《浮力》单元复习教学设计
课标要求及解析
2.2.9 通过实验,认识浮力。探究浮力大小与哪些因素有关。知道阿基米德原理。运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。
本专题属于课程标准三大主题之一——“运动和相互作用”主题的二级主题“机械运动和力”,物质运动和相互作用的规律是物理学的核心内容,也是学习物理学的基础。这部分涉及较多的物理概念和规律,比较抽象。现将课标要求解析具体说明如下:
1.“通过实验,认识浮力”中的“认识”属于认知性目标行为动词,该条目属于“认识”水平。学生在生活经验中已经熟悉在水中浮起的物体受到的浮力,要进一步通过实验让学生认识在水中下沉的物体也要受到浮力。认识一切浸在液体中的物体都要受到浮力的作用,浮力的方向总是竖直向上,这与重力的方向正好相反。会用弹簧测力计测量物体在液体中所受浮力的大小,浮力就等于把物体分别放在空气中和浸在液体中时弹簧测力计两次示数之差,这种测量浮力的方向通常称为称重法。称重法计算浮力的公式为F浮=G-F拉。
能通过观看演示实验并结合液体压强、压力、二力平衡等知识认识浮力产生的原因,浮力产生的原因是物体受到液体上、下表面压力差。故F浮=F向上-F向下。
2.“探究浮力大小与哪些因素有关”中的“探究”属于体验性目标行为动词,该条目属于“经历”水平。让学生经历探究浮力大小跟哪些因素有关的实验过程,认识物体在液体中所受浮力的大小,跟物体的密度、物体的体积、物体浸没的深度等因素无关,跟它浸在液体中的体积有关,跟液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。
3.“知道阿基米德原理”中的“知道”属于认知性目标行为动词,该条目属于“了解”水平。通过物理学史和实验知道阿基米德原理的内容、公式和适用条件,能应用阿基米德原理计算浮力和解决简单问题。并学习阿基米德善于观察思考的精神,养成乐于观察,善于动脑的习惯。
4.能根据二力平衡条件和力与运动的关系描述物体的浮沉条件,并能通过改变物体所受的重力和浮力大小,使物体在液体或气体中处于不同的浮沉状态。运用物体的浮沉条件解释生产、生活中的一些现象,认识浮力在生产生活中的应用价值。复习浮力的应用时,如轮船、潜水艇、气球、飞艇和密度计的浮沉原理,要以实验为基础,增强学生的感性认识。
二、复习目标:
1.通过观看实验与复习提问,知道一切浸在液体或气体中的物体都受到浮力。浮力的方向总是竖直向上,知道浮力产生的原因;
2.通过学生实验会使用弹簧测力计测量浮力大小,会使用称重法计算浮力的大小;
3.经历浮力大小与哪些因素有关的探究过程,在活动过程中复习科学探究七要素,提高学生动手能力和探究能力,养成乐于动手,善于思考的习惯。
4.通过实验复习阿基米德原理内容及公式。
5.通过浮沉条件实验,加深学生对物体浮沉条件的理解。
6.通过轮船、潜水艇、实验或视频,使学生复习回忆起其工作原理,理解排水量的概念,领会运用所学知识解决实际问题的方法。
7.通过小组合作交流习题探讨,学会对浮力基本应用的迁移计算。
三、学情分析:
初三学生学习浮力时正赶上疫情期间,很多孩子由于不够自律,所以所学知识相当薄弱,基于我校学生的实际情况,在设计浮力大单元复习教学时,立足于我校学生的实际情况,结合三学作业单,以情景教学,问题驱动为手段,夯实浮力基础为目标,实现浮力大单元教学。引导学生将零散的浮力学知识以大概念的方式从力的三要素入手,通过实验问题的引领培养学生分析问题、解决问题的综合能力。
四、教学重难点:
1.阿基米德的原理的理解,浮力在生活中的应用。
2.浮力的应用和物体的浮沉条件。
五、评价任务设计
1.通过教师演示实验及课堂练习检测目标1的达成情况。
2.经历小组合作完成平衡法测浮力的过程以及课堂练习完成目标2的达成情况。
3.通过学生实验探究浮力的大小与哪些因素有关,课堂提问及课堂练习完成目标3、4的达成情况。
4.通过小组合作、课堂提问及课堂练习完成目标4 5 67的达成情况。
六、复习教学过程:
【课前助学】基础框架巩固
【课中学习】
导入:我们前面复习了重力、弹力和摩擦力,学习一种力都要从它的三要素入手,要复习浮力同样也要掌握浮力的大小、方向和作用点。随着我们学习力学的深入,对物体进行受力分析显得尤为重要,画物体受力分析示意图时,首先需要找到作用点,然后找到力的方向,最后标注力的大小,本节课我们就从力的三要素展开浮力的复习。
模块一:复习浮力的作用点和方向
环节一:再次认识浮力
1.教师演示实验:玻璃缸中有一个乒乓球,球下面有一根线,固定在容器底部,向玻璃缸中加水,使乒乓球受浮力作用,观察线的变化。
教师再准备了一个用线吊着的小钩码,放在玻璃缸的前面,使两条线重合。
提出问题:
你看到什么现象?
