Урок-исследование по физике «Вес тела» (6–7 класс)

Тема урока: «Вес тела»                                                        

Образовательная цель урока: получить учащихся, знающих следующие понятия: вес тела – сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес; вес – векторная физическая величина: она имеет числовое значение, направление и точку приложения; при графическом изображении вектора веса его начало помещают к опоре или подвесу и направляют вниз.

Цель по развитию: получить учащихся, умеющих определять вес тела, обозначать графически данную силу и находить её на схемах среди других сил.

Воспитательная цель: воспитание устойчивого интереса к предмету и науке через познание окружающего мира.

Задачи урока: продолжить формирование умений наблюдать, делать выводы, выделять главное, развивать мотивацию изучения физики; формировать умения объяснять физические явления в природе, технике, быту.

Оборудование: компьютер, экран, проектор, весы напольные, раздаточный материал – дидактические карточки, динамометры, измерительные цилиндры, грузы, воды, спирт, растительное  масло, шприц.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

- Физика – это не абстрактная наука. Это наука, с которой мы сталкиваемся ежедневно, просто иногда не задумываемся над происходящим с точки зрения науки. Сегодня на уроке мы познакомимся ещё с одной физической величиной, будем делать выводы и мини-практические работы и снова убедимся, что физика – это наша жизнь.

- Начнём урок с того, что вспомнили с вами некоторые физические величины и термины, с которыми познакомились ранее.

1) Разделить данные физические величины на векторные и скалярные: масса, сила тяжести, скорость, время, длина, инерция и сила упругости.

(скалярные: масса, время, длина; векторные: сила тяжести, скорость, сила упругости. Инерция – это не физическая величина, это явление).

- Дополнительный вопрос: дайте определение, что называется массой тела.

2) «Причинно-следственные связи». Установите взаимосвязь: сила – деформация, масса – инертность, сила – изменение скорости, сила  - динамометр (причина деформации – сила, масса – мера инертности, сила – причина изменения скорости тела или направления движения,  динамометр – прибор для измерения силы)

-Дополнительный вопрос: что такое деформация (деформация – это изменение формы или размера тела)

3) Изобразите графически силу тяжести, действующую на кирпич, лежащий на поверхности Земли.

-Дополнительный вопрос: почему капли дождя падают на землю, а не летят обратно к облакам? (на капли дождя действует сила тяжести)                                    

- Итак, мы вспомнили с вами некоторые физические величины и термины, с которыми познакомились ранее, давайте двигаться дальше.

3. Изучение нового материала.

- Миша, встаньте, пожалуйста, на весы. Сколько они показывают? Правильно ли мы скажем, что вес Миши - __ кг?

- Проведём голосование. Поднимите рук, кто считает, что так говорить правильно.  А теперь те, кто считает, что говорим неправильно.  Мнения разделились. Не будем спорить, кто прав, а кто нет. Разобраться в этом вам поможет новая тема «Вес тела». Запишем ее в тетрадь.

- Вес – это физическая величина. Мы с вами уже выработали план по изучению физических величин. Вспомнив его, скажите, что мы сегодня должны узнать про вес тела?

1. Определение.

2. Вектор или скаляр.

3. Обозначение.

4. Формула.

5. Единица измерения.

6. Прибор для измерения.

- Эти пункты плана и будут целью нашего урока, а кроме этого, мы ответим на поставленный вопрос.

- Проведем опыт. Положим на столы полиэтиленовый пакет с водой. Мы видим, что пакет деформировался. Следовательно, можно сделать вывод: стол действует на тело. Но нам хорошо известно из пройденного, что тела взаимодействуют, следовательно, тело тоже действует на стол. Отложите пакеты с водой на край парт.

Вопрос: С какой силой тело действует на стол? Эта сила и называется - весом тела.

- То есть вес – это сила. Как вы думаете, почему тело давит на стол? (вследствие притяжения Земли).

- А если тело не положить, а подвесить, будет ли оно деформировать подвес? (да)

- Открываем словари и записываем: Вес тела - это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

- А как вы думаете, вес это векторная или скалярная величина? (раз это сила, то векторная)

- А каково направление веса тела? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним направление силы тяжести. Правильно, сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, значит и вес тела тоже, так как эта сила возникает вследствие притяжения к Земле.

Буквенное обозначение: Р

Формула. Р = F тяж 

Довольно часто вес тела равен действующей на него силе тяжести.
Однако эта формула верна не всегда.

Опыт первый: тело погружено в жидкость или газ. Как вы знаете, в этом случае возникает выталкивающая сила. Обычно она приводит к уменьшению веса. Посмотрите, при погружении груза в воду растяжение пружины динамометра уменьшается. Значит, уменьшается сила, с которой груз тянет за конец пружины. Согласно определению, эта сила – вес груза.

