第五节探究影响浮力大小的因素[下学期]

第八章 压强与浮力
第五节 探究影响浮力大小的因素
一、航行目标（教学目标）
（一）知识与技能
1、能说出什么是浮力，确认浮力的方向是竖直向上的。
2、通过实验探究，知道浮力产生的原因是液体对物体产生的向上和向下的压力差。
3、通过实验探究，知道浮力的大小与哪些因素有关？
3、理解阿基米德原理，并能应用该原理解答有关问题。
（二）过程与方法
1、通过认识浮力的实验探究过程，引导学生学会用类比的方法认识浮力的方向和大小，培养学生的观察能力和分析概括能力。
2、通过实验探究浮力产生的原因，培养学生运用知识分析归纳的能力。
3、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、实验设计等科学探究能力，培养学生按步骤、有条理地进行实验操作的能力。
（三）情感、态度与价值观
1、通过观察、实验等探究活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。
2、通过实验探究过程中的合作与交流，培养学生的交流意识、合作精神与能力。
（设计意图：物理新教材致力于在多层面、全方位地构建一个开放的教学环境，全面体现新课程改革的理念和对初中学生科学素养的要求；强调了科学探究的教育作用以及过程和方法的学习，强调了课程在情感、态度与价值观等方面的教育功能。）
二、重难点
重点：理解阿基米德原理和利用弹簧测力计探究影响浮力大小的因素。
难点：浮力产生的原因。
“阿基米德原理的理解和应用”历来是中考的热点之一，学习过程中要使学生变被动接受为主动探究，联系生活实际，还要善于将所学知识适当延伸，如将阿基米德原理表达式延伸为：F浮=G排=ρ液gV排 。
浮力的知识与日常生活的联系十分密切，应用浮力知识解决实际问题时，注意处理各种不同的情况，如物体密切接触容器底部问题，“浸在”与“浸没在”的区别；还要针对物体所处的状态综合二力平衡等知识来解决问题。
浮力的大小跟什么因素有关？针对这一问题的提出，学生会提出各种不同的猜想，如：跟液体的密度、物体排开液体的体积有关，还有跟物体的重力、体积、形状、密度、在液体中的位置等因素有关，针对产生的每一种猜想，我们都要实施探究以验证或否定学生们的猜想，丰富对浮力的认识。让学生通过教材51页图8-28的实验进行探究，减小抽象性，增加学生的感性认识，从而降低难度。
（设计意图：明确重难点，在教学过程中做到有的放矢，突出重点，突破难点。“阿基米德原理的理解和应用”历来是中考的热点，“浮力产生的原因”要用二力平衡和液体内部压强等知识进行分析，有一定的难度。从学生的认知特点和培养学生能力的高度出发，将本节三个知识点都设计为由实验探究得出结论，构建理解式的师生关系，由传统的给变为主动获取，让学生自由猜想，培养学生发散思维和主动参与教学的意识。）
三、新课导入
学生在小学自然课和生活经验中已经熟悉浮起的物体受到浮力的作用。可以利用生活中见到的有关现象引入，如：节日里放飞的气球，乒乓球落入水中后会漂在水面上，海洋中行驶的轮船是钢铁制造的，却不会下沉等等。然后提出问题：气球若在月球上会怎样呢？浮力产生的原因究竟是什么？浮力的大小又与哪些因素有关呢？从而引入新课。
也可讲述：世界上有个不会淹死人的海，这就是著名的死海。死海里的水非常咸，任何生物都不可能在里面生存，而人却可以很舒服地躺在死海上面看书。这是为什么呢？原来，这是浮力在起作用。那么，什么是浮力呢？从本节课起，我们就来学习有关“浮力”的知识。
（设计意图：从现实的、有意义的生活现象引入，学生会感到亲切自然；用富有挑战性的新奇事例、故事或推理引入，学生会感到好奇，引发探究欲望，提高学习兴趣。）
四、问题引导
（一）、认识浮力
提出问题：什么是浮力？当将石块浸入水中时，将会看到什么现象？为什么？
利用教材51页图8-27所示，将一石块悬挂在弹簧测力计的下端，此时，弹簧测力计的示数等于石块所受到的重力。当我们用手向上托石块时，会看到弹簧测力计的示数变小，如图8-27乙所示。将石块浸没在水中时，如图8-27丙所示，问学生：你会看到什么现象？
引导学生思考：此时，是否也存在一个向上托的力？这个力的施力物体是谁？将石块浸入煤油或酒精等液体中时，又会怎样呢？通过实验使学生认识到浮力的存在及其方向。
向学生强调指出：
（1）、浮力的方向总是竖直向上的。
（2）、一切浸入（包括“部分浸入”和“完全浸入”）液体或气体中的物体，都受到液体或气体对它竖直向上的浮力。