从中你可以获得哪些跟浮力有关的信息?
〖反馈练习1〗
1.一个盛有盐水的容器中悬浮着一个鸡蛋,容器放在斜面上,你认为鸡蛋所受浮力的方向应是 ______
【设计意图:教师在本环节中利用乒乓球受浮力的情景,通过提问,挖掘学生潜在的物理知识储备,培养学生通过实验得出物理规律的能力,培养积极的科学态度,帮助学生梳理浮力的知识体系,其中包含浮力的定义、浮力的施力物体、受力物体以及浮力的作用点、浮力的方向等知识,这种设计符合学生的认知经验,能实现由点到面地进行知识整合,帮助学生建构本章的知识体系。达成目标1。】
环节二:复习浮力产生原因
活动1.魔术表演——浮不起的木块
一木块放入玻璃缸底部,加水,结果木块沉底不动,怎样才能使不动木块重新浮起来?
学生观看魔术,并试着用所学知识解释。
活动2.观看视频——浮力产生的根本原因
〖反馈练习2〗
2.物体受到液体对它上表面的压力为10N,下表面的压力为20N。则液体对它的浮力是 _______N 。
设计意图:利用生活中的”魔术表演”,让本来可以在水面上漂浮的木块沉在容器底部,学生产生认知冲突,学生质疑,并尝试用所学知识解释,锻炼学生的推理和判断能力,属于高阶思维能力的培养。通过视频展示浮力产生的原因从感性认识上升到理性认识,符合学生的认知规律。教师通过层次性问题的引领,不仅帮助学生建构知识体系,还实现了学生思维由低阶向高阶的转变。达成目标1】
模块二:复习浮力的大小
环节一:平衡法测浮力大小
蜡块漂浮在水面上,画出蜡块受力分析示意图。可知蜡块受到的浮力是多大?
画悬浮物体的受力分析。
沉底的物体受到的浮力有多大呢?如何用弹簧测力计测出浮力的大小呢?学生思考测量方法并交流。
3.学生实验:测浸在水中的钩码受到的浮力。
实验提示:
我们可以将弹簧测力计固定在铁架台上,将钩码挂在弹簧测力计下方,可以将装有水的烧杯放在升降台上,通过旋转升降台的旋钮,使钩码缓慢浸入水中。
注意记录实验数据
这个实验的过程中,你还发现了哪些问题?
〖反馈练习3〗
3、小玲将一块体积为的矿石挂在弹簧测力计下,然后又将此矿石浸没在水中,测力计两次示数分别如图甲、乙所示。矿石受到浮力为________N。
【设计意图:通过漂浮和悬浮的受力分析,利用二力平衡可知漂浮和悬浮的物体受到的重力和浮力的大小相等,引发学生对沉底物体浮力大小的疑问,通过实验器材回顾以及提问的方式逐渐引导学生回忆用弹簧测力计测量浮力的方法。由于实验过程中容易手抖,所以弹簧测力计的示数不稳定,在此给学生提供实验神器——升降台,将弹簧测力计固定在铁架台上进行读数,以确保证读数的精确。交流这个实验的过程中,学生还发现了哪些问题?比如在钩码逐渐浸入水中,发现弹簧测力计的示数逐渐变小,或是排开液体的体积增大,浮力增大等等,让学生主动发现实验中的现象,并思考原因,为后面阿基米德原理的复习埋下伏笔。通过两道练习进一步巩固了称重法的计算方法。达成目标2】
环节二:复习阿基米德原理
活动一:实验:浮力的大小与哪些因素有关?
猜想:浮力的大小与哪些因素有关?
