Реферат: Методические рекомендации по формированию научных понятий в школьном курсе физики Составители

Методические рекомендации по формированию научных понятий в школьном курсе физики


Составители:

Пужульс И.Н., Ракова О.Ю., Пузикова Г.В.,

Копитова Г.В., Новикова Л.Н., Желтышева И.П.,

Руль С.В., Наседкина Л.В., Адамова Л.В.,

Лунева Л.Г., Павлюк Т.З., Боровец Н.И.,

Требунских Т.Н., Вахрушева Л.В., Волкова Г.С.,

Лысенко Е.И., Москалева Г.Г., Нащекина В.Л.,

Салаева Т.В., Пужульс В.В.


Омск 2008


Содержание


Введение.

Условия успешного формирования у учащихся научных понятий._____4

Методические рекомендации по формированию в школьном курсе физики понятия «давление»._____________________________________5

Методические рекомендации по формированию в школьном курсе физики понятия «сила».________________________________________13

Методические рекомендации по формированию в школьном курсе физики понятия «температура»._________________________________35

Методические рекомендации по формированию в школьном курсе физики понятия «скорость».____________________________________43

Заключение.____________________________________________________61

Литература. ____________________________________________________62


Введение.


Основным показателем качества подготовки учащихся по физике является сознательное усвоение фундаментальных физических понятий, умение применять их внутри физики и в смежных дисциплинах. Анализ уровня сформированности знаний, умений и навыков учеников при выполнении заданий ЕГЭ по физике показал наличие серьезных недостатков в усвоении ими научных физических понятий. В формировании познавательных умений и навыков выявлено, что часть учеников не осознает значимость теоретических знаний, не умеют применять теоретические знания на практике. Совершенствованию процесса формирования научных понятий в школьном курсе физики необходимо уделять особое внимание.

Важным условием совершенствования методики формирования понятий у учащихся является понимание самим педагогом сложности такого процесса. В сборник включены методические рекомендации для учителей физики по формированию в школьном курсе таких понятий, как «давление», «сила», «температура», «скорость». Авторами предложены этапы формирования понятий на протяжении всего школьного курса, требования к усвоению данных понятий к выпускникам школ, задания, позволяющие диагностировать усвоение понятий и набор заданий, позволяющий закреплять и обогащать физические понятия.

Содержание сборника представляет интерес для учителей средних школ, студентов и преподавателей педагогических вузов.



^ Условия успешного формирования у учащихся научных понятий. (Усова А.В. Методология научных исследований: Курс лекций - Челябинск: Изд-во ЧПТУ, 2004.-130с.)

Для успешного формирования у учащихся научных понятий необходимо соблюдение учителем целого ряда условий:

- Знание учителем современного содержания формируемого понятия на основе работы с научной литературой, анализа определения понятия, их интерпретация в вузовских и школьных учебниках.

- Знание возможных источников образования понятия и их влияние на качество усвоения формируемых понятий.

- Соблюдение этапов формирования понятий.

- Организация активной познавательной деятельности учащихся на всех этапах формирования понятия.

- Оперативный контроль за качеством усвоения понятия, с учетом того, что чем раньше обнаруживается ошибка в усвоении понятия, тем легче ее преодолеть.

- Мотивированное введение каждого понятия, раскрытие перед учащимися его значения и места в системе научных понятий и в практике.

Этапы формирования понятия

Организация наблюдений единичных объектов (чувственно-конкретное восприятие).

Обогащение наблюдения.

Выделение общих, существенных признаков изучаемых объектов (предметов, явлений, свойств тел).

Определение понятия.

Уточнение и закрепление в памяти существенных признаков понятия:

а) отграничение существенных признаков от несущественных (варьирование несущественных признаков).

б) отграничение данного понятия от других понятий, сходным с данным понятием по каким-либо признакам (например, силы давления от силы тяжести).

6. Установление связи данного понятия с другими (например, зависимость массы тела от его объема и плотности, силы тока в проводнике от напряжения на концах проводника и его сопротивления).