Опыт второй. Возьмем динамометры, которые лежат у вас на партах и подвесим к нему гирьку массой 102 г. В состоянии покоя ее вес равен 1 Н. И действительно, если гирька будет неподвижно висеть на крючке динамометра, то он покажет именно 1 Н. Но если же динамометр качать вверх-вниз или влево - вправо, то он покажет, что вес гири стал другим. На рисунке, например, он равен 4 Н. Масса тел и сила тяжести при этом не менялись.

Итак, многочисленные опыты показывают, что вес тела равен действующей на него силе тяжести, когда тело и его опора (подвес) покоятся или движутся вместе равномерно и прямолинейно, и не действует архимедова сила. Эта фраза, как говорят в физике, описывает границы применимости формулы Р = Fтяж.

- Заметим также, что числовые значения веса и силы тяжести могут быть равны, однако точки их приложения всегда различны. Сила тяжести всегда приложена к самому телу, а его вес – к подвесу или опоре.

 [ P ] = [ 1 Ньютон ] = [ 1 H ]

Динамометр – прибор для измерения веса тела.

Точкой приложения веса тела является – точка соприкосновения тела и опоры, тела и подвеса. Направление и точку приложения покажем на рисунке.

- Вторая часть нашего урока будет посвящена ещё одному интересному вопросу, связанному с нашей темой.

- Вы, конечно, знаешь, что в кабине космического корабля во время свободного полета все предметы теряют вес. Карандаши, блокноты плавают в воздухе, словно воздушные шарики. Да что карандаши — утюги и те плавали бы, если бы только их брали в космический полет! Недавно показывали, как плавал по космическому кораблю олимпийский факел.

Ну, а жидкости в условиях невесомости «не хотят» заполнять стаканы, кастрюли и другую посуду. Они «не желают» покорно принимать форму сосуда, в который налиты. Нет, жидкости порхают в воздухе, собравшись в аккуратные шаровые капли! Вот почему космонавтам нельзя пить из стаканов и есть суп из тарелок. Им приходится выдавливать жидкость прямо себе в рот из тубы, похожей на тюбик с зубной пастой, только побольше.
Выступление ученика: 

Хочешь наблюдать жидкость в условиях невесомости? Нет, пока еще не в космическом корабле, а в классе. Это вполне возможно, хотя опыт трудный.

Для опыта нужны три жидкости: вода, растительное масло и денатурированный спирт (его часто называют «денатурат»).
Трудность нашего опыта как раз и заключается в том, что надо очень аккуратно, очень осторожно прилить спирт в стакан с водой, чтобы эти жидкости не перемешались. Для этого сначала налью воды до половины, а потом потихоньку с помощью шприца добавлю денатурат по стенке стакана.

Долив стакан почти доверху, осторожно вольём в него чайную ложечку растительного масла. Ты, может быть, ожидал, что оно растечется слоем на границе спирта и воды? Ничего похожего! Масло ведь оказалось в состоянии невесомости. Оно как бы «парит» на границе раздела. И, словно в кабине космического корабля, это «невесомое» масло соберется в шарики, совершенно ровные и гладкие!

- А можем ли мы, не космонавты, наблюдать невесомость или испытать её на себе? Мнения опять разделились. Давайте послушаем сообщение Зорина Л.

Выступление ученика:

То, что мы в обиходе называем "вес" предмета - это то, как мы ощущаем давление этого предмета на опору, которая не дает предмету падать под действием силы тяжести к центру Земли. 

Вот мы кладем книгу на руку - она нам кажется тяжелой, мы скажем "у нее большой вес". Вес - это то давление, которое чувствует наша рука, преграждая книге путь к Земле. Мы уберем руку - книга упадет на пол. Пока она будет падать - веса у нее не будет (на самом деле будет из-за давления воздуха, но я для наглядности рассказа все буду упрощать), ведь она не давит ни на какую опору и не подвешена ни на какой веревке. А когда книга упадет на пол, она опять станет весить. Потому что частицы книги станут упираться в пол, который загораживает книге путь к центру Земли. В тот момент, когда книга падала, она была в невесомости!
Поэтому такое, казалось бы, чисто космическое понятие как "невесомость", на самом деле нам хорошо знакомо.  Мы испытываем невесомость, качаясь на качелях - в тот момент, когда они на секунду застыли, перед тем как поменять направление движения и опуститься вниз. Мы испытываем невесомость на борту корабля, качаясь на волнах - именно постоянное чередование невесомости и перегрузок вызывает "морскую болезнь".  Всем знакомо это ощущение легкости в животе? 

