I. The use of physical concepts and quantities to describe phenomena and to indicate their examples in the surrounding reality.
V. Matter's properties. Student: 9c) demonstrates the Archimedes’ principle and on this basis analyses the floating of bodies; determines the density of liquids or solids.
Research problem: Does water affect the weightweightweight of the body immersed in it?
Research hypothesis: The real weight of the body does not change, but the apparent weight of the body immersed in water is smaller than the weight of the same body in the air.
Requisites:
a) dynamometer; b) tripod; c) cuboids of the same dimensions, made of various metals, e.g. copper, aluminium and iron; d) beaker with water.
Course of the experiment:
1. Using a dynamometer, determine the weightweightweight of this cuboid. 2. Record the result in the table. 3. Immerse the suspended cuboid completely in a beaker of water; do not immerse the hook of the dynamometer itself. 4. Read the result again and record the dynamometer readings. 5. Make the same measurements for the other cuboids.
Save the results of the experiment in the table.
[Table 1]
Observation: Experiment has shown that the dynamometer reading during the measurement when the body was immersed in water is smaller than during the measurement when it was in the air.
Perform the experiment according to the given scheme.
Experiment 2
Research problem: What determines the buoyant forcebuoyant forcebuoyant force?
Observations:
a) The buoyant force depends on the type of liquid in which the body is completely immersed.
[Illustration 2]
b) The buoyant force depends on the volume of the immersed body.
[Illustration 3]
Task 4
Perform the experiment according to the given scheme.
Experiment 3
Perform the experiment under the supervision of an adult.
Research problem: What does the buoyant force depend on?
Hypothesis: The buoyant forcebuoyant forcebuoyant force does not depend on the body shape, liquid volume, immersion depth, body weightweightweight
Requisites:
a) beakers of various volumes, b) water, c) dynamometer, d) plasticine ball, e) cord.
Instruction:
1. Hang the ball on a cord. 2. Determine the weightweightweight of the ball with a dynamometer. 3. Immerse the ball completely in beakers of various volumes of water. 4. Read the dynamometer readings. 5. Immerse the ball in water - read the dynamometer readings. 6. Change the shape of the ball and repeat step 5. 7. Immerse the ball in a measuring cylinder filled with water and read the value of the buoyant force at the different depth of the ball's immersion.
Observations:
a) The buoyant force does not depend on the shape of the body (point 6 of the instructions).
[Illustration 4]
b) The buoyant force does not depend on the volume of liquid in which it is immersed (point 3 of the instructions).
[Illustration 5]
c) The buoyant force does not depend on the immersion depth of the body (point 7 of the instructions).
[Illustration 6]
Conclusions:
The buoyant forcebuoyant forcebuoyant force acting on the body immersed in the liquid depends on the density of the liquid and the volume of the immersed body. The buoyant force does not depend on the shape of the body, body weightweightweight, liquid volume, immersion depth.
Based on the above‑mentioned experiments, we can formulate the content of Archimedes' principle:
For every body immersed in a liquid there is a buoyant force which is directed upward and equal in magnitude to the weight of the displaced liquiddisplaced liquiddisplaced liquid.
The magnitude of buoyant force FIndeks dolny w Indeks dolny koniecw is calculated according to the formula:
where: d - density of displaced liquid; V - volume of displaced liquid; g - standard gravity.
Task 5
Answer the question:
Is Archimedes' principle valid for bodies immersed in gas?
Suggest a way to confirm the validity of the principle for gases.
Answer:
a) Archimedes' right is also valid for bodies immersed in gas because the volume of gas displaced by the body also has its own weight.
b) Archimedes' principle for gases can be checked with a balloon filled with hydrogen or helium.
1. The buoyant force affects the body immersed in liquid or gas.
2. The buoyant force is always directed upward
3. The buoyant force depends on the density of the liquid or gas and the volume of the body immersed in the liquid or gas.
4. Archimedes' principle: For each body immersed in a liquid (or gas), there is a buoyant force that is directed upward and equal in magnitude to the weight of the displaced liquid (or displaced gas).
5. The buoyant force can be calculated using the formula:
where: d - density of displaced liquid, V - volume of displaced liquid, g - standard gravity.