7. Применение понятия в решении элементарных задач учебного характера.

8. Классификация понятий (например, видов теплообмена, видов парообразования, агрегатных состояний вещества) – составление классификационных схем.

9. Упражнения по определению отношений рода и вида.

10. Применения понятий в решении задач творческого характера.

11. Обогащение понятия.

12. Вторичное более полное определение понятия.

13. Опора на данное понятие при усвоении нового понятия.

14. Новое обогащение понятия.

15. Установление новых связей и отношений данного понятия с другими понятиями.


2.Методические рекомендации по формированию в школьном курсе физики понятия «давление».

Понятие «давление» является одним из основных в школьном курсе физики. Им мы оперируем на протяжении всего периода обучения физике. Основные этапы развития этого понятия представлены в таблице.

Основные этапы формирования понятия "давление" в курсе физики средней школы

№

Класс

№ §

Тема

А.В. Перышкин, Физика 7класс

1

7

33-34

Первоначальное понятие о давлении твердых тел и способах его изменения

2

7

35-36

Первоначальное понятие о давлении газа и его зависимости от объема и температуры

3

7

36

Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля

4

7

37

Гидростатическое давление

5

7

40-44

Атмосферное давление и способы его измерения

^ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский, Физика 10-11

6

10

62 - 63

Давление газа с точки зрения молекулярно – кинетической теории газа

7

10

65

Основное уравнение МКТ идеального газа

8

10

70 - 71

Уравнение состояния идеального газа

9

10

72-73

Давление насыщенного пара и его зависимость от температуры

10

10

73

Зависимость температуры кипения от атмосферного давления

11

10

74

Парциальное давление водяного пара

12

11

92

Давление света

В соответствии с содержанием таблицы можно сформулировать следующие требования к усвоению учащимися понятия давление:

понимание того, что давление является результатом действия силы на поверхность тела;

понимание причин возникновения давления твердого тела, жидкости и газа;

понимание того, что давление твердого тела зависит от величины силы давления и площади поверхности опоры;

понимание того, что давление жидкости зависит от плотности и высоты столба жидкости (глубины погружения);

понимание того, что давление газа зависит от температуры и средней кинетической энергии поступательного движения молекул;

умение объяснять давление газа с точки зрения МКТ;

знание формул для вычисления давления.


Первичное понятие о давлении твердых тел как физической величине формируется в 7 классе в «Фиизке-7» А.В. Перышкина. Знакомство с давлением и выявление его существенных признаков учащиеся получают, работая с учебником; наблюдая явление, понятие о котором формируется; проводя эксперимент и другие виды работ, при выполнении которых учащиеся впервые встречаются с термином, обозначающим понятие. Понятие «давление» вводится как результат действия силы на поверхность определенной площади, дается расчетная формула, единицы измерения, определение.

В процессе усвоения понятия перед учащимися возникает ряд трудностей, обусловленных различными факторами. Проанализируем типичные ошибки в усвоении понятий, причины их возникновения и пути предупреждения.

^ Первая типичная ошибка характеризуется недостаточно полным анализом изучаемых явлений и выделением таких признаков (или свойств), которые не являются существенными для научных понятий, но для учащихся приобретают сигнальное значение в их жизненной практике и в процессе обучения.

Уточнению признаков нового понятия, отграничению его от других (ранее сформированных) понятий способствует выполнение работ следующего вида:

а) решение задач практического характера, например, определить давление прямоугольного бруска на стол при различных его положениях;

б) решение задач-вопросов, например: как люди передвигаются по тонкому льду?