（3）、称重法测浮力：
先用弹簧测力计在空气中测出物体的重力G，再用弹簧测力计测出物体在液体中的示数G/，弹簧测力计两次示数之差就是浸在液体中的物体所受的浮力大小，即F浮 = G - G/
（二）、浮力产生的原因
提出问题：浸在液体中的物体为什么会受到向上的浮力呢？
演示：把可乐瓶瓶底挖掉，倒转，将一乒乓球放入瓶中。向瓶中倒水，乒乓球并不浮起，根据学生经验，学生以为乒乓球会浮起，这时，教师引导学生思考：“为什么球不浮起来？怎样才能将乒乓球浮起来？”带着这个问题，让学生继续观察实验：将瓶放入水中或将可乐瓶口堵住，乒乓球浮起。引导学生思考“浮力是怎样产生的？”从而引入探究主题。
教师演示教材51页图8 - 28实验，注意玻璃圆筒两端的橡皮膜的绷紧程度一定要相同。最好将此实验安排为学生实验进行探究。在探究过程中，教师可提出一些问题，如“你会看到什么现象？这些现象说明了什么？”或“橡皮膜凹陷说明了什么”、“为什么左图凹陷程度相同？为什么右图上、下橡皮膜的凹陷程度不同”等等。引导学生思考；然后进一步引导学生运用液体内部压强知识，分析得出浮力产生的实质是物体受到其所在液体对其产生的向上和向下的压力差。
在通过实验探究知道浮力产生原因的基础上，可以进一步引导学生用“假想液块法”来分析浮力产生的原因。从而进一步学习和体会“假想模型”的研究方法。
（三）、浮力的大小
提出问题：浮力的大小与什么因素有关呢？
让学生分组讨论，提出各种猜想。接着，教师引导学生用控制变量的方法设计实验。通过做实验来验证自己的猜想。最后，教师引导学生在汇总各小组实验结果的基础上，总结得出各种猜想的正误。至此，学生已经得出“浮力的大小与浸入液体的体积和液体的密度有关”。
在此基础上，教师进一步引导学生用实验探究得出“浮力的大小与浸入液体的体积成正比，与液体的密度成正比”；然后，教师引导学生猜想出“浮力的大小与排开的液体的重力有关”。接着，教师引导学生设计实验方案，向学生介绍教材52页图8-29所示实验，讲解溢水杯的作用，并让学生思考：为什么水装得要刚好能从溢水口溢出？
学生分组做实验，教师引导学生思考，探究得出阿基米德原理。
（四）阿基米德原理
提出问题：阿基米德原理的内容是什么？如何正确地理解阿基米德原理？
向学生强调指出：
（1）原理中所说的“浸在液体中的物体”包含两种状态：一是物体的全部体积都浸入液体中，即物体浸没在液体中；二是物体的一部分体积浸入液体中，而另有一部分体积露出在液面以上。
（2）G排 指被物体排开的液体所受的重力，F浮 = G排 表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体所受到的重力。
（3）V排 表示被物体排开的液体的体积，当物体全部浸没在液体中时，V排 = V物；当物体只有一部分浸入液体中时，V排 < V物。
（4）由F浮 = ρ液 g V排 可以看出，浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、浸在液体中的深度（指物体完全浸入液体后）、在液体中是否运动、液体的多少等因素无关。
（5） 阿基米德原理也适用于气体。是一个普适公式。
（设计意图：教学过程中突出新课标的科学探究的新理念，从学生的认知特点和培养学生能力的高度出发，将本节三个知识点都设计为由实验探究得出结论，构建理解式的师生关系，由传统的给变为主动获取，让学生自由猜想，培养学生发散思维和主动参与教学的意识；通过学生亲身体验探究的过程，培养学生的观察能力、操作能力、设计实验能力、运用科学研究方法（控制变量法）等各种探究能力，进一步培养学生对物理的兴趣。）
五、航程回顾（课后小结）
(一) 知识梳理: 探究影响浮力大小的因素
1、浮力:浸在液体或气体中的物体受到向上托的力
2、方向:竖直向上
3.大小:
（1） 称重法测浮力: F浮 = G - G/
（2） 压力差法求浮力：F浮 = F向上 - F向下
（3） 阿基米德原理：F浮 = G排 = ρ液 g V排
（4） 悬浮或漂浮：F浮 = G物
（二）方法规律
阿基米德原理是解决浮力问题的基本规律:
（1） 当物体受到浮力时,浮力的大小只决定于液体的密度和物体排开液体的体积。
（2）对于公式F浮 = ρ液 g V排 ,ρ液为液体的密度,不能用物体的密度ρ物 ; 要特别注意V排 ,当物体全部浸入时, V排 = V物 ,受到的浮力最大,且与深度无关。当物体部分浸入时, V排< V物 , 此时, V排等于物体浸入液体中的体积。因此,浮力与物体本身的重力、体积和密度无直接的关系。
