Badanie prawa Archimedesa
Badanie prawa Archimedesa
1. Cele lekcji
a) Wiadomości
Uczeń wie, że na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu.
Uczeń wie, od czego zależy siła wyporu.
b) Umiejętności
Uczeń potrafi sformułować prawo Archimedesa.
Uczeń potrafi wykonać w zespole doświadczenie według podanej instrukcji.
2. Metoda i forma pracy
Podział metod nauczania według koncepcji nauczania wielostronnego W. Okonia:
Metody asymilacji wiedzy: doświadczenia uczniowskie
Metody samodzielnego dochodzenia do wiedzy: analiza doświadczeń
Metody praktyczne: wykonywanie doświadczeń
Metody waloryzacyjne: teczki tematyczne, doświadczenia uczniowskie
Forma pracy: grupowa
3. Środki dydaktyczne
Tablica i kreda
Karty pracy uczniów (załącznik 1)
Przyrządy potrzebne do przeprowadzenia doświadczeń (siłomierze, zlewki)
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
A. Kaczorowska, Fizyka i astronomia. Podręcznik dla uczniów klasy I gimnazjum, Wydawnictwo Żak, Warszawa 2000.
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 Zmierzcie przy użyciu siłomierza ciężar (siłę grawitacji) następujących ciał: klocka drewnianego, klocka z aluminium oraz foliowej torebki napełnionej wodą. Torebkę napełnijcie wodą częściowo, tak aby nie było w niej powietrza, zawiążcie gumką i odetnijcie nożyczkami niepotrzebną część. Po zmierzeniu siły ciężkości zanurzcie każde z ciał w wodzie i odczytajcie wskazanie siłomierza. Zapiszcie wyniki pomiarów w tabeli nr 1. | Wyniki tabela nr 1 Siła grawitacji Wskazanie siłomierza Klocek drewniany Klocek aluminiowy Torebka z wodą |
Analiza Odpowiedzcie na pytania: Wykonajcie rysunek sił działających na ciało. Od czego zależy siła grawitacji działająca 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 FIndeks dolny gg , siłę wyporu przez FIndeks dolny ww, 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 Zmierzcie przy użyciu siłomierza ciężar (siłę 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 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 nr 2. | Wyniki tabela nr 2 Siła grawitacji Wskazanie siłomierza Siła wyporu Klocek aluminiowy Klocek żelazny Klocek z plasteliny Kula z plasteliny |
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 Zmierzcie ciężar (siła grawitacji) 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. | Wyniki tabela nr 3 Objętość części zanurzonej Wskazanie siłomierza Siła wyporu |
Analiza Wykonajcie wykres zależności siły wyporu (FIndeks dolny ww) 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 Zmierzcie ciężar (siła grawitacji) klocka aluminiowego, następnie odczytajcie wskazanie siłomierza po zanurzeniu tego klocka w wodzie i obliczcie siłę wyporu. Następnie zanurzcie klocek w denaturacie, odczytajcie wskazanie siłomierza i obliczcie ponownie siłę wyporu. Wyniki zapiszcie w tabeli nr 4. | Wyniki tabela nr 4 Rodzaj cieczy Siła grawitacji Siła wyporu woda* denaturat *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).