阿基米德原理教案.doc

阿基米德原理
克州二中 张生桂
教学目标：
1、通过探究影响浮力大小的因素，亲身感受浸在液体中的物体所受的浮力大小只与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的材料、形状、物体在液体中所处的深度无关。
2、通过探究影响浮力大小的因素，使学生亲身经历科学探究的过程，发展科学探究的能力，学习科学研究的方法，同时增进对科学探究的理解。
教学重点难点：探究影响浮力大小的因素。
设计意图：初中《科学》（华师大版）八上第四章第三节《阿基米德原理》重点学习阿基米德原理。教材通过探究浸在液体中的物体所受的浮力大小与物体排开液体所受重力的关系，归纳出阿基米德原理。当然，根据阿基米德原理的数学表达式F浮= G排液，还可推导出F浮=ρ液gV排液，从而了解浸在液体中的物体所受的浮力大小只与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与其它因素无关。但在实际教学中，由于初二学生的思维多停留在感性阶段，抽象思维能力还比较薄弱，学生很难完全理解这一点，更不能熟练应用。因此，我在进行阿基米德原理内容教学之前，首先安排了一课时时间，让学生探究影响浮力大小的因素。通过探究影响浮力大小的因素，使学生亲身感受浸在液体中的物体所受的浮力大小只与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的材料、形状、物体在液体中所处的深度无关。同时，通过该探究活动，也可培养学生研究解决问题的方法、探索问题的精神和合作交流的能力。这一切，都能为后面学习阿基米德原理打下很好的基础。
教学方法：探究式教学法。
教学准备：（略）
教学过程：
[创设情境、引入新课]
教师将两个规格相同的橙色乒乓球A、B放入一个盛有水的水槽中，引导学生观察，发现球A漂浮在水面上，球B沉入水中。然后，教师取出两个球，将它们放入另一个盛有酒精的水槽中，学生观察到球A、B都浸没了，其中球A悬浮，球B下沉。学生感到既有趣又奇怪：为什么会出现这种情形呢？教师笑不作答，并且反问：这两个乒乓球浸在水中时受到的浮力大小一样吗？浸在酒精中时受到的浮力大小和浸在水中时受到的浮力一样吗？学生议论纷纷。
学生1：我认为浸在水中的A球所受的浮力比浸在水中的B球所受的浮力大，因为A球漂浮着，而B球下沉了。
学生2：我认为浸在酒精中的A球所受的浮力比浸在酒精中的B球所受的浮力大，因为A球没有沉下去，而B球沉下去了。
学生3：我认为他们两位的说法不一定正确，因为A球和B球虽然颜色、规格都相同，但它们里面是否装了其它物质、所装物质是否一样多不得而知，即它们的密度可能不一样，也许这个也会影响它们的浮力大小。
学生4：也可能是这个影响了它们的浮沉情况。
学生5：我认为A球浸在水中时所受的浮力要比浸在酒精中时所受的浮力大，因为它在水中时是漂浮着的，而在酒精中却是浸没的。
学生6：我认为B球浸在水中时所受的浮力与浸在酒精中时所受的浮力一样大，因为它们都是下沉的。
学生7：我认为不见得，因为酒精和水的密度不一样，也许这个也会影响它们的浮力大小。
……
教师：大家讨论得非常热烈，这说明大家都在动脑筋。但是，究竟谁的说法是正确的呢？为了弄明白这些问题，我们先来研究浮力的大小与哪些因素有关。
[新课教学]
1、提出问题：
教师：浮力的大小究竟与哪些因素有关？
2、猜想与假设：
教师引导学生根据上述情景、生活经验和已学知识大胆地提出自己的猜想，然后一起对这些猜想作出分析处理并板书：
（1）浮力大小与物体排开液体体积有关；
（2）浮力大小与物体密度有关；
（3）浮力大小与液体密度有关；
（4）浮力大小与物体形状有关；
（5）浮力大小与物体在液体中所处深度有关。
3、制订计划、设计方案：
教师：我们可以用实验探究的方法来检验这些猜想是否正确。那么，如何测出物体所受的浮力大小呢？
学生回顾上节课所学的测量浮力的方法：先测出物体的重力G物，再测出物体浸在液体里所受的拉力F拉，则物体所受到的浮力F浮=G物-F拉。
教师：如何探究浮力与上述这些因素的关系呢？
引导学生分小组讨论，利用变量控制法设计实验方案，教师巡回指导。几分钟后，各小组向全班同学汇报他们的实验方案，并修改实验方案。之后，教师出示参考实验设计表格如下：
（1）探究浮力大小与物体排开液体体积的关系：

Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
排开液体的体积V（大、小）
物体1/2浸入水中

物体全部浸入水中

实验结论

（2）探究浮力大小与物体密度的关系：

浸没在水里
Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
物体的密度（千克/米3）
同体积同形状铜块

8900
同体积同形状铝块

2700
实验结论

（3）探究浮力大小与液体密度的关系：

浸没在液体里
Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
液体的密度（千克/米3）
水

1000
酒精

800
实验结论

（4）探究浮力大小与物体形状的关系：

浸没在水里
Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
球形橡皮泥

其它形状的橡皮泥

实验结论

（5）探究浮力大小与物体在液体中所处深度的关系：

Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
浸没在水中浅处

浸没在水中深处

实验结论

4、实验观察、搜集事实证据：
教师：你们可以参考上面的实验设计方案进行实验探究，也可以用自己设计的实验方案进行实验探究。
学生进行实验探究，边实验边记录实验数据，教师巡回指导学生正确的实验操作方法。
5、讨论交流、分析论证：
教师：现在请各小组派一名同学汇报你们小组的实验结果和实验结论。

第一小组的学生把实验记录放在实物投影仪上呈现出来并汇报实验结论。
实验探究1 浮力大小与物体排开液体体积的关系：

Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
排开液体的体积V（大、小）
物体1/2浸入水中
1．2
0．7
0．5
小
物体全部浸入水中
1．2
0．2
1．0
大
实验结论
物体排开的液体体积越大，它所受到的浮力就越大。
教师：哪位同学能根据这个实验结论来分析水里的两个乒乓球所受的浮力的大小以及酒精中的两个乒乓球所受的浮力的大小？
学生1：水里漂浮的乒乓球所受的浮力较小，沉底的乒乓球所受的浮力较大。因为浮力的大小与排开的液体体积有关，漂浮的乒乓球排开的液体体积较小，所受到的浮力也较小；沉底的乒乓球排开的液体体积较大，所受到的浮力也较大。酒精中的两个乒乓球所受的浮力一样大，因为它们排开的液体体积是一样的。
学生2：酒精中的两个乒乓球虽然排开的液体体积相同，但两个球的密度可能不同，这个因素会不会影响物体所受的浮力大小呢？
教师：最有发言权的是第二小组，让他们的实验结果说话。我们先来看看第二小组的实验结果。
第二小组的同学用实物投影仪展示他们的实验结果：
实验探究2 浮力大小与物体密度的关系：

