10.2阿基米德原理（教学设计）初中物理人教版（2024）八下

人教版八年级物理（下册）第十章 浮力
第1节 浮力（教学设计）
课题 10.2 浮力
教材分析 本节内容由“阿基米德的灵感”和“浮力的大小”两部分内容组成。本节内容是学生学习了压强的相关内容后引入的全新的内容，涉及的情况和计算较多，难度较大。本文在上一节探究影响浮力大小的因素的基础上进一步深入，主要探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系，实验得出阿基米德原理，本节内容还是学习第三节物体的浮沉条件及应用的基础。
教学目标 物理观念：知道阿基米德原理，会用阿基米德原理公式简单计算。 物理思维：能应用公式和计算简单的浮力问题。 科学探究：经历探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系的实验过程。 科学态度与责任：经历知识的发现过程，学会从简单的物理现象中归纳出物理规律，培养学生观察、分析、归纳等学习方法和科学的思维观。
教学重难点 教学重点：阿基米德原理 教学难点：探究浮力的大小与被物体排开的液体的重力大小之间的关系，得出阿基米德原理
教学方法 实验法、讨论法、讲授法
教学准备 弹簧测力计、条形石块、溢水杯、小塑料袋、细线、水、圆形水槽、桶、盆等、多媒体课件
教学过程
教师活动 学生活动 设计意图
创设情境，导入新课 阿基米德鉴别王冠的故事——两千多年以前，希腊学者阿基米德为了鉴定金王冠是否是纯金的，要测量王冠的体积，冥思苦想了很久都没有结果。 阿基米德是怎么解决这个难题的呢？通过我们今天的学习，大家就能明白了，进入我们的新课——10.3阿基米德原理 合作探究，推进新课 学习任务一：阿基米德的灵感 【过渡】一天，他跨进盛满水的浴缸洗澡时，看见浴缸里的水向外溢，他忽然想到：物体浸在液体中的体积，不就是物体排开液体的体积吗？ 【讲解】阿基米德的故事，给了我们很大的启示。我们知道，物体浸在液体中的体积越大，液体的密度越大，它受到的浮力越大。 现在我们用“物体排开液体的体积”取代“浸在液体中的体积”来陈述这个结论，就是：物体排开液体的体积越大，液体的密度越大，它受到的浮力越大。 【想一想】上一节课中，我们在体验浮力的时候有这么个小实验， 把装满水的烧杯放在盘子里，再把空的饮料罐按入水中，在手感受到浮力的同时，会看到排开的水溢至盘中。 【小组分享】我们发现，当我们将空饮料罐越往下压的时候，饮料罐所受的浮力越大，此时排开水的体积越多。这说明，物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大。 【提出问题】浮力到底与排开的液体有什么关系？可以怎样表述浮力的大小？ 请阅读教材，小组合作，写出推理过程。 【提出猜想】浮力的大小跟排开液体的重力有关。 学习任务二：探究：浮力的大小 【过渡】物体所受的浮力大小与它排开液体所受的重力有什么定量关系呢？下面我们通过实验来进行研究。 【设计方案】分组讨论并解决以下问题，初步设计出实验步骤。 需要解决的两个问题： ①如何测量物体受到的浮力？ ②如何收集被物体排开的液体，并且测量它的重力？ ③需要哪些实验器材？ 展示正确的实验步骤和记录表格，学生进行分组实验。 【进行实验】学生进行分组实验，记录数据，教师巡视指导 【分析论证】 ①计算浮力和排开液体的重力，填入表格中 次数物体的重力/N浸在液体中的拉力/N浮力/N小桶和排开液体的总重力/N小桶重力/N排开液体的重力/N123
②分析数据，得出结论： 浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开液体所受的重力。 【交流评估】 1、在探究过程中如果溢水杯中的水没有加满，会造成什么影响？ 溢出的水偏少，导致测得的排开水的重力偏小 2、在测量排开液体的重力时，能否倒出水再测出空桶的重力？为什么？ 不能，因为会导致测得的排开水的重力偏小 【及时反馈1】 1、小强利用弹簧测力计、铁块、溢水杯等器材按照如图所示，探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。 （1）以上探究步骤中，最合理的操作顺序是 　DBCA（或BDCA）　（填字母代号）； （2）铁块浸没于水后受到的浮力F浮为 　1.4　N。测出铁块排开水所受的重力G排，可发现：F浮　＝　G排（选填“＞”“＝”或“＜”），由此得出阿基米德原理； （3）按最合理的实验步骤进行操作，下列因素会影响实验结果的是 　A　。 A.溢水杯内未盛满水 B.小桶内原来有少量水 C.铁块未浸没在水中 【解答】解：（1）为了使小桶在接水之后可直接计算水的重力，应先测量空桶的重力，然后再测出铁块的重力（或先测铁块的重力再测桶的重力）；将铁块浸入水中观察测力计的示数。最后测排出的水和小桶的总重，求排出的水的重力。