выполните необходимые наблюдения и измерения.

6. Произведите обработку результатов измерений.

7. Проанализируйте полученные результаты, сформулируйте выводы.

Пятый уровень

1. Ознакомьтесь с экспериментальными (творческими) заданиями. Выберите одно из них.

2. Подберите необходимые приборы и материалы.

3. Продумайте и оформите порядок выполнения работы.

4. Выполните работу.

5. Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод.

Экспериментальные задания (на выбор):

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

— В сосуде с водой плавает кусочек льда, внутри которого находится кусочек свинца. Что будет с уровнем воды после таяния льда?

— В сосуде с водой плавает кусок льда, внутри которого находится кусочек пробки. Что станет с уровнем воды после таяния льда?

— На одной чаше весов стоит сосуд с водой, а на другой — штатив на котором подвешен груз. Чаши весов уравновешены (см. рис. а). Штатив поворачивают так, чтобы подвешенный на нем груз оказался целиком погруженным в воду (рис. б). Определите вес гири, которую надо дополнительно положить на чашу весов со штативом для того, чтобы восстановить равновесие весов.

Лист самоподготовки (для всех уровней)

Теоретическая подготовка

1. Контроль полноты усвоения материала

- Кем и когда было установлено существование выталкивающей силы?

- Какие явления, указывающие на существование выталкивающей силы, вам известны?

- Как Архимеду удалось узнать, сделана ли корона Гиерона из чистого золота или нет?

- 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.

2. Контроль глубины усвоения материала

- Укажите, от каких из указанных факторов выталкивающая сила, действующая на тело целиком погруженное в жидкость или газ, не зависит: а) род жидкости; б) объем тела; в) форма тела.

- Одинакова ли выталкивающая сила, с которой жидкость действует на погруженные в нее стальной шарик и стальную пластину одной и той же массы?

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

Практическая подготовка

1. Отработка отдельных экспериментальных действий

— Каким будет показание динамометра, если железную гирю объемом 150 см³ полностью погрузить в бензин?

— Брусок размерами 2х5х10 см³ помещено в воду сначала на глубину 10 см, а затем на глубину 30 см. Убедитесь путем расчетов, что выталкивающая сила, действующая на брусок одинакова.

2. Повторение основ

Напишите около каждого из нижеследующих утверждений имя ученого (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, передается по всем направлениям одинаково ...

— Первым измерил атмосферное давление ...

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