в) решение тренировочных задач с целью уточнения единиц измерения величин. В учебнике для измерения давления применяют 1 Н/м2 и 1 Н/см2. В Си единица давления 1 Па=1 Н/м2. Для практического применения она неудобна, и представить ее себе трудно, потому что даже небольшое давление в этих единицах выражается такими числами, которые покажутся учащимся непомерно большими. Значительно удобнее на первых порах пользоваться ньютоном на квадратный сантиметр (Н/см2). Примерами таких задач являются следующие: чтобы учащиеся хорошо себе представляли, что такое 1 Н/см2, проделывают следующее упражнение: положив на стол брусок, расчерченный на квадратные сантиметры, размером примерно 5х4х2 см, предложить вызванному ученику поставить на него различные гири известной массы и подсчитать, какое давление брусок производит на стол. Потом положить его на другую грань и выяснить, как при этом изменилось давление. Если квадратные сантиметры нанесены на брусок достаточно отчетливо, все учащиеся смогут принять участие в этих упражнениях. Когда будет получен конкретный результат давления (в Н/см2 или в десятках Н/см2), можно положить под брусок кусок пластилина и показать всему классу, какой след остается при этом давлении. Эти упражнения не только конкретизируют представления учащихся о числовом значении давления, но и закрепляют навыки в определении по массе тела силы тяжести, действующей на гирьку, и весе, т.е. силы, с которой она давит на опору.

^ Вторая типичная ошибка заключается в том, что из всего комплекса признаков понятия выделяются лишь некоторые, более «сильные» признаки. Это приводит к тому, что между отдельными признаками понятия устанавливаются неправильные соотношения. Например, говоря о способах изменения давления, чаще всего приводят примеры изменения давления при изменении площади опоры. Для устранения этого перевеса можно продемонстрировать несколько наглядных опытов, которые показывают зависимость давления от силы давления. На брусок пластилина на проволоке одинакового диаметра подвесить разное количество грузов и наблюдать, какая проволока раньше перережет брусок.

^ Третья типичная ошибка заключается в проявлении широкого влияния одного понятия, усвоенного верно, над другими.

Примером такой ошибки является сильное влияние понятия «сила тяжести» над понятием «сила давления». В предлагаемой таблице, составленной на основе планов обобщенного характера, видно сходство этих понятий.

Признаки

Сила тяжести

^ Сила давления

Давление

1. Что характеризует

Степень (меру) притяжения тел к Земле

Степень (меру) воздействия на тело

Результат действия силы

2. Определение

Сила тяжести - это физическая величина, характеризующая меру притяжения тел к Земле

^ Сила давления – физическая величина, являющаяся мерой воздействия одного тела на другое

Давление – это физическая величина, численно равная отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади этой поверхности

3. Обозначение

Fт

F

p

4. Формула

Fт= mg





5. Скалярная или векторная

Векторная

Векторная

Скалярная

6. Единица измерения

Н

Н

Па

7. Что применяют за единицу измерения







8. Способ измерения

Динамометром

Динамометром

Косвенным способом


Ученики связывают силу давления с силой тяжести и считают, что она направлена вертикально вниз, перпендикулярно к горизонтальной поверхности. Происходит это потому, что при изучении давления опираются только на такие примеры, когда сила давления направлена вертикально вниз: брусок давит на поверхность стола, лыжник производит давление на снег, поезд давит на рельсы. Во всех случаях давление обусловлено силой тяжести.

Чтобы исключить ошибку, нужно приводить примеры, когда сила давления направлена горизонтально, под углом к горизонту и т. д. Например: укажите направление силы, действующей в следующих случаях: на доску кнопкой прикалывают объявление; кровельщик на крыше прибивает гвоздями лист железа; кусачками перекусывают проволоку.

Варьирование несущественными признаками понятий обеспечивает правильное и прочное усвоение учащимися существенных признаков понятий, учит их легко находить данное понятие в любой ситуации по его существенным признакам. Варьирование несущественными признаками особенно эффективно осуществляется с помощью решения графических задач.

Примером может служить задача с изображением силы давления, действующей в различных направлениях, как показано на рисунке. Здесь несущественным признаком является ориентация в пространстве поверхности, на которую производится давление, существенный признак- перпендикулярность направления действия силы к этой поверхности.

Для дифференцировки понятий используются:

а) сравнение и сопоставление, которое можно осуществлять с помощью таблиц: в одном столбце записывать признаки одного понятия, в другом — признаки другого. Так, например, осуществляется дифференцировка понятий «давление» и «сила давления», которые также очень часто путают учащиеся;

б) применение метода выборочных ответов, при котором ученик из предлагаемого перечня признаков понятии должен выделить признаки указанного понятия.

