Тренировочные задания, страница 69 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Генденштейн, Булатова

Лабораторная работа № 9. Изучение выталкивающей силы (силы Архимеда) - страница 69.

Условие.

Лабораторная работа № 9

Изучение выталкивающей силы (силы Архимеда)

Цель работы: _________

Прочитайте описание работы в учебном пособии и повторите § 20, п. 1–3. Напишите, какое оборудование понадобится вам для выполнения работы¹.

Тренировочные задания

Задание 1. Изобразите на рисунке 1 силы, действующие на тела 1 и 2, плавающие в воде.

Рис. 1

Задание 2. Тело, подвешенное на нити, постепенно погружают в воду. На рисунке 2 показано начальное положение тела. Как во время погружения тела изменяются его масса, объём погружённой части тела, сила тяжести и сила Архимеда, действующие на это тело? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается;

2) уменьшается;

3) не изменяется.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Рис. 2

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА	ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
А) Масса тела	1) Увеличивается
Б) Объём погружённой части тела	2) Уменьшается
В) Сила тяжести	3) Не изменяется
Г) Сила Архимеда

Ответ:

А	Б	В	Г

Решение.

Цель работы:

Экспериментально обнаружить выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело, измерить выталкивающую силу и проверить, от каких факторов она зависит.

Прочитайте описание работы в учебном пособии и повторите § 20, п. 1—3. Напишите, какое оборудование понадобится вам для выполнения работы¹.

Для выполнения лабораторной работы понадобится следующее оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр, набор тел разного объёма и/или массы, измерительный цилиндр (мензурка), стакан с водой, отливной сосуд (для демонстрации закона Архимеда).

Тренировочные задания

Задание 1. Изобразите на рисунке 1 силы, действующие на тела 1 и 2, плавающие в воде.

На любое тело, находящееся в жидкости, действуют как минимум две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вертикально вверх. Если тело плавает (находится в равновесии), то эти силы уравновешивают друг друга, то есть они равны по модулю и противоположны по направлению.

Для тела 1 (плавает на поверхности, погрузившись частично):
На него действуют сила тяжести $F_{т1}$ и сила Архимеда $F_{А1}$.
Сила тяжести $F_{т1}$ приложена к центру масс тела и направлена вертикально вниз.
Сила Архимеда $F_{А1}$ приложена к центру объёма погружённой части тела и направлена вертикально вверх.
Так как тело в равновесии, $F_{т1} = F_{А1}$. На рисунке векторы этих сил должны быть одинаковой длины.

Для тела 2 (плавает, будучи полностью погружённым):
На него действуют сила тяжести $F_{т2}$ и сила Архимеда $F_{А2}$.
Сила тяжести $F_{т2}$ приложена к центру масс тела и направлена вертикально вниз.
Сила Архимеда $F_{А2}$ приложена к центру объёма всего тела (т.к. оно погружено полностью) и направлена вертикально вверх.
Так как тело в равновесии, $F_{т2} = F_{А2}$. На рисунке векторы этих сил также должны быть одинаковой длины. Это условие выполняется, когда средняя плотность тела равна плотности жидкости.

Ответ: На каждое тело действуют две силы: сила тяжести $F_т$, направленная вертикально вниз, и равная ей по модулю сила Архимеда $F_А$, направленная вертикально вверх.

Задание 2. Тело, подвешенное на нити, постепенно погружают в воду. На рисунке 2 показано начальное положение тела. Как во время погружения тела изменяются его масса, объём погружённой части тела, сила тяжести и сила Архимеда, действующие на это тело? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличивается; 2) уменьшается; 3) не изменяется. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Решение

Проанализируем изменение каждой физической величины в процессе постепенного погружения тела в воду.

А) Масса тела
Масса — это мера инертности тела, его фундаментальная характеристика. Она не зависит от того, где находится тело и какие силы на него действуют. Следовательно, при погружении в воду масса тела не изменяется. Характер изменения — 3 (не изменяется).

Б) Объём погружённой части тела
В условии задачи сказано, что тело "постепенно погружают в воду". Это означает, что объём части тела, находящейся под водой, увеличивается с нуля по мере погружения. Таким образом, объём погружённой части тела увеличивается. Характер изменения — 1 (увеличивается).

В) Сила тяжести
Сила тяжести определяется формулой $F_т = mg$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения. Так как масса тела $\text{m}$ не изменяется (пункт А) и $\text{g}$ в данных условиях является константой, то и сила тяжести, действующая на тело, не изменяется. Характер изменения — 3 (не изменяется).

Г) Сила Архимеда
Выталкивающая сила (сила Архимеда) равна весу вытесненной жидкости и определяется формулой $F_А = \rho_{ж} g V_{п}$, где $\rho_{ж}$ — плотность жидкости (воды), $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $V_{п}$ — объём погружённой в жидкость части тела. Поскольку плотность воды $\rho_{ж}$ и ускорение $\text{g}$ постоянны, а объём погружённой части $V_{п}$, как было определено в пункте Б, увеличивается, то и сила Архимеда прямо пропорционально увеличивается. Характер изменения — 1 (увеличивается).

Ответ:

А	Б	В	Г
3	1	3	1