物理3 科学探究：浮力的大小教案设计

10.3科学探究：浮力的大小

教学目标

【知识与能力】

知道浮力的大小与哪些因素有关，知道阿基米德原理，会求出浮力的大小。

【过程与方法】

通过学生实验，探究浮力的大小与哪些因素有关，培养学生的猜想假设、实验设计能力等科学探究能力，培养学生有步骤进行实验的条理性。

【情感态度价值观】

通过实验探究，培养学生尊重科学、实事求是的科学态度。

教学重难点

【教学重点】

知道阿基米德原理，会计算浮力的大小。

【教学难点】

知道阿基米德原理，会计算浮力的大小。

课前准备

课件、多媒体设备、体积相同的铁块和铝块、体积较大的铁块、弹簧测力计、一杯水、一杯浓盐水、细绳、石块、小桶等。

教学过程 

情景导入

我们学习物质的密度时说过一个故事：两千多年以前，古希腊学者阿基米德为了鉴定王冠是否是用纯金制成的，要测量王冠的体积，冥思苦想了很久都没有结果。一天，当他跨进盛满水的浴缸洗澡时，看见浴缸里的水向外溢，突然想到：物体浸在流体中的体积，不就是物体排开流体的体积吗？随后，他设计了实验，解决了王冠的鉴定问题。这次洗澡的偶然实验，总结出了著名的阿基米德原理。原理的内容是什么呢？今天我们大家一起来学习。

教学活动

一、浮力大小与什么因素有关 　　

浸在液体中的物体受到浮力的大小与什么因素有关呢?你有什么猜想？

学生甲：船运载货物的多少与船的大小有关，我猜想浮力可能与物体的体积有关。

学生乙：木头能漂在水面上，铁块会沉入水底，所以我猜想浮力和物体的密度有关。

学生丙：浮力是液体中产生的，不同深处，液体压强不同，浮力也可能不同……

学生丁：液体对物体产生浮力，浮力的大小可能与液体的密度有关。

阅读教材P62，做“实验探究：影响浮力大小的因素”。如图10-3-3所示。

1.引导猜想：你认为浮力的大小与什么有关系？  　　

根据上面学生的分析、讨论，可得出猜想：

猜想1：浮力可能与液体的密度有关。

猜想2：浮力可能与物体的密度有关。

猜想3：浮力可能与物体浸在液体中的深度有关。

猜想4：浮力可能与物体浸在液体中的体积有关。

2. 进行实验：强调控制变量法。

　 在研究一个物理量与另一个物理量的关系时，我们常常运用“控制变量法”，也就是说我们现在要研究浮力与物体浸没在液体中的深度的关系，那么我们必须控制其他的实验条件相同，我们用同一个物体浸入同一种液体中，那么我们就可以研究浮力与物体浸没在液体中的深度的关系了。

    验证猜想1：浮力可能与液体的密度有关。取相同的物块，浸入清水和浓盐水中相同的深度。如下图所示。

得出结论：浮力的大小跟液体的密度有关。

验证猜想2：浮力可能与物体的密度有关。取相同体积的不同物块，浸入相同深度的清水中。如下图所示。

得出结论：浮力的大小跟物体的密度无关。

验证猜想3：浮力可能与物体浸没在液体中的深度有关。取相同物块，浸没在不同深度的清水中。如下图所示。

得出结论：浮力的大小跟物体浸在液体中的深度无关。

验证猜想4：浮力可能与物体浸在液体中的体积有关。取相同的物块，分别浸入清水中不同的体积。如下图所示。

得出结论：浮力的大小跟物体浸在液体中的体积有关。

3.在探究结束后，总结出以上各个猜想的正误，引导学生自己得出浮力与哪些因素有关。对照教材上的相关部分，看看自己写的和书上的表述哪个更好。

    学生自己总结出“浮力的大小与浸入液体的体积和液体的密度有关”。

教师总结：

实验结果表明：物体在液体中所受的浮力大小，跟它浸在液体中的体积有关，跟液体的密度有关。浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大。

4.启发学生明白“浸入液体的体积”就是“排开液体的体积”，“浸入液体的密度”就是“排开液体的密度”，那么我们可以猜想一下浮力的大小是否与排开液体的重力有关。

    学生分析、讨论作答。

二、阿基米德原理

由上面的实验探究，进一步分析。

学生甲：物体浸在液体中的体积，就是物体排开液体的体积。

学生乙：质量等于密度乘体积。

学生丙：可见，上面的结论也可表述为：物体所受浮力的大小与它排开液体质量有关。

阅读教材P63，做“实验探究：浮力大小与排开液体的关系”。如图10-3-4（验证阿基米德原理）。

1．实验器材：溢水杯、弹簧测力计、石块、烧杯、小桶、水。

思考问题：如何测出石块排开的水所受的重力呢？

（1）溢水杯中的水应为多少？

（2）先测空桶的重力呢，还是先测桶和排开水的总重力呢？

2．实验步骤：

(1)如图所示，测出石块所受的重力G和小桶所受的重力G桶。

(2)将溢水杯中注满水，把石块浸入溢水杯中，让排出的水全部流入小桶中，读出此时弹簧测力计的示数F，同时用小桶收集物体排开的水。

(3)用弹簧测力计测出小桶和水的总重力G桶，则排开水的重力G排＝G总－G桶。

(4)根据F浮＝G－F弹，算出浮力，与G排比较大小。

3．实验数据记录表格：

4.分析与讨论：

通过比较F浮和G排得出结论。

结论：浸在液体中的物体受到向上的浮力(F浮)，浮力(F浮)的大小等于被它排开的液体所受的重力(G排)。用公式表示为F浮＝G排。

讲述：上述结论早在两千多年前就已经被发现，称为阿基米德原理。实验证明，这个结论对气体同样适用。例如空气对气球的浮力大小就等于被气球排开的空气所受到的重力。

阅读教材P64，讨论交流：死海之谜。如图10-3-6所示。

在死海，海水的密度很高。人们可以轻松地在海面仰卧，甚至还可以看书呢！你知道这是什么道理吗？提出你的解释。和同学交流。

三、阿基米德原理的应用

气体和液体都是流体，因此物体在气体中也受到浮力。

无论物体是漂浮、悬浮还是沉在水中，它所受的浮力都等于排开的水所受的重力。

氢气球脱手后会上升，是因为受到空气对它的浮力，因此阿基米德原理也适用于气体。

举出在生活中物体受到浮力的例子。   

学生举例：轮船受到浮力；热气球、飞艇受到浮力；水里的鱼受到浮力。

四、浮力计算

浮力计算的方法：

（1）实验室测量浮力的方法可以计算浮力；(称重法)

（2）浮力产生的原因可以计算浮力； （压力差法）

（3）阿基米德原理可以计算浮力； （公式法）

（4）物体的沉浮条件法；（F浮=G物）

 例子：书上的例题“橡皮泥块”。    

（1） F浮＝ F1－ F2；

（2） F浮＝ F下－ F上；

（3） F浮＝ G排。

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3.科学探究：浮力的大小