в) решение вычислительных задач. Так, например, понятия «давление» и «сила давления» сравнительно легко отграничиваются учащимися в результате решения специально подобранной группы задач на определение давления по силе давления и площади опоры и обратных задач — на определение силы давления по давлению и площади опоры. Например:

1) Строители Заполярья иногда используют в качестве строительного материала ледобетон. Так называют лед с включенной в него галькой. Ледобетон настолько прочен, что при работе с ним нередко ломаются даже стальные зубья экскаваторов. Другим вариантом ледобетона является лед с добавлением к нему древесной пульпы (ледопласт). Материал этот выдерживает давление до 50 кг/см2 и может быть использован в качестве заменителя цемента при постройке плотин на реках Заполярья. Задача. Определите, какую силу необходимо приложить к 2 см2 ледопласта, чтобы его разрушить. Ответ. 1000 Н.

2) Крайне сложен переход в тайге в зимнюю пору, когда снежный покров глубок и не выдерживает человека. Преодолеть заснеженные участки без лыж-снегоступов практически невозможно. Такие лыжи делаются в виде рамы из ветвей длиной 140—150 см. Ширина таких лыж не должна быть меньше 30 см. Раму заплетают тонкими, гибкими ветвями, а передний конец, распарив в горячей воде, загибают кверху. Вопрос. Какое давление будет оказывать человек массой 70 кг, используя такие лыжи-снегоступы? Ответ. Около 1556 Па.

Конкретизация понятий, расширение их объема достигается с помощью:

а) наблюдения за предметами и явлениями, понятие о которых формируется, в окружающей жизни (колющие и режущие инструменты; шипы, зубы, когти, клыки у животных);

б) чтения научно-популярной литературы с целью расширения круга знаний о проявлениях и применениях изучаемых свойств тел и явлений в технике, на производстве, в повседневной жизни;

в) работы со справочными таблицами с целью конкретизации значения величин в природе и технике. Наряду с обычными справочными таблицами в данном случае особенно полезны таблицы, в которых значения величин откладываются по числовой оси.

Наряду с рассмотренными, наблюдаются также следующие ошибки в оперировании понятиями:

- учащиеся знают отдельные понятия: сила, действие силы, деформация, давление, но не могут раскрыть содержание понятия, указать его существенные признаки, установить причинно-следственные связи между ними из-за неумения логически мыслить.

- ученики смешивают видовые признаки понятия, принадлежащего к одному роду, с признаками понятия, принадлежащего к другому роду.

^ Определяемое понятие

Определяющее понятие

Родовой признак

Видовое отличие

Давление

Физическая величина

Определяется отношением силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности

Давление

Явление

Действие одного тела на поверхность другого тела


Для преодоления этой трудности учителю необходимо помнить, что давление – многозначное понятие и его необходимо рассматривать и как физическое явление, и как физическую величину.

Так как изначально давление – это физическое явление, то начинать раскрывать содержание данного многозначного понятия надо на основе планов обобщенного характера о явлении, а потом – о величине.

^ Давление как явление

Давление как физическая величина

1. Внешние признаки

Деформация тел

1. Что характеризует

Результат действия силы

2. Условия, при которых протекает явление

Соприкосновение тел

2. Определение

Давление – это физическая величина, численно равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади этой поверхности

3. Сущность явления

Силовое воздействие одного тела на поверхность другого

3. Обозначение

p

4. Определение

Давлением называют результат действия одного тела на поверхность другого тела

4. Скалярная или векторная


Скалярная

5. Связь с другими явлениями

1. действие силы давление деформация

2. T изменение взаимодействия молекул давление

3. V изменение расстояний между молекулами изменение взаимодействия молекул давление

5. Определительная формула

- давление твердых тел

р=gh - давление в жидкости


- атмосферное давление на высоте h над Землей

р = nkT - зависимость давления газа от температуры

- уравнение Менделеева – Клапейрона


- основное уравнение МКТ идеального газа

6. Количественная характеристика

Давление характеризуется модулем, направлением, точкой приложения силы и площади поверхности опоры в механике, внутренней энергией, температурой, объемом в молекулярной физике.