浸没在水里
Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
物体的密度（千克/米3）
同体积同形状铜块
0．9
0．8
0．1
8900
同体积同形状铝块
0．3
0．2
0．1
2700
实验结论
物体在液体里受到的浮力大小与物体密度无关。
学生1：根据第二小组同学的实验结论，酒精中的两个乒乓球的密度不同不会影响它们所受的浮力大小。因此，酒精中的两个乒乓球所受的浮力大小应该是相等的。
学生2：酒精中的两个乒乓球除了密度不同以外，还有深度也不一样。虽然乒乓球的密度不同不会影响它们所受的浮力大小，但深度不同会不会影响它们所受的浮力大小呢？
教师：两位同学的想法都很有道理。为了解决第二位同学提出的问题，我们有必要来看看第五小组同学的实验结果。
但第五小组在汇报他们的实验结果时出现了两种截然不同的观点：一部分同学认为物体在液体中浸没得越深，它所受到的浮力也越大；另一部分同学认为，物体所受的浮力的大小与它在液体中的深度无关。针对这种情况，教师没有直接给出自己的意见，而是要求持两种不同观点的同学分别派一名代表上来给全班同学演示一下他们的测量过程，并要求其他同学仔细观察他们的操作过程。在此基础上，引导学生认真思考、分析讨论。
学生1：我发现，第五小组的两位同学刚才操作时有一个不同之处：第一位同学测物体所受的浮力时，第一次只把物体部分浸入水中，第二次才把物体全部浸没水中；而第二位同学两次都把物体浸没在水中。
学生2：对。第一位同学操作时，由于第一次只把物体部分浸入水中，此时它所排开的水的体积较小，它所受到的浮力也较小；第二次他把物体全部浸没水中，此时它所排开的水的体积较大，它所受到的浮力也较大。表面上看，似乎是物体在水中浸入得越深，它所受到的浮力就越大，实际上我认为是物体排开水的体积增大了，才导致它所受的浮力也增大了。第二位同学两次都把物体浸没在水中，虽然浸没的深度不同，但由于它排开的水的体积没有改变，因此它所受到的浮力也不变。纵观整个过程，导致浮力大小改变的应该是物体排开液体的体积，而不是物体在液体中所处的深度。
教师对学生的思考和讨论进行了肯定，然后自己把物体逐渐浸入水中直至浸没的过程演示了一遍。在演示过程中，教师引导学生仔细观察，除了要求学生观察物体浸入水中的深度变化情况外，特别引导学生观察物体浸入水中的体积的变化情况、物体排开水的体积的变化情况以及弹簧秤示数的变化情况，并引导学生认真分析、比较这几个对应的量之间的关系。最后教师进行小结：当物体逐渐浸入水中时，F浮与h有关，且物体浸入水中的深度越大，受到的浮力也越大；当物体完全浸没水中时， F浮与h无关。这两个结论似乎是矛盾的，但正是这说明物体在部分浸入液体的过程中不单单是深度在发生变化，还有更本质的因素在发生变化，而这个因素即是V排液。从而渗透了透过现象看本质的哲学思想和进行了科学研究方法的教育。
教师展示自己的实验结果，并引导学生归纳出实验结论。

Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
浸没在水中浅处
1．2
0．2
1．0
浸没在水中深处
1．2
0．2
1．0
实验结论
当物体完全浸没在液体中时，它所受到的浮力大小与它在液体中所处的深度无关。
学生1：根据这个结论，可知浸在酒精中的A、B两个乒乓球所受的浮力大小既与它们的密度无关，也与它们所处的深度无关，这样两个球的浮力大小应该是一样的。
学生2：既然如此，为什么会出现一个球悬浮而另一个球下沉的情况呢？
学生3：对。而且两个球浸在水中时，为什么受到浮力小的A球是漂浮的，受到浮力大的B球反而下沉呢？
教师：两位同学的问题提得非常好。但由于时间关系，我们不能在课内进行研究，希望有兴趣的同学能在课外继续探索。
第三、四小组的同学分别展示他们的实验结果。
实验探究3 浮力大小与液体密度的关系：

浸没在液体里
Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
液体的密度（千克/米3）
水
1．2
0．2
1．0
1000
酒精
1．2
0．4
0．8
800
实验结论
液体密度越大，浸在其中的物体所受到的浮力就越大。
教师：哪位同学能根据这个实验结论来分析乒乓球A和B浸在水里和酒精中的浮力大小？
学生：球B浸在水里和酒精中时排开液体的体积是相同的，但因为水的密度比酒精的密度大，因此球B浸没在水里时所受到的浮力要比浸没在酒精中时所受到的浮力大；但球A就很难判断了，因为球A在水里是漂浮的，在酒精中是浸没的，即球A排开水的体积要比排开酒精的体积小，而水的密度却要比酒精的密度大，因此球A漂浮在水里时所受的浮力大小与浸没在酒精中的浮力大小很难判断。
教师：说得很有道理。但事实上我们能通过其它方法来判断球A所受的浮力大小，具体我们在下一节《物体的浮沉条件》里再来学习。
实验探究4 浮力大小与物体形状的关系：
浸没在水里
Ｇ物（牛）
Ｆ拉（牛）
Ｆ浮（牛）
球形橡皮泥
1．2
0．2
1．0
其它形状的橡皮泥
1．2
0．2
1．0
实验结论
物体所受到的浮力大小与物体的形状无关。
教师：这一节课，我们探究了影响浮力大小的几个因素，知道了浸在液体中的物体所受的浮力大小只与物体排开液体的体积和液体的密度有关，而与物体的材料、形状和所处的深度无关。那么，浮力的大小与物体排开液体的体积和液体的密度究竟具有怎样的关系呢？我们下一节课继续探究。
[小结巩固]（略）