Badanie prawa Archimedesa

Badanie prawa Archimedesa
1. Cele lekcji
a) Wiadomości
1. Uczeń wie, że na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu.
2. Uczeń wie, od czego zależy siła wyporu.
b) Umiejętności
1. Uczeń potrafi sformułować prawo Archimedesa.
2. Uczeń potrafi wykonać w zespole doświadczenie według podanej instrukcji.
2. Metoda i forma pracy
Podział metod nauczania według koncepcji nauczania wielostronnego W. Okonia:
1. Metody asymilacji wiedzy: doświadczenia uczniowskie
2. Metody samodzielnego dochodzenia do wiedzy: analiza doświadczeń
3. Metody praktyczne: wykonywanie doświadczeń
4. Metody waloryzacyjne: teczki tematyczne, doświadczenia uczniowskie
Forma pracy: grupowa
3. Środki dydaktyczne
1. Tablica i kreda
2. Karty pracy uczniów (załącznik 1)
3. Przyrządy potrzebne do przeprowadzenia doświadczeń (siłomierze, zlewki)
4. Przedmioty potrzebne do doświadczeń:

prostopadłościan drewniany

prostopadłościan z aluminium o objętości V

prostopadłościan z żelaza o objętości V

prostopadłościan z plasteliny o objętości V

prostopadłościan z plasteliny o podstawie w kształcie kwadratu 4 cm x 4 cm i wysokości
10 cm wykonany z pięciu różnokolorowych kawałków o wysokości 2 cm każdy
4. Przebieg lekcji
a) Faza przygotowawcza
Nauczyciel dzieli uczniów na grupy. Liczba grup zależy od ilości posiadanym przyrządów. Każda
grupa musi otrzymać przyrządy potrzebne do realizacji doświadczeń oraz kartę pracy. Nauczyciel
omawia z uczniami, kartę pracy. Zwraca uwagę, że czasu jest akurat tyle, aby przy sumiennej pracy
wykonać wszystkie pomiary i obliczenia.
b) Faza realizacyjna
Uczniowie badają istnienie siły wyporu, obserwując i notując wskazania siłomierza po zanurzeniu ciała
w cieczy. Nauczyciel udziela uczniom dodatkowych wyjaśnień i obserwuje ich pracę. W analizie
doświadczenia uczniowie wykorzystują kartę pracy (załącznik 1), formułują tezę o istnieniu siły
wyporu oraz sposobie jej obliczenia.
Uczniowie badają zależność siły wyporu od ciężaru i kształtu ciała, zanurzając w wodzie ciała
o różnym ciężarze, ale jednakowej objętości. Analizując doświadczenie, uczniowie przy użyciu karty
pracy (załącznik 1), konkludują, że siła wyporu nie zależy od ciężaru ciała i od jego kształtu.
Nauczyciel obserwuje pracę uczniów i udziela dodatkowych wyjaśnień.
Uczniowie badają zależność siły wyporu od objętości zanurzonego ciała poprzez zanurzanie coraz
większych ilości plastelinowego prostopadłościanu. Analizując wyniki doświadczenia, uczniowie
wykonują wykres zależności siły wyporu od objętości. Nauczyciel kontroluje pracę uczniów i udziela
im dodatkowych wyjaśnień.
Uczniowie badają zależność siły wyporu od gęstości cieczy, zanurzając to samo ciało w różnych
cieczach i obliczając siłę wyporu działającą na ciało.
c) Faza podsumowująca
Nauczyciel podaje uczniom nowoczesne sformułowanie prawa Archimedesa. Uczniowie zapisują jego
treść w zeszytach przedmiotowych.
5. Bibliografia
1. A. Kaczorowska, Fizyka i astronomia. Podręcznik dla uczniów klasy I gimnazjum,
Wydawnictwo Żak, Warszawa 2000.
2. M. Rozenbajger, R. Rozenbajger, Fizyka dla gimnazjum część 2, Wydawnictwo „Zamiast
Korepetycji”, Kraków 2002.
6. Załączniki
a) Karta pracy ucznia
załącznik 1
DOŚWIADCZENIE 1
Opis wykonania
Wyniki
Zmierzcie przy użyciu siłomierza ciężar (siłę tabela nr 1
grawitacji) następujących ciał: klocka
drewnianego, klocka z aluminium oraz
foliowej torebki napełnionej wodą. Torebkę
napełnijcie wodą częściowo, tak aby nie było Klocek drewniany
w niej powietrza, zawiążcie gumką i
odetnijcie nożyczkami niepotrzebną część. Po
zmierzeniu siły ciężkości zanurzcie każde z
ciał w wodzie i odczytajcie wskazanie Klocek aluminiowy
siłomierza. Zapiszcie wyniki pomiarów w
tabeli nr 1.
Torebka z wodą
Siła grawitacji
Wskazanie siłomierza
Analiza
Odpowiedzcie na pytania:
Od czego zależy siła grawitacji działająca na ciało?
Wykonajcie rysunek sił działających na ciało.
Czy masa ciała uległa zmianie?
Czy siła grawitacji uległa zmianie?
Co mogło spowodować zmianę wskazania siłomierza?
Uzupełnijcie tekst:
Na ciało, które jest ..........................................w cieczy częściowo lub całkowicie, działa ......................... o tym
samym ............................................ co siła grawitacji, ale
przeciwnym ......................................... Wskazanie
siłomierza jest różnicą pomiędzy ........................................., a tą drugą ....................................., która nosi nazwę