6. Единица измерения


7. Использование на практике

Для увеличения давления уменьшают площадь (заточка инструмента)

Для уменьшения давления увеличивают площадь (строительство, транспорт, быт)

Увеличение давления с глубиной, или уменьшение с высотой (в технике)

7. Что принимают за единицу давления

За единицу давления принимают давление производимое силой 1 Н на поверхность площадью 1 м2 перпендикулярно этой поверхности

8. Вредное воздействие и способы его предупреждения

Предупреждение разрушения поверхности за счет давления – увеличение площади опоры

Предупреждение разрушений емкостей при перевозке жидкостей и газов

8. Способы измерения

1. барометром – атмосферное давление

2. манометром – больше или меньше

атмосферного давления

3. Косвенным способом – на основе знаний величин входящих в формулу

(динамометром – сила, линейкой - площадь)



- не умеют классифицировать и систематизировать понятия. Преодолеть эти трудности можно, используя в процессе формирования понятий оптимальное сочетание наглядно-образного, словесно-логического (теоретического) и практически-действенного компонентов мышления. После изучения темы «Давление» в 7 классе для разделения понятий давление твердых тел, давление жидкостей, давление газов предложить учащимся заполнить таблицу:


Давление

р

^ Твердое тело

Жидкость

Газ












F=mg

p=gh

pатм=760 мм рт. ст.

100 кПа

Зависит от

массы тела и площади опоры

плотности и высоты столба жидкости

температуры и плотности газа

^ Появляется вследствие

действия силы на поверхность

действия веса вышележащих слоев жидкости на нижележащие

ударов молекул о стенки сосуда

Измеряется

косвенно (по деформации поверхности)

манометром (давление больше или меньше атмосферного)

барометром (атмосферное давление);

манометром (давление больше или меньше атмосферного)


Наличие недостатков в усвоении понятий приводит к тому, что ученики затрудняются оперировать понятиями, применять их в решении различного рода учебных и практических задач.

До решения числовых задач нужно разобрать несколько качественных задач. Например: почему на простом табурете сидеть жестко, в то время как на стуле, даже деревянном, нисколько не жестко; почему мягко лежать на веревочном гамаке, который сплетен из довольно твердых шнурков, почему

не жестко лежать на проволочной сетке, устраиваемой в кроватях взамен пружинных матрацев?. Можно рассмотреть и такие примеры: что делают, чтобы лошади не увязли в болоте? Тонкой или толстой проволокой легче перерезать кусок мыла или масла? Что нужно сделать, если веревки, к которым подвешен переносимый груз, режут руку?

Разбор качественных задач не менее полезен, чем количественных, так как требует от учащихся анализа физической сущности явлений.


Формирование физических понятий у учащихся старших классов имеет свои особенности, которые необходимо учитывать:

- учащиеся X—XI классов уже имеют солидную понятийную базу, полученную в процессе изучения физики и других естественнонаучных дисциплин (биология, химия, математика), которую необходимо учитывать при формировании физических понятий.

- понятие давление уже знакомо учащимся, а на второй ступени происходит его развитие: полнее раскрывается содержание, объем, связь и отношения с другими понятиями.

- большое значение в раскрытии содержания понятия приобретает анализ формул, выражающих связи между давлением и величинами, характеризующими состояние тел (температура, объем, энергия, скорость молекул).

- большее значение приобретают словесно-логический компонент мышления, наряду с наглядно-образным и практически-действенным.

- большое значение имеют ознакомление учащихся с историей введения понятий в науке, раскрытие логики научного познания для формирования диалектического мышления.

- возрастает роль решения задач, в которых уточняется содержание понятий и их существенные признаки. Происходит более глубокое осмысление связей и отношений между понятиями, вырабатывается умение правильно оперировать понятиями в решении задач практического и творческого характера.