Selected words and expressions used in the lesson plan
- Różnica między pomiarami nie zależy od materiału, z jakiego wykonane są prostopadłościany, i jest zawsze stała, pod warunkiem że ich objętości są takie same. - Zaobserwowana prawidłowość dotyczy wszystkich cieczy. - Na ciało zanurzone w dowolnej cieczy działa dodatkowa siła, która ma zwrot przeciwny w stosunku do siły grawitacji. - Siła ta nazywana jest siłą wyporu, a jej wartość nie zależy od rodzaju substancji, z której wykonane jest zanurzane ciało.
1. Siła wyporu działa na ciało zanurzone w cieczy lub gazie. 2. Siła wyporu jest skierowana zawsze z dołu ku górze. 3. Siła wyporu zależy od gęstości cieczy lub gazu i objętości ciała zanurzonego w cieczy lub gazie. 4. Prawo Archimedesa:
Na każde ciało zanurzone w cieczy (lub gazie) działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa pod względem wartości ciężarowi wypartej cieczy (lub wypartego gazu).
5. Siłę wyporu możemy policzyć korzystając z wzoru:
mcaef80b897d693da_1528449000663_0
Prawo Archimedesa
mcaef80b897d693da_1528449084556_0
Drugi
mcaef80b897d693da_1528449076687_0
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
V. . Właściwości materii. Uczeń: 9c) demonstruje prawo Archimedesa i na tej podstawie analizuje pływanie ciał; wyznacza gęstość cieczy lub ciał stałych.
mcaef80b897d693da_1528449068082_0
45 minut
mcaef80b897d693da_1528449523725_0
Posługiwanie się pojęciem siły wyporu.
mcaef80b897d693da_1528449552113_0
1. Rozpoznawanie cech opisujących siłę wyporu.
2. Posługiwanie się prawem Archimedesa.
3. Przedstawianie przykładów wykorzystania prawa Archimedesa.
mcaef80b897d693da_1528450430307_0
Uczeń:
- rozpoznaje siłę wyporu i jej cechy,
- podaje treść prawa Archimedesa i przykłady jego zastosowania.
mcaef80b897d693da_1528449534267_0
1. Uczenie się przez obserwację.
2. Uczenie się przez eksperymentowanie.
mcaef80b897d693da_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca z całą klasą.
mcaef80b897d693da_1528450127855_0
Wiemy już, że ciśnienie hydrostatyczne zależy od wysokości słupa cieczy, gęstości cieczy i przyspieszenia grawitacyjnego.
Gęstość ciała mierzymy jako stosunek masy ciała do jego objętości.
Ciężar ciała mierzymy za pomocą siłomierza lub odpowiedniej wagi.
mcaef80b897d693da_1528446435040_0
Polecenie 1
Przyjrzyj się doświadczeniu wykonanemu przez nauczyciela.
Doświadczenie 1
Problem badawczy: Czy woda wpływa na ciężar zanurzonego w niej ciała?
Hipoteza badawcza: Rzeczywisty ciężar ciała nie ulega zmianie, ale pozorny ciężar ciała zanurzonego w wodzie jest mniejszy niż ciężar tego samego ciała znajdującego się w powietrzu.
Pomoce:
a) siłomierz; b) statyw; c) prostopadłościany o tych samych wymiarach, wykonane z różnych metali, np. z miedzi, aluminium i żelaza; d) zlewka z wodą.
Przebieg:
1. Za pomocą siłomierza wyznacz ciężar tego prostopadłościanu. 2. Wynik zapisz w tabeli. 3. Zawieszony prostopadłościan zanurz całkowicie w zlewce z wodą; nie zanurzaj haczyka samego siłomierza. 4. Odczytaj ponownie wynik i zapisz wskazania siłomierza. 5. Wykonaj takie same pomiary dla pozostałych prostopadłościanów.
Zapisz wyniki doświadczenia w tabeli:
[Tabela 1]
Obserwacja:
Doświadczenie pokazało, że wskazania siłomierza podczas pomiaru, gdy ciało było zanurzone w wodzie, są mniejsze niż podczas pomiaru, gdy znajdowało się ono w powietrzu.