学生实验:弹簧测力计下挂钩码,将钩码分别浸没于水和浓盐水中,观察弹簧测力计的示数,得出结论:与液体的密度有关。
在称重法测浮力实验过程中,我们得出浮力大小与排开液体的体积有关,如何准确地测出排开液体的体积呢?出示溢水杯。 演示说明溢水杯的用法,重点强调装满水。
通过实验可得:浮力与ρ液和V排有关。推导出与m排有关,与G排有关。
环节二:再看阿基米德原理实验视频
学生活动:小组合作完成学案
在探究“浮力的大小等于什么?”的实验中,小明同学做实验的过程如图2所示,请你根据图中的做法和弹簧测力计的示数,回答下列问题:
(1)根据甲图测力计的示数可以知道物体的 .
(2)丙图测力计的示数表示的是_____之差是6N.
(3)物体受到的浮力为____________N.
(4)该实验用到的主要原理是: .
(5)综合分析四幅图可以得到的结论: .
〖反馈练习4〗
①一个铁块放入水中稳定后,排出了10N的水,铁块所受浮力为 N
②一个铁块放入水中稳定后,排出了2kg的水,铁块所受浮力为 N (g=10N/kg)
③体积为10m3氦气球,在空气中受到的浮力是 N
(ρ空气=1.29kg/m3,g=10N/kg)
【设计意图:通过学生实验突破浮力的大小与哪些因素有关这一重难点,在得出结论之后,推导出浮力与ρ液和V排有关,通过阿基米德原理实验回顾,进一步强化了学生对阿基米德原理的理解。在实验过程中,学生发现问题,有效思考,最终得出结论,完成目标3的达成。】
模块三:复习物体的浮沉条件
环节一:复习物体浮沉的判断方法
演示实验1 :学生观察用三个材料、形状相同的物块完全浸没在水中,松手后,物块在水中运动的情况。完成学案上物体的受力分析示图。
问题:三个材料、形状相同的物块完全浸没在水中,为什么最终静止的状态却不同呢?
学生讨论后得出结论:浸没在液体中的物体的状态取决于浸没时受到的浮力和自身的重力。
【设计意图:对物体进行受力分析是学习力学的重要方法,学生通过形象的观察,根据力是改变物体运动状态的原因,从合力的角度得出物体的浮沉条件,培养科学的思维习惯。】
演示实验2:猜想:将大柚子和猕猴桃浸没在水中,静止后的状态?
【设计意图:在学生印象中重力大的柚子会沉底,通过实验产生认知冲突引导学生从受力分析入手,比较物体的密度和液体的密度,也是判断浮沉状态的一种方法,引导学生逐步形成一种善于质疑、乐于探索、努力求知的心理倾向。】
环节二:小组合作总结物体浮沉的判断方法
比较物体浸没时受到的浮力和自身重力是判断浮沉的重要方法,还有什么方法也可以判断物体的浮沉?——比较物体的密度和液体的密度?
小组合作完成推导过程得出如何通过比较密度判断物体在液体中静止时的状态。
〖反馈练习5〗
5、将小铁块和小木块放入一盆水中,结果发现木块浮在水面上,铁块沉入水底,就此现象,下列分析正确的是( )
A、木块受到浮力,铁块不受浮力
B、铁块沉入水底,所受浮力一定小于自身的重力
C、木块受到的浮力一定大于铁块所受的浮力
D、木块浮在水面上,所受浮力大于自身的重力
【设计意图:学生小组合作从漂浮、悬浮和沉底的三种静止状态入手,先找到重力与浮力之间的关系,通过公式的展开,推导出液体密度与物体密度的关系,小组合作过程中,积极推动学生的思维活动,唤醒学生的学习热情和积极性,突出学生的主体地位】
模块四:浮力的应用
学生实验——让土豆浮起来
器材:土豆、水槽、塑料袋、食盐
学生小组合作后交流,得出三种方法
学生方案:
(1)也可以选用塑料袋把土豆包起来,放入水中,增大排开液体的体积,进而增大浮力。
(2)学生在水中加盐增大液的密度,从面增大浮力增大液体的密度。
(3)给土豆挖成空心,减小土豆所受的重力,使其浮起来。
【设计意图:本环节属于开放性问题,学生的思维不受限制,学生的思维在碰撞中被激活,知识被活化,高阶思维能力得到发展,学生可以自己选择器材使杯中的土豆浮起来。教师引导学生分析物体的浮沉原理,可以从(1)增大排开液体的体积(2)增大液体的密度(3)减小物体的重力三个方面来考虑。这种多元化的解决问题的路径,利于学生思维的发展,完成复习目标3。】
浮力在我们生活和航海中发挥了极其重要的作用,下面我们一起通过实验和视频来回忆一下这部分内容。——播放关于浮力应用的视频。
环节一:船里的浮力
1.出示图片:用橡皮泥做成能承载重物的小船,漂浮在水面上。
学生完成学案练习,交流
画出小船的受力分析示意图。
(2)什么原因使密度比水大的橡皮泥漂浮在水面上?