- важная роль отводится выполнению заданий по классификации понятий. Производя классификацию, учащиеся решают целый ряд познавательных, логических задач: а) находят общий, существенный признак класса объектов, подлежащих классификации, который мог бы служить основанием классификации; б) выявляют видовые отличия объектов; в) производят операцию деления объема понятия; г) выявляют отношения подчинения и соподчинения.

Чтобы избежать ошибок в усвоении понятия давление учитель должен:

- подчеркивать важность запоминания правильных определений понятий;

- знать условия, способствующие усвоению понятий учащимися;

- оптимально сочетать в процессе формирования понятий наглядно-образные (демонстрации опытов, наглядных пособий), словесно-логические (теоретические: обобщение, систематизация, классификация понятий) и практически-действенные (система самостоятельных, практических работ по овладению понятием) компоненты мышления.


^ 3.Методические рекомендации по формированию в школьном курсе физики понятия «сила».


Формирование понятия «сила» начинается в 7 классе и продолжается на протяжении всего курса физики.

Сила

F Определение:

Характеризуется: - это векторная физическая величина,

- величиной; характеризующаяся действием одного - направлением; тела на другое, в результате которого тело

- точкой приложения приобретает ускорение или изменяет

форму и размеры.


Силы Силы




Внутренние

(между телами в системе)

Внешние

(из вне на тело системы)

Действующие на расстоянии

яж,Fмаг

Действующие при соприкосновении

^ При изучении курса физики школьник должен знать, что существует четыре вида взаимодействия: гравитационное, тромагнитное, сильное и слабое

Сила – количественная мера взаимодействия


Силы по природе




Электромагнитные

Слабые

Гравитационные

яж.

Ядерные

В качестве примера рассмотрим только некоторые силы.



Название

силы

Архимедова

сила

Сила

упругости

Сила

трения

Электрическая сила

Сила

Ампера

Вид

взаимодействия

электромагнитная

электромагнитные

Причина

возникновения

Значение

гидростатического

давления на разных

глубинах не

одинаково


Деформация

Шероховатость

поверхностей

соприкосаю-щихся тел,

силы межмо-

лекулярного

взаимодействия

Действие

электрического

поля на

внесённый в него

заряд.

Действие

магнитно-

го поля на провод-

ник с

током

Направление

Вверх, противопо-

ложно силе

тяжести.

Смещение

частей

тела при

деформации

Вдоль поверх-

ности против

смещения

Сила соноправлена

с напряжённостью

электрического поля

Опреде-ляется

по правилу

левой

руки.



Требования к усвоению понятия «сила», разработанные А.В.Усовой,

А.А.Бобровым на основе планов обобщённого характера о силе как о

величине

- Сила характеризует степень (меру) и направления действия на данное тело со стороны других тел или полей.

- Сила - физическая величина, являющаяся мерой воздействия на тело со стороны других тел и полей.

- За единицу силы в Си принимают размет такой силы, которая телу массой 1кг сообщает ускорение 1м/с2 (в механике).

- Обозначается буквами F и R (равнодействующая сила).

- Сила определяется на основе знания её связи с другими величинами, например: F=ma (в механике), F =(в электростатике).

- Это векторная величина.

- Единица измерения в Си: Н (Ньютон).

- Измеряется динамометром (в механике). Косвенные способы измерения силы основаны на знании величин, входящих в её формулу.

^ О силе как о явлении:

Внешние признаки проявления сил – изменение скорости тел, их деформации.

1.Силы проявляются при действии материальных объектов друг на друга, всегда изменяющих характер взаимодействия, которое связано с материальными полями и сопровождается переносом материи, движения.

2.Силой называют действие на тело со стороны другого тела или поля.

3.Сила характеризуется точкой приложения, направлением в пространстве и численным значением: размером силы, энергией (которая количественно характеризует взаимодействие частиц в ядре в атомной физике и в физике элементарных частиц). Связи между размером силы и другими величинами выражаются вторым и третьим законами Ньютона, законом Гука, законом всемирного тяготения, законом Кулона, законом Ампера и др.

