4.4.2 水的浮力 教学设计--浙教版（2024）科学八年级科学上册

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4.4.2 水的浮力 (第2课时)（教学设计）
年级 八年级 授课时间
课题 4.4.2水的浮力
教学 目标 科学观念:了解阿基米德原理，掌握浮力与排开液体体积和液体密度的定量关系，建立浮力源于排开液体的重力的科学观念。 科学思维:能结合阿基米德原理解释生活现象，强化理论联系实际与系统性思维的科学思维 探索实践:设计简易实验，验证阿基米德原理的定量关系，强化实验设计与动手实践能力 态度责任:通过实验验证浮力的客观存在，尊重实验数据，避免主观臆断
教学 重难点 重点： 阿基米德原理
学情 分析 本节内容选自浙教版八年级科学上册第四章第4节《水的浮力》（第2课时），主要学习阿基米德原理及其定量探究。学生在第1课时已通过实验认识到浮力的存在，掌握了用“称重法”测量浮力大小，并初步了解浮力与排开液体体积和液体密度有关，这为本课深入探究浮力与排开液体重力之间的定量关系奠定了知识和方法基础。他们对“浮力究竟有多大”“能否精确计算出浮力”充满好奇，尤其被“阿基米德鉴定王冠”的历史故事所吸引，具备强烈的探究欲望。然而，在认知层面，学生虽然知道浮力与排开液体有关，但对“浮力等于排开液体所受重力”这一核心定量关系理解困难，容易将“排开液体的体积”与“排开液体的重力”混淆，对G排液的测量方法存在操作误区。在实验能力上，学生虽已掌握基本的测力、测体积技能，但在设计并规范完成“验证阿基米德原理”的定量实验时，仍面临挑战，如溢水杯未装满导致V排偏小、未先测空桶重力造成G排液计算错误等，需要教师重点指导。他们正处于从定性分析向定量推理发展的关键阶段，需要通过小组合作完成“测物体重力→浸没排水→测拉力→测排液重力”的完整实验流程，结合数据分析得出F浮=G排液的结论，从而建立严谨的定量科学观念。同时，通过对“桥墩不受浮力”等特例的讨论，帮助其深化对浮力产生原因的理解，培养尊重数据、注重细节的科学态度和系统性思维能力。
教学 准备 课件、课本、视频、活动器材等
教学过程
教师活动 设计意图
新 课 导 入 2000多年前，科学家阿基米德在洗澡中得到启发，意识到人进入装满水的浴盆中，溢出水的体积正好等于身体浸入水中的体积。受此启发，他把王冠与相同质量的纯金浸没水中，比较它们排开水的体积是否相同，由此判断王冠是否掺了假。在此基础上，他进一步研究，总结出著名的浮力原理——阿基米德原理 利用阿基米德洗澡的典故，创设历史情境，自然引出浮力探究起点，激发文化认同与学习兴趣，建立科学与历史的联系。
新知讲授 阿基米德原理 在阿基米德灵感的启发下，我们可以进行如下推理。 铝块浸在水中时，它占据了原来由水占据的空间，也就是说，它排开了这个空间中的水。因此，铝块浸在水中的体积，可以表述为“铝块排开水的体积”。 铝块排开水的体积越大，它受到的浮力就越大。而物体的质量跟体积有关，因此，可以根据铝块质量与体积的关系推测，铝块浮力大小跟排开水的质量有关，也就是跟排开水所受的重力有关。 浮力大小跟排开水所受重力的关系 1.物体排开水的体积可以用溢水杯和量筒测出：把溢水杯盛满水，将物体浸入水中，让溢出的水流入小烧杯中，小烧杯中的水就是物体排开的水，用量筒测出排开水的体积，再计算出排开水所受的重力。 2.用图4.4-5所示的器材，以小组为单位，定性研究浮力的大小跟物体排开水的多少的关系。 3.用图4.4-6所示的器材，以小组为单位，定量研究水的浮力大小与物体排开水所受的重力的关系。实验中需要直接测量哪些量 4.完成如下实验记录表的设计。 5.进行实验，并把实验数据记录在表格中。 6.分析实验数据，写出实验结论。 7.问题与讨论：更换大小不同的物体做实验，看看是否存在同样的关系。 实验结论：浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，即= 反思与交流： (1)实验时，在溢水杯中要装满水，若未装满，则测出的G排液会偏小。 (2)实验时，可先将溢水杯中多加一些水，使水从溢水口溢出，当水不再溢出时水面刚好与溢水口相平，倒掉小桶中的水后再进行实验操作。 (3)实验中要先测空桶的重力，再测小桶和排开水的总重力，这样可避免因桶内水有残留而造成误差。 (4)“浸在液体中”包含两种情况：浸没和部分浸入，前者=，后者<，两种情况均可通过实验得出= 如果把水换成别的液体，仍然可以得出相同的关系。这个关系称为阿基米德原理(Archimedesprinciple),它可表述为：浸在液体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，用公式表示为： 说明:不仅液体会产生浮力，气体也会产生浮力。阿基米德原理同样适用于气体浮力的计算，即=。 等效替换 等效替换是指用与研究对象特征相同的等效对象，替换原来的对象的研究方法。