（3）本章最常用的公式除F浮 = ρ液 g V排外，还有G物=ρ物gV物，要注意两式的区别。
（三）、思维误区
由于对各种因素分析不全面，会产生对物体所受浮力的错误认识。
例：一艘轮船从大海驶入长江，则下列说法正确的是：（D）
A、船受到的浮力变小，船体下沉一些
B、船受到的浮力变大，船体上浮一些
C、船受到的浮力不变，船体上浮一些
D、船受到的浮力不变，船体下沉一些
（设计意图：教师引导学生自结，放飞学生的思维；再将学生的思维系统化，对所学知识进行归类整合，构建出知识网络；抽取规律，形成能力。）
六、航程检测（当堂检测）
1、以下说法中错误的是：（C）
A、在海滨游泳的人，受到海水对他的浮力
B、在空中飘着的气球，受到空气对它的浮力
C、将一石块投入水中，在其下沉过程中不受浮力
D、在水中升起的木块受到浮力
2、关于物体受到的浮力，下列说法中正确的是（C）
A、液体的密度越大，受到的浮力越大
B、没入液体中的物体在液体中的位置越深，受到的浮力越大
C、物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大
D、漂在液体表面的物体比沉在液体底部的物体受到的浮力大
3、将一铜块挂在弹簧测力计上，当铜块浸在水中时，弹簧测力计的示数表示铜块所受到的（ C ）
A、浮力大小 B、重力大小
C、重力与浮力之差 D、重力与浮力之和
4、两弹簧测力计分别悬挂一实心的铜块和铝块，并将铜块和铝块浸没在水中，两弹簧测力计的示数相同。现将铜块和铝块提出水面，静止时（ A ）
A、挂铝块的弹簧测力计的示数较大
B、挂铜块的弹簧测力计的示数较大
C、两弹簧测力计的示数相等
D、上述三种情况都有可能
5、在弹簧测力计下挂一实心物体，弹簧测力计的示数是G，如果把物体浸没在水中，物体静止时弹簧测力计的示数为G/5。则该物体的密度是（ D ）
A、1.0×103kg/m3 B、0.8×103kg/m3
C、1.5×103kg/m3 D、1.25×103kg/m3
6、一载重气球在空中受到1000N的浮力时匀速竖直上升，若在所载货物中再加入100N的货物时，气球就以同样的速度匀速竖直下降，假如气球在匀速竖直上升和匀速竖直下降时受到的浮力和阻力都不变，则下列判断正确的是：（ACD）
A、气球匀速上升时，受到的重力是950N
B、气球匀速上升时，受到的合力一定比气球匀速下降时受到的合力大
C、气球匀速上升和气球匀速下降时，受到的阻力大小均为50N
D、气球匀速上升时，运动状态未发生改变
7、看到“人能浮在死海中看书”的图片，爱动脑筋的小明同学突发奇想：假如有一天，地球对所有的物体的引力明显增大，还能在同样的环境中发生如此惬意的事情吗？经过认真思考，他作出了如下几种猜测，你认为正确的是（D）
A、人的质量将明显增大，人将沉入海里
B、人的质量将明显增大，人仍能浮在海水中看书
C、人受到的重力将明显增大，人将沉入海里
D、人受到的重力将明显增大，人仍能浮在海水中看书
8、小明自制了一个泡沫救生圈，其质量为8kg，体积为0.06m3，试求：
（1）救生圈漂浮在水面上时，它所受的浮力多大？（80N）
（2）当小明躺到救生圈上时，救生圈刚好完全浸没在水中，则小明的重力是多少？（g取10N/kg） （520N）
9 、在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中，小明同学猜想：浮力的大小可能与液体密度的大小、物体浸入液体中体积的大小、物体重力的大小有关。
请你设计一个方案，探究“浮力的大小与物体的重力大小是否有关”。
实验提供如下器材：实验桌、弹簧测力计、量筒、烧杯各一个；水、盐水适量；细线；一大块橡皮泥；体积相同的铜块和铁块各一块；体积不同的铁块各一块。
（1）、从给定的器材中选出你需要的器材：-----------------------
（2）、简要地写出实验步骤：--------------------------------------
（3）、根据可能出现的实验现象，得出相应的探究结论：-----------
（设计意图：根据教学目标，设计有梯度的训练题组，循序渐进，以巩固所学知识，培养能力，检测学生掌握知识的程度，以便即时反馈矫正，达成目标。）
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