Невесомость можно даже зафиксировать точным прибором в домашних условиях. Попробуй сделать дома. Я говорю об обычных пружинных весах. Возьмите весы, подвесьте на них какой-то груз (мы взяли пакет с картошкой) и поднимите его на вытянутой руке как можно выше. Смотрите на стрелочку и резко опустите руку с грузом вниз, имитируя его падение. Вы увидите, что стрелочка на весах поднялась вверх, к нулю, фиксируя, что вес груза при падении уменьшился. (Лучше, если опыт будут делать два человека - один опускать, другой смотреть). 

Тот же эксперимент можно сделать с напольными весами (лучше всего использовать пружинные со стрелочкой, а не электронные из-за того, что изменение веса будет видно всего лишь мгновение, и электроника может не успеть среагировать). Встаньте на весы и запомните свой вес. А теперь присядьте. В момент приседания весы будут показывать меньший вес, чем в начале. Потому что хотя ноги и продолжали давить на опору и создавать вес, часть тела летела вниз со скоростью, равной ускорению свободного падения. И эта часть ничего не весила. Поэтому мы стали легче ровно на это значение. Состояние невесомости можно ощутить и в момент прыжка.
К сожалению, в условиях Земли невесомость можно почувствовать только на несколько секунд.

Кстати, хочу обратить ваше внимание на то, что невесомость на космическом корабле возникает не из-за того (как думают многие), что он летит высоко, и сила притяжения Земли, действующая на него, мала. А из-за того, что космический корабль (и все, что в нем находится), двигаясь по орбите, как будто бы постоянно падает на Землю. Он все время летит вниз, поэтому и не имеет веса.

4. Закрепление и первичная проверка знаний.

- А, теперь узнав, все о весе тела, давайте, сравним три величины: силу тяжести, вес тела и массу.  Сравнение будем проводить по плану изучения физической величины.

Сила тяжести.

1.      Определение

2.      Вектор, вертикально вниз.

3.      F тяж

4.      [F тяж ] = [ 1 H ]

5.      Динамометр.

Точка приложения – центр тела.

Вес тела.

1.      Определение

2.      Вектор, вертикально вниз.

3.      Р.

4.      Р = F тяж .

5.      [ P] = [ 1 H ]

6.      Динамометр

Точка приложения – точка соединения тела и опоры, тела и подвеса.

Масса.

1.      Определение

2.      Скаляр.

3.      m

4.      m = p v

5.      [m] = [ 1 кг ]

6.      Весы.

Задание в тетради с последующей самопроверкой.

А.Вес измеряется в килограммах.

Б. Вес тела по-другому называют массой.

В.Вес часто равен силе тяжести.

Г. Вес действует не на само тело, а на его опору или подвес.

Д. Вес является одним из видов силы.

1. Неверное утверждение - нет.

2. Верное утверждение - да.

(Ответы: нет, нет, да, да, да)

Дополнительно, если осталось время.

Задачи. 1) Совы. С последующей взаимопроверкой.

              2) графические задачи – найди на чертеже силу тяжести и вес тела.

             3) качественные задачи.

- Имеет ли вес гиря, лежащая на столе? Падающая со стола.(да, нет)

- К какому телу приложен вес мухи, ползущей по потолку? ( к потолку); Летящей по воздуху?  ( Муха опирается о воздух, создавая воздушный поток, который в конце концов создает избыточное давление на пол комнаты или все другие поверхности в комнате) и подобные.

5. Итог урока.

Вопрос.

- Правильно ли мы говорим, что наш вес составляет, например, 50 кг?

Да, с точки зрения физики, мы говорим неверно, так как 50 кг это масса и ее измеряют весами, а вес тела – это сила и ее единица 1 Ньютон, и прибор для измерения – динамометр. Вспомните, кто из вас голосовал, что мы говорим правильно, и кто, что неправильно. Теперь, я думаю, у вас не осталось сомнений в том, что необходимо говорить и в повседневной жизни правильно, показывая тем самым, что вы разбираетесь в физике и хорошо ее знаете.

6. Задание на дом.

1. Записи в словаре и тетради.

2. Сравнительная таблица силы тяжести, веса тела и массы.

3. Опыт по теме «Невесомость» с картофелем.

4. Придумать свои примеры, где в обыденной жизни мы можем испытать, ощутить на себе состояние невесомости.

Задания 3, 4 по желанию.

Литература:

1. Мастропас З.П., Синдеев Ю.Г. Физика. Методика и практика преподавания. - Ростов-на-Дону, «Феникс», 2002.
2. Кульневич С.В. Не совсем обычный урок. - В.: Издательство «Учитель», 2002.
3. Шилов В.Ф. Домашние экспериментальные задания по физике 7 – 9 классы. - М.: Школьная пресса, 2003.
4. Горлова Л.А. Нетрадиционные уроки, внеурочные мероприятия. Физика 7 – 11 классы. - М.: ВАКО, 2006