在研究阿基米德原理时，用溢杯把溢出的水收集起来，再称出溢出的水的重，得到物体所受的浮力等于物体排开水的重力。 例题：如图所示，甲、乙、丙、丁四个小球的体积相等，受到的浮力最小的小球是() A.甲B.乙 C.丙D.丁 【答案】A 【解答】解析：由题图可知，酒精中甲漂浮、乙悬浮，水中丙悬浮、丁沉底，V排甲，所以由=可知，F浮甲课 堂 练 习 【典例1】某同学用图所示实验装置验证阿基米德原理。将物块和空桶挂在弹簧测力计上，读数如图1所示；将物块浸没在装满水的溢水杯中，稳定后，弹簧测力计的读数如图2所示。此时物块受到的浮力大小是（　　） A．0.5牛 B．0.9牛 C．1.5牛 D．3.5牛 【答案】A 【解答】由图1可知物块受到的重力是2N，由图2可知物体浸没时受到的拉力为1.5N，物块所的浮力大小为 F浮=G-F=2N-1.5N=0.5N。 故选：A。 【典例2】某同学设计了一个实验，用排水法测某实心金属块的密度。实验器材有小空桶、小烧杯、溢水杯、量筒和水。实验步骤如下： ①让小空桶漂浮在盛满水的溢水杯中，如图甲； ②将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为20mL，如图乙； ③将小烧杯中20mL水倒掉，从水中取出金属块，如图丙； ④将金属块放入小空桶，小空桶仍漂浮在水面，测得此时溢出水的体积为44mL，如图丁。 可测出金属块的密度是（　　） A．2.0g/cm3 B．2.2g/cm3 C．3.0g/cm3 D．3.2g/cm3 【答案】D 【典例3】如图甲所示，用弹簧测力计将一长方体物体从装有水的杯子中匀速拉出，物体的底面积为20cm2，杯子的底面积为100cm2，拉力随时间的变化关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　） A．该物体的质量为0.3kg B．当物体有一半露出水面时，受到的浮力为2N C．该物体上表面离开水面到物体整个露出水面用时1s D．该物体的体积为4×10-4m3 【答案】C 【典例4】如图所示，质量相等的实心木块、铝块和铁块均静止于水中，已知＜ρ＜，则受到浮力最小的是（　　） 木块 B．铝块 C．铁块 D．无法确定 【答案】C 【解答】由图示可知，木块将漂浮在水面上，所以木块受到的浮力等于其自身的重力； 铝块和铁块沉在水底，所以铝块和铁块受到的浮力小于其自身重力， 三个物块的质量相等，由G=mg可知，它们的重力相等，所以木块受到的浮力最大，铁块和铝块受的浮力较小；铁块和铝块的质量相等，铁块的密度大于铝块的密度，根据密度公式可知，铁块的体积小于铝块的体积，铁块和铝块都浸没在水中，排开水的体积等于各自的体积，则两者排开水的体积V排铝＞V排铁，根据F浮=ρ水gV排可知，两者受到的浮力F浮铝＞F浮铁， 综上可知，受到浮力最小的是铁块，故C正确。故选：C。 【典例5】如图甲所示，是小冬老师探究浮力大小与哪些因素有关的装置。升降台上有重为2N、底面积为200cm2的盛水薄壁柱形容器（足够高），上方有一底面积为100cm2的圆柱体A，其上表面中央沿竖直方向固定一根体积不计的细杆，下表面刚好与水面接触。现将升降台以1cm/s的速度匀速竖直向上运动，通过细杆上端压力传感器测得细杆对圆柱体A的作用力F的大小与时间t的关系图象如图乙所示。（g取10N/kg）求： （1）第5s时圆柱体A所处的状态 （只选填字母：A、刚好浸没；B、刚好接触杯底），此时细杆对圆柱体A 的力的方向是 （只选填字母：A、竖直向上；B、竖直向下）。 （2）圆柱体A的质量。 （3）圆柱体A的密度。 【答案】（1）A；B； （2）圆柱体A的质量是0.6kg； （3）圆柱体A的密度是0.6×103kg/。 【解答】（1）第5s后，压力不变，说明受到的浮力不变，根据阿基米德原理知，浸入的体积不变，故是开始浸没，且没有触底；触底会使得压力变大，是第7s后的情形。此时细杆的压力加上重力与浮力平衡，故方向竖直向下； （2）由图可知圆柱体A的重力为6N，则圆柱体A的质量：m=G/g=6N/10N/kg=0.6kg； （3）由图乙可知3s时，细杆对A的拉力为0，此时A受到的浮力等于自身重力， 3s后细杆对A有向下的压力，5～7s细杆对A的压力不变为4N，说明此时A浸没，A受到的浮力： =G+=6N+4N=10N， 由阿基米德原理=可得：浸没时浮力10N=； 物体的重力为6N，根据G=mg=ρVg可得：6N=ρ物gV； 浸没时=V，解得=0.6ρ水=0.6×103kg/m3。
课 堂 小 结 阿基米德原理： 内容：浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，该原理同样适用于气体。 公式： 浮力的计算方法： 称重法： 平衡法：当物体漂浮或悬浮时， 公式法： 压力差法：
板 书 设 计
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