因此，合理的顺序应为：D、B、C、A（或B、D、C、A）； （2）由题图可知，步骤B测出了铁块的重力G＝3.8N，步骤C测出了铁块浸没在水中时测力计的拉力F拉＝2.4N，则物块浸在入液体时受到的浮力为F浮＝G﹣F拉＝3.8N﹣2.4N＝1.4N； 步骤D测出空桶的重力G桶＝1.2N，步骤A测出了桶和铁块排开水的总重力G总＝2.6N，则铁块排开水的重力G排＝G总﹣G桶＝2.6N﹣1.2N＝1.4N，由此可知，F浮＝G排，即物体浸在液体中受到的浮力等于物体排开液体的重力； （3）A、若溢杯内未盛满水，则石块排开的水不能全部排出，则测得排开水的重力会偏小，会影响探究结果； B、小桶内有少量水，铁块排开水后，A、D两步骤的示数之差仍等于排开水的重力，不影响探究结果； C、铁块未浸没水中，此时物体受到的浮力变小，排开水的重力也变小，不影响探究结果。故选A。 故答案为：（1）DBCA（或BDCA）；（2）1.4；＝；（3）A。 学习任务三：阿基米德原理 【过渡】刚刚实验的结论，早在两千多年前就已经被发现了，称为阿基米德原理。 阿基米德原理 1、内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开液体所受的重力。 2、符号表达式：F浮＝G排 3、适用范围：液体和气体 【讲解】关于阿基米德原理的理解 1、区分：浸没、浸入、浸在、没入； 浸没时：V排 = V物 2、进一步推导阿基米德原理：F浮＝G排＝m排g＝ρ液V排g 浮力的大小只与ρ液，V排有关，与物体的形状、密度、浸没在液体中的深度及物体在液体中是否运动等因素无关。 【例题1】铁块的体积是100 cm3，全部浸入水中时，排开水的体积是 cm3，排开的水重是 N，受到的浮力是 N。 答案为：100 1 1 【例题2】 一个体积为300 cm3 的物体浮在水面上，它的2/3体积露出水面，它受的浮力是多少？（g取10 N/kg） 解：排开水的体积： 铁球受到的浮力： 答：铁球受到的浮力为1N。 【及时反馈2】 2、4月12日上午，中央军委在南海海域隆重举行海上阅兵，48艘战舰铁流澎湃，76架战机振翅欲飞，10000余名官兵雄姿英发……中国首艘航母辽宁号（如图所示）参加了阅兵，辽宁号航母标准排水量55000t，满载时排水量67500t，吃水深度10.5m，最大航速32节。求：（g取10N/kg，海水密度取1.0×103kg/m3） （1）航母水下10m深处所受水的压强； （2）航母满载时所受水的浮力及排开水的体积。 【解答】解：（1）航母水下10m深处受到的水的压强：p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×10m＝1×105Pa； （2）航母满载时所受水的浮力：F浮＝G排＝m排g＝67500×103kg×10N/kg＝6.75×108N； 根据阿基米德原理可知航母满载时排开水的体积 V排＝＝＝6.75×104m3。 答：（1）航母水下10m深处所受水的压强为1×105Pa； （2）航母满载时所受水的浮力为6.75×108N，航母满载时排开水的体积为6.75×104m3。 回忆课堂，进行小结 结合板书，进行本节课小结，最后进行课堂检测 学生读故事，并思考。 聆听，思考，知道 “物体排开液体的体积”=“浸在液体中的体积” 回想之前的实验操作，或者有条件的再进行一次操作 进行推理，得出猜想 思考、讨论、设计方案（不会的同学可参考课本“实验”部分内容） 进行分组实验，观察现象，记录数据，归纳出结论。 交流、讨论、发表观点 练习并解析 推导公式 学生听讲 练习并解析 总结归纳本节课所学的知识 激发兴趣，引入课题 让学生顺利过渡到用“物体排开液体的体积”取代“浸在液体中的体积”来陈述这个结论。 进一步体验，物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大。可视化的学习，让学生更有印象，形象化理解知识。 通过分步讨论，加深学生对知识的理解，培养学生的归纳总结能力。 培养学生实验探究能力及分析数据，归纳得出结论的能力 反思实验，回归原理，锻炼思维 及时反馈，学以致用 知道公式的来龙去脉，记住公式。 学以致用
课堂检测 1．浸在液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开液体的（　　） A．质量 B．体积 C．密度 D．重力 【解答】解：根据阿基米德原理可知，浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开液体受到的重力。 故选：D。 2．将重为5牛的物体放入盛满水的容器中，容器溢出3牛重的水，物体受到的浮力（　　） A．可能等于2牛 B．可能等于4牛 C．一定等于3牛 D．一定等于5牛 【解答】解：容器盛满水，所以物体排开的水与溢出的水相同，其重力为3N，根据阿基米德原理，浮力就等于它排开的水的重力，因此，物体所受到浮力一定等于3N。 故选：C。 3．金属块重20N，体积为4×10﹣4m3，将它浸没在盛满水的水杯中，从杯中溢出的水重为G，此时金属块受到的浮力为F，比较F与G的大小可知（　　） A．G＞F B．G＜F C．G＝F D．无法判断 【解答】解：由阿基米德原理可知，金属块受到的浮力F等于其排开水的重力即溢出水的重力G，则F＝G＝20N。 