[Ilustracja 1]
Wnioski:
- Różnica między pomiarami nie zależy od materiału, z jakiego wykonane są prostopadłościany, i jest zawsze stała, pod warunkiem że ich objętości są takie same. - Zaobserwowana prawidłowość dotyczy wszystkich cieczy. - Na ciało zanurzone w dowolnej cieczy działa dodatkowa siła, która ma zwrot przeciwny w stosunku do siły grawitacji. - Siła ta nazywana jest siłą wyporu, a jej wartość nie zależy od rodzaju substancji, z której wykonane jest zanurzone ciało.
Polecenie 2
Podaj nazwy sił przedstawionych na rysunku:
[Grafika interaktywna]
Polecenie 3
Wykonaj doświadczenie wg podanego schematu.
Doświadczenie 2
Problem badawczy: Od czego zależy siła wyporu?
Obserwacje:
a) Siła wyporu zależy od rodzaju cieczy, w której jest całkowicie zanurzone ciało.
[Ilustracja 2]
b) Siła wyporu zależy od objętości zanurzonego ciała.
[Ilustracja 3]
Polecenie 4
Wykonaj doświadczenie wg podanego schematu.
Doświadczenie 3
Doświadczenie wykonaj pod opieką osoby dorosłej.
Problem badawczy: Od czego nie zależy siła wyporu?
Hipoteza: Siła wyporu nie zależy od kształtu ciała, objętości cieczy, głębokości zanurzenia, masy ciała
Pomoce:
a) zlewki o różnej objętości b) woda, c) siłomierz, d) kulka z plasteliny, e) sznurek.
Instrukcja:
1. Zawieś kulkę na sznurku. 2. Wyznacz ciężar kulki za pomocą siłomierza. 3. Zanurz całkowicie kulkę w zlewkach o różnej objętości wody. 4. Odczytaj wskazania siłomierza. 5. Zanurz kulkę w wodzie - odczytaj wskazania siłomierza. 6. Zmień kształt kulki i powtórz działania z punktu 5. 7. Zanurz kulkę w cylindrze miarowym napełnionym wodą i odczytuj wartość siły wyporu na różnej głębokości zanurzenia kulki.
Obserwacje:
a) Siła wyporu nie zależy od kształtu ciała (punkt 6 instrukcji).
[Ilustracja 4]
b) Siła wyporu nie zależy od objętości cieczy, w której jest zanurzona (punkt 3 instrukcji).
[Ilustracja 5]
Siła wyporu nie zależy od głębokości zanurzenia ciała (punkt 7 instrukcji).
[Ilustracja 6]
Wnioski:
Siła wyporu działająca na ciało zanurzone w cieczy zależy od gęstości cieczy i objętości zanurzonego ciała. Siła wyporu nie zależy od kształtu ciała, masy ciała, objętości cieczy, gębokości zanurzenia ciała.
W oparciu o powyższe doświadczenia możemy sformułować treść prawa Archimedesa.
Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa pod względem wartości ciężarowi wypartej cieczy.
Wartość siły wyporu FIndeks dolny ww obliczamy według wzoru:
gdzie:
d – gęstość wypartej cieczy; V – objętość wypartej cieczy; g – przyspieszenie ziemskie.
Polecenie 5
Odpowiedz na pytanie:
Czy prawo Archimedesa będzie słuszne dla ciał zanurzonych w gazie?
Zaproponuj sposób potwierdzenia słuszności prawa dla gazów.
Odpowiedź:
a) Prawo Archimedesa jest słuszne również dla ciał zanurzonych w gazie, ponieważ objętość gazu wypartego przez ciało też ma swój ciężar.
b) Prawo Archimedesa dla gazów można sprawdzić za pomocą balonu wypełnionego wodorem lub helem.
mcaef80b897d693da_1528450119332_0
1. Siła wyporu działa na ciało zanurzone w cieczy lub gazie. 2. Siła wyporu jest skierowana zawsze z dołu ku górze. 3. Siła wyporu zależy od gęstości cieczy lub gazu i objętości ciała zanurzonego w cieczy lub gazie. 4. Prawo Archimedesa:
Na każde ciało zanurzone w cieczy (lub gazie) działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa pod względem wartości ciężarowi wypartej cieczy (lub wypartego gazu).
5. Siłę wyporu możemy policzyć korzystając z wzoru:
gdzie:
d – gęstość wypartej cieczy; V – objętość wypartej cieczy; g – przyspieszenie ziemskie.