В физике достоверно установлены гравитационные, электромагнитные, ядерные силы и силы слабых взаимодействий, знания о которых широко используются в практике (при строительстве сооружений, приборов, механизмов ит.д.)

Для сил выполняется принцип суперпозиции.

Силы имеют вредное проявление. Например, электромагнитные силы действуют на радиотехнические устройства (способ предупреждения – экранизация ит.п.)

^ Рассмотрим основные этапы формирования у учащихся понятия «Архимедова сила»

Понятие «Архимедова сила» формируется у учащихся в седьмом классе при изучении темы: «Давление твёрдых тел, жидкости и газов»

^ 1.Чувственно-конкретное восприятие.

Формирование понятия происходит через этап чувственно-конкретного восприятия, что создаётся с помощью демонстраций:

а) обнаружение на опыте выталкивающей силы, действующей на тело, погруженного в жидкость.

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, нить, алюминиевый цилиндр.

Вывод: на тело, погруженное в жидкость, действует сила, которая выталкивает тело из жидкости, направленная противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу

б) опыт с ведёрком Архимеда

Вывод: сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела

^ 2.Определение понятия.

Архимедова сила – это сила, выталкивающая целиком (или частично) погружённое в жидкость или газ тело, равна весу жидкости или газа в объёме этого тела.

^ 3.Уточнение и закрепление в памяти существенных признаков понятия.

Достигается организацией специальных упражнений:

а) оборудование: сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и медный цилиндры, нить.

Сделать вывод о зависимости выталкивающей силы от плотности тела.

б) сосуд с водой тела разного объема, динамометр, нить.

в) динамометр, нить, алюминиевый цилиндр, нить, сосуд с водой, маслом, насыщенным раствором соли в воде

Сделать вывод о зависимости выталкивающей силы от плотности жидкости

г) оборудование: мензурка с водой, алюминиевый цилиндр, нить, динамометр Сделать вывод о зависимости выталкивающей силы от глубины погружения



Архимедова сила

Зависит от:

объема тела, погруженного в жидкость или газ;

плотности жидкости;

тяготения на данной планете

Не зависит от:

формы тела;

плотности тела;

глубины погружения



^ 4.Абстрагирование понятия.

Выясняется, где используется на практике: плавание судов, воздухоплавание

5.Установление связей данного понятия с другими ранее сформулированными понятиями: вес, сила тяжести, плавание тел, воздухоплавание

6.Применение понятия при решении элементарных задач учебного характера.

7.Применение понятия «Архимедова сила» в решении задач творческого характера.

Осуществляется на факультативных занятиях и элективных курсах с 7 по 11 класс:

1.К чашкам весов подвешены два одинаковых железных шарика. Нарушится ли равновесие, если один из шариков опустить в воду, другой - в керосин. Ответ объясните.

2.В сосуд погружены три железных шарика равных объёмов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? (Плотность жидкости вследствие ничтожной сжимаемости на любой глубине считать одинаковой)

3.Алюминиевый и медный бруски имеют одинаковые массы. Какой из них легче поднять в воде?

4.Ученику задан вопрос: «Какие силы действуют на картофелину, лежащую в кастрюле с водой?». Отвечая на вопрос, ученик назвал силу тяжести, силу давления воды, силу упругости со стороны дна и архимедову силу. Согласны ли вы с ответом?

5.Действует ли сила Архимедова в условиях невесомости?

6.Известно, что масса мраморной плиты равна 40,5кг. Какую силу надо приложить, чтобы удержать эту плиту в воде?

7.Масса снаряжения воздушного шара (оболочки, сетки, корзины) составляет 450кг. Объём шара 1600м3. Вычислите,какой подъёмной силой будет обладать этот шар при наполнении его водородом, гелием, светильным газом. (Плотность светильного газа 0,4кг/м3.)