故选：C。 4．重6N的物体浸没在装满水的杯中，溢出水的重力为5.5N，该物体受到的浮力是（　　） A．6N B．11.5N C．0.5N D．5.5N 【解答】解：物体浸没在装满水的杯中时溢出水的重力，即物体排开的水重： G排＝5.5N，根据阿基米德原理可知：物体受到的浮力：F浮＝G排＝5.5N； 所以，ABC错误，D正确。 故选：D。 5．把质量是0.5kg的某物体放入盛水的容器中，若溢出的水重3N，则该物体受到的浮力（　　） A．一定是3N B．一定是5N C．可能是4N D．可能是2N 【解答】解：容器装满水时，物体所受浮力：F浮＝G排＝G溢＝3N。 但题目中没有给出装满水这个条件，所以，假如没有装满水，则物体所受浮力一定大于3N，但不是3N，可能是4N，也可能是5N，但不一定是5N，综上分析，选项ABD错误，C正确。 故选：C。 6．在“探究影响浮力大小的因素”实验中，小明根据生活经验，提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想： A.与物体浸入液体中的深度有关； B.与物体排开液体的体积有关； C.与液体的密度有关。 （1）请你写出能够支持猜想C的一个生活现象：　鸡蛋在盐水中漂浮（悬浮），在清水中沉底　。 （2）进行探究时，实验步骤和弹簧测力计的示数如图1所示。其中序号b中物体P所受浮力大小为 　1.4　N。 （3）在图1中：分析a、c、d三次实验，可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度 　无关　（选填“有关”或“无关”）；分析 　a、b、c　三次实验，可知浮力大小与物体排开液体的体积有关；分析a、d、e三次实验，可知在物体排开液体的体积一定时，液体密度越大，物体受到的浮力 　越大　（选填“越大”或“越小”）。 （4）小明接着又探究了“浸在液体中的物体所受浮力跟它排开液体所受重力的关系”，过程如图2所示，其中弹簧测力计的示数依次是F1、F2、F3、F4。 ①探究操作的最合理顺序是 　bacd　（只填字母），若图中F1、F2、F3、F4四个力之间的关系式 　F1﹣F3＝F4﹣F2　成立，就可得出结论F浮＝G排。 ②图2中会影响该探究结论能否正确得出的是 　A　（只填字母）。 A.c中水面未到达溢水杯的溢水口 B.c中物体没有全部浸入在水中 【解答】解：（1）鸡蛋在盐水中漂浮（悬浮），在清水中沉底，由此说明浮力大小可能与液体的密度有关； （2）由图1中a图可知物体的重力为4.8N，b图中物体浸入水中时弹簧测力计的示数为3.4N，则b图中物体所受浮力大小为F浮＝G﹣F＝4.8N﹣3.4N＝1.4N； （3）c、d实验中，液体的密度相同，物体排开液体的体积相同，物体浸没在液体中的深度不同，结合a实验，根据控制变量法可知，浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关；b、c实验中，液体的密度相同，物体排开液体的体积不同，结合a实验，根据控制变量法可知，浮力大小与物体排开液体的体积有关；d、e实验中，物体排开液体的体积相同，液体的密度不同，结合a实验，根据控制变量法可知，在物体排开液体的体积一定时，液体密度越大，物体受到的浮力越大； （4）①合理的实验顺序是： b、测出空桶所受的重力； a、测出物体所受的重力； c、把物体浸没在装满水溢水杯中，测出物体所受的浮力，收集物体排开的水； d、测出桶和排开的水所受的重力； 故合理的顺序为b、a、c、d；若四个力之间的关系式F1﹣F3＝F4﹣F2成立，就可得出结论F浮＝G排； ②要想测出物体排开的水的重力，溢水杯内水的液面必须到达溢水杯杯口，若达不到，则测得的排开的液体的重力会变小，与物体有没有全部浸入在水中无关，故选A。 故答案为：（1）鸡蛋在盐水中漂浮（悬浮），在清水中沉底；（2）1.4；（3）无关；a、b、c；越大；（4）①bacd；F1﹣F3＝F4﹣F2；②A。
板书设计 10.2 阿基米德原理 一、探究：浮力的大小 1、设计实验： 2、实验结论：浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开液体所受的重力。 二、阿基米德原理 1、内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开液体所受的重力。 2、符号表达式：F浮＝G排 3、适用范围：液体和气体 4、关于阿基米德原理的理解 （1）区分：浸没、浸入、浸在、没入； 浸没时：V排 = V物 （2）进一步推导阿基米德原理：F浮＝G排＝m排g＝ρ液V排g 浮力的大小只与ρ液，V排有关，与物体的形状、密度、浸没在液体中的深度及物体在液体中是否运动等因素无关。
教学反思 本节课采用探究教学方法，使学生明白阿基米德原理这一知识的生成过程，从而更深刻地理解这一原理的内涵，同时有利于学生对科学本质的认识。同时也要注意在教学的各个环节中，有意识地引导学生主动地思考并给学生讨论、交流的机会。