(3)生活中还有哪些工具是利用这个原理制成的?举例说明。
【设计意图:问题的设置层层递进,能满足不同层次学生的发展需要,本任务中问题1、2考查学生对于知识的记忆和理解,属于低阶思维考查,问题3考查阿基米德原理的应用,锻炼学生的推理和判断能力,属于高阶思维能力的培养。教师通过层次性问题的引领,不仅帮助学生建构知识体系,还实现了学生思维由低阶向高阶的转变。达成复习目标】
2.观看关于轮船的视频,强化轮船利用浮力的原理。
〖反馈练习6〗
(1)某油轮满载时排水量4860t,吃水深度是2.7m。满载时游轮的总重是多少牛?浸入水中的体积多大?从长江到海里吃水深度如何变化?
(2)“辽宁号”航母正在黄海进行模拟训练,一架歼-10战机正离开甲板飞向蓝天,在此过程中,航母所受到的浮力将___________。
环节二:潜水艇里的浮力
1.通过演示模拟潜水艇的方式,回顾潜水艇的原理
【设计意图:教师通过播放视频吸引学生的兴趣,以完成复习目标】
环节三:气球飞艇里的浮力
1.出示热气球、飞艇图片
问题:气球和飞艇之所以能够升空,是因为气球内充入的是密度______空气密度的气体。
〖反馈练习7〗
一个气球的质量是1.2克,充入0.02m3的氢气,要使其静止在空气中,需要施加多大的拉力?(ρ空气=1.29Kg/m3,ρ氢气=0.09Kg/m3)
【设计意图:采用情景教学,问题驱动的教学方法,以习题为主评价的方式,把课堂的主动权还给学生,变“讲授复习”为“主动求知”,此版块的设计旨在通过轮船、潜艇、热气球说明浮力在我们生活中的广泛应用,让学生真切体会到物理来源于生活,服务于生活的理念。】
模块五:课堂小结
通过本节课的复习,你有哪些收获?请以手抄报的形式进行巩固
模块六:课堂检测
小明同学在一次利用密度为 1.5×103kg/m3 的橡皮泥进行造“船”比赛,他所用橡皮泥的体积为 20cm3,造成的小船最大排水体积为 100cm3. (取 g=10N/kg, 水的密度为 1×103kg/m3)
求:(1)小明所用橡皮泥的重力
(2)橡皮泥浸没在水中所受的浮力
(3)小明所做的小船能装载的货物最重为多大
【设计意图:此题是课堂实验橡皮泥小船的延续,通过真实的计算,进一步加深了学生对浮力知识的应用,也能很好地检测学生对课堂目标的达成度】。
【课后学习】
【基础巩固】
A类作业:
重为5N,体积为0.2×10—3m3的物体,用细线系在弹簧测力计的挂钩上,将它浸没在水中,物体受到的浮力是_____N,静止时弹簧测力计的示数是_____N?
将甲、乙两个体积相等的物体放入水中,静止时如图所示,下面关系不正确的是( )
A.ρ甲<ρ乙 B.m甲F浮乙
3.如图所示,将底面积为100cm2的圆柱体容器放在水平桌面的中央,容器壁的厚度忽略不计,容器中装有1000cm3的水,将一个重6N、高为10cm的实心长方体A挂在弹簧测力计上,然后竖直进入水中,当物体A刚好浸没在水中时,(水位溢出),弹簧测力计的读数为4N.
求(1)物体A的密度;
(2)当物体A刚好浸没在水中时,水对容器底的压强;
(3)把刚好浸没在水中的物体A竖直往上缓慢提升4cm后,使物体保持静止,则此时弹簧测力计的读数为多少?
【动手实践】
课后查阅资料,完成 1.自制潜水艇
2.自制密度计
3.自制浮沉子
三选一完成实验
【设计意图:通过实践作业,考查学生把理论知识和实践应用统一起来,体现物理学科有趣和有用的特性,变“知识构建”为“大胆创新”,学生复习时的思维更活跃,思路更开阔,主动学习起来更加有成就感。】