8.Кубик с длиной ребра, а =5см находится в воде, причём верхняя грань кубика - на глубине h=4см. Каковы силы давления воды на верхнюю и нижнюю грани? Как выразить силу Архимеда через эти две силы? Чему равен вес вытесненной кубиком воды? Атмосферное давление не учитывайте. Сила давления на верхнюю грань 1Н, на нижнюю 2,25 Н, вес вытесненной воды 1,25Н равен архимедовой силе.

9. Вес жидкости, налитой в сосуд, равен 3Н. В жидкость погружают тело. Может ли архимедова сила, действующая на тело, равняться 10Н?

10.Во сколько раз изменится подъёмная сила воздушного шара, если гелий в нём заменить водородом? Весом оболочки можно пренебречь. (Увеличится в 1.08раза)

11.Аристотель взвешивал пустой кожаный мешок и тот же мешок, заполненный воздухом. В обоих случаях показания весов оказались одинаковыми. Аристотель сделал из этого вывод, что воздух ничего не весит. В чём состояла ошибка?

12.Цинковый шар, внешний объём которого 200см2 плавает так, что половина его находится в воде. Найти объём свободного пространства внутри шара (массой воздуха, находящегося в нём, пренебречь)


V=200

Решение:

На шар действуют две силы: сила тяжести и сила Архимеда.


Fа =; Р=

;

V2-?

-;

V2 =

Ответ: V2=186см3

1
Р1=2,5Н

Р2 =2Р

кг/м3

=103кг/м3

кг/м3
3.Вес медного шара с внутренней полостью в керосине равен 2,5Н, а в воде 2Н. Определить объём внутренней полости шара. Плотность керосина 0,8кг/м3, воды -103кг/м3, меди- 8,83кг/м3



Решение:

Обозначим V1 – объём полости, V– объём шара.

( V – V1) – объём меди.

V-? Р. – Р1 =; Р1 = Р. -

Р – Р2 =; Р2 = Р -

Р1 – Р2 = )qV; qV = ;

Р = ;

;

;

;

;

V1=;

V1=/

Ответ: V1= 2м3.

14. Тонкая однородная палочка шарнирно укреплена за верхний конец. Нижняя часть палочки погружена в воду, как показано на рисунке. Равновесие достигается, когда палочка расположена наклонно и погружена в воду на половину своей длины. Какова плотность материала?

Решение:

Обозначим длину палочки

через L, тогда в воду погружено L/2 палочки. На палочку действуют силы: сила тяжести и сила Архимеда.

Палочка находится в равновесии, поэтому моменты сил mq и Fа,относительно точки крепления равны.

mqL1 = FaL2;

L1 и L2 –плечи сил; L1=

SinL2=,

Сила тяжести mq =; Сила Архимеда Fа =;


; ;

Ответ: .

Требования к знаниям об Архимедовой силе как о величине:

1.Архимедова сила характеризует степень и направление действия жидкости или газа на погруженное в них тело

2.Сила Архимеда – физическая величина, являющаяся мерой воздействия на тело, погруженного в жидкость или газ, со стороны этой жидкости или газа

3.Обозночается буквой FA

4.Определяется на основе ее связей с другими величинами:

5.Величина векторная: направлена вертикально вверх, противоположно силе тяжести

6.Единицы измерения в СИ Н (ньютон)

7.Измеряется динамометром. Косвенные способы измерения силы основаны на знании величин, входящих в ее формулу.


^ Требования к знаниям об Архимедовой силе как о явлении:

1.Внещние признаки проявления силы Архимеда - выталкивает тело, погружённое в жидкость или газ.

2.Архимедова сила проявляется при погружении тела в жидкость или газ. Не действует в состоянии невесомости.

3.Сила выталкивающая тело из жидкости или газа, называется Архимедовой силой.

4. Связь между размером силы и другими величинами выражается законом Архимеда.

5.Применение силы Архимеда на практике: плавание судов, воздухоплавание.

^ Рассмотрим формирование понятия электрической силы при изучении физики.

( Учебники: А.В.Перышкин, Е.М.Гутник – 8,9 кл; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев – 10,11 кл.)

В современной физике сила рассматривается как мера взаим