siły wyporu. Oznaczając siłę grawitacji przez Fg , siłę wyporu przez Fw, a wskazanie siłomierza przez x, możemy
zapisać następującą równość:
Wynika z niej, że jeżeli znamy ciężar ciała i wskazanie siłomierza, kiedy ciało to jest zanurzone w wodzie,
możemy obliczyć siłę wyporu działającą na to ciało. Jest ona równa:
DOŚWIADCZENIE 2
Opis wykonania
Wyniki
Zmierzcie przy użyciu siłomierza ciężar (siłę tabela nr 2
grawitacji) następujących ciał: klocka z
aluminium, klocka z żelaza oraz klocka
wykonanego z plasteliny o tej samej objętości
co klocki metalowe. Po zmierzeniu siły
ciężkości zanurzcie każde z tych ciał w Klocek aluminiowy
wodzie i odczytajcie wskazanie siłomierza.
Ciału z plasteliny nadajcie inny kształt i
ponownie zmierzcie jego ciężar i odczytajcie
wskazanie siłomierza po zanurzeniu ciała w
wodzie. Wszystkie wyniki zapisujcie w tabeli Klocek żelazny
nr 2.
Klocek z plasteliny
Kula z plasteliny
Siła grawitacji
Wskazanie siłomierza
Siła wyporu
Analiza
Odpowiedzcie na pytania:
Czy użyte w doświadczeniu ciała miały jednakowe objętości?
Czy użyte w doświadczeniu ciała miały jednakowe masy?
Czy wskazania siłomierza były jednakowe?
Czy obliczona siła wyporu jest jednakowa (z dokładnością do błędu pomiarowego)?
Czy masa ciała (siła grawitacji) zależy od kształtu ciała?
Uzupełnijcie tekst:
Jeżeli ciała zanurzone ........................................ mają ........................................ objętość, to siła wyporu, która na
nie działa, ma .................................................................... wartość. Siła wyporu .......................................... od
ciężaru ciała, ani od jego gęstości i ........................................
DOŚWIADCZENIE 3
Opis wykonania
Wyniki
Zmierzcie
ciężar
(siła
grawitacji) tabela nr 3
prostopadłościanu wykonanego z kolorowej
plasteliny.
Następnie
zanurzajcie
prostopadłościan tak, aby w woda sięgała
kolejno 2, 4, 6, 8, 10 cm (kolejne kolorowe
części)
wysokości
prostopadłościanu.
Notujcie wskazania siłomierza oraz obliczaną
za każdym razem siłę wyporu działającą na
klocek w tabeli nr 3.
Objętość części zanurzonej
Wskazanie siłomierza
Siła wyporu
Analiza
Wykonajcie wykres zależności siły wyporu (Fw) od objętości części zanurzonej (V):
Uzupełnijcie tekst:
Im ................................................ jest objętość części zanurzonej, tym większa jest
siła............................................. Iloraz (stosunek) Fw i V jest .................................. dla kolejnych pomiarów, a
wykres jest ....................................... Oznacza to, że siła wyporu jest ........................................................................
do objętości części zanurzonej ciała.
DOŚWIADCZENIE 4
Opis wykonania
Wyniki
Zmierzcie ciężar (siła grawitacji) klocka tabela nr 4
aluminiowego,
następnie
odczytajcie
wskazanie siłomierza po zanurzeniu tego
klocka w wodzie i obliczcie siłę wyporu.
Następnie zanurzcie klocek w denaturacie, woda*
odczytajcie wskazanie siłomierza i obliczcie
ponownie siłę wyporu. Wyniki zapiszcie w
tabeli nr 4.
denaturat
Rodzaj cieczy
Siła grawitacji
Siła wyporu
*dane do pierwszego wiersza przepiszcie z poprzednich wyników
Analiza
Uzupełnijcie tekst:
Siła wyporu działa ................................ w wodzie, ale również w innych ......................................................
Wartość
siły
wyporu
zależy
od
rodzaju
(................................................)
cieczy,
w
której
...................................................... jest ciało.
b) Zadanie domowe
Uczniowie muszą wykonać notatkę do swojej teczki tematycznej. Umieszczają tu wszystkie
informacje dotyczące prawa Archimedesa, które poznali podczas lekcji. Na dole kartki zapisują
refleksje na temat wyjaśnienia działania nurka Kartezjusza, które nasuwają się im po zapoznaniu się z
prawem Archimedesa.
7. Czas trwania lekcji
45 minut
8. Uwagi do scenariusza
Do przeprowadzenia doświadczeń potrzebne są klocki o tej samej objętości, ale różnych masach.
Można je wykonać, kupując i tnąc na kawałki dwa grube pręty z metali o różnych gęstościach. Trzeci
klocek uczniowie wykonają z plasteliny. Nauczyciel może także polecić uczniom, aby na opisywaną
lekcję każda grupa przyniosła duży słoik (zlewka) oraz wspomniany wyżej prostopadłościan
z plasteliny, a także drugi prostopadłościan wykonany z różnokolorowych mniejszych
prostopadłościanów (np. o wymiarach 4 cm x 4 cm x 2 cm).