8.5 学生实验：探究——影像浮力大小的因素 导学设计

五、 学生实验：探究——影响浮力大小的因素
教材解读
浮力知识对人们的日常生活、生产技术和科学研究有着广泛的现实意义。本节内容是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基础上，综合地应用液体的压强、压力、二力平衡和二力合成等知识来展开的。本课时是本章的重点和关键，对阿基米德原理的探究为学习浮力的利用奠定了基础
教学目标
知识与技能
　1.通过实验探究认识浮力，知道浸在液体中的物体受到液体对它向上托的力叫浮力，知道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，掌握阿基米德原理
过程与方法
　1.通过经历实验探究认识浮力的过程，引导学生学习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，培养学生的观察能力和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、设计实验等科学探究能力，培养学生有步骤地进行实验的条理性
情感、态度与价值观
　1.通过经历实验探究浮力的大小与哪些因素有关的过程，培养学生尊重科学、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、团结协作精神
重点难点
　重点：探究浮力的大小与哪些因素有关。建议让学生自己动手进行实验探究，经历知识建构过程，便于对知识的理解。由于时间的关系只能让学生分别来探究其中的一个因素与浮力的关系。由于浮力的大小跟液体的密度和排开液体的体积有关，得出阿基米德原理还要经历一个思索、推导的过程，所以教师需做好引导，这样才符合认知过程。
　难点：阿基米德原理的建立。建议教师利用演示实验完成“影响浮力大小的因素”的探究过程，进而引出阿基米德原理
合
作
探
究
　[探究课题] 浮力的大小等于什么。
　[实验分析] 教材中选用的演示实验具有操作简便、现象明显的优点，但也有某些不足：本实验是一个探索性实验，但由于教师的演示实验可见度较小，即使让一些学生上讲台参与，仍不利于满足大多数学生的求知心理和发挥学生的主体作用和方法教育的实施。
　[实验改进]
　①把演示实验改为并进式学生实验。
　②用塑料袋(自重远小于弹簧测力计的感量)代替小桶，简化实验过程以减小实验误差，强化F浮与G排液的大小比较。
　③通过多次实验，以获得不同条件下F浮与G排液的数值，为运用比较和归纳法得出一般规律提供必要的素材
【导入一】 (“死海之谜”传说引入新课)
传说，古罗马军队统帅狄杜某次出师大捷，捉到不少俘虏，他命令把战俘全部投入死海，出乎意料的是，战俘们不但没有下沉，反而一个个都平安地漂浮在海面上，全部被波涛送回岸边。这是什么原因呢？让我们带着问题一起走进今天的物理课堂：五、学生实验：探究——影响浮力大小的因素。
【导入二】 (观察实验，提出问题，引入新课)
[演示]将一个黄色的乒乓球完全浸没水中，松手后，乒乓球会缓慢上浮，请大家先对乒乓球进行受力分析。
[生]乒乓球受到两个力的作用，一个是由于地球的吸引而受到的重力，另外一个力则是由水产生的向上的托力。
[师]我们把浸在液体中的物体受到液体对它向上托的力称为浮力。今天我们就一起来学习浮力。引入新课。
【导入三】 (联系生活实际引入新课)
[师]同学们，我们在洗澡或游泳的时候都会有一种轻飘飘的感觉，这是为什么呢？
[生]受到了浮力的作用。
[师]那么，关于浮力，大家都想知道些什么呢？引入新课。
学点1　浮力
观察：如图8－5－1所示。
图8－5－1
思考：
问题1：将一石块悬挂在弹簧测力计下端，此时弹簧测力计的示数等于石块所受的__重力__。将石块浸没在水中时，会看到弹簧测力计的示数__变小__，当我们用手向上托石块时，会看到弹簧测力计的示数也__变小__。这个现象表明浸没在水中的石块受到水__向上__托的力。
问题2：浸在液体中的物体受到液体对它向上托的力，叫__浮力__。它的施力物体是__液体__。
观察：如图8－5－2所示。
图8－5－2
思考：
问题：游泳运动员能浮在水面上游泳，是因为浸在水中的运动员受__浮力__的作用。
学点2　浮力产生的原因
观察：如图8－5－3所示。
图8－5－3
思考：
问题：将玻璃圆筒沿水平方向放置时，水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F左__＝__F右，其合力F水平＝__0__；当玻璃圆筒沿竖直方向放置时，水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F向上__＞__F向下，其合力F竖直＝__F向上—F向下__，方向__竖直向上__。
观察：如图8－5－4所示。
图8－5－4
思考：
问题1：把一个正方体物体放入液体中，正方体前、后、左、右四个侧面浸入液体中的深度相同，根据液体压强的计算公式p＝__ρgh__可知，四个侧面所承受的压强相等，由于四个侧面的受力面积相同，根据F＝__pS__可知四个侧面所受压力相等，其水平方向压力的合力F水平＝__0__。但竖直方向上由于下表面浸入液体的深度大于上表面浸入液体的深度，所以下表面受到的向上的压强大于上表面受到的向下的压强，而上、下表面的受力面积相同，所以下表面受到的向上的压力大于上表面受到的向下的压力，这个压力之差就是__浮力__。
问题2：浮力的方向：__竖直向上__。
学点3　浮力的大小
阅读教材P76～P78，探究浮力的大小与什么因素有关。
图8－5－5
[问题与猜想]
问题：浮力的大小与哪些因素有关？
猜想：可能与排开液体的重力有关。
依据：如图8－5－5所示，在盆中放一个装满水的塑料桶，用手把空的矿泉水瓶按入水中。随着按入深度的增加，矿泉水瓶排开的水也增加。
[制订计划]
实验器材：体积相同的铁块和铝块、体积较大的一个铁块、弹簧测力计、溢水杯、一杯水、量筒、小烧杯、一杯盐水、细线。
[实验过程]
1．如图8－5－6所示，用弹簧测力计分别测量出铁块在水中所受的__浮力__和铁块排开水的__重力__，比较它们的大小关系。换用铝块、大铁块重复上述实验。
图8－5－6
2．把水换成盐水重复实验
[收集证据]
实验数据记录表：
研究
对象
物体的
重力/N
浸入液体中
后弹簧测力
计的示数/N
浮力/N
空桶的
重力/N
桶和液
体的总
重/N
溢出液体的
重力/N
铁块
铝块
大铁块
[分析与结论] 物体所受的浮力__等于__物体排开的液体所受的重力。
问题：__浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力__。这个规律叫作阿基米德原理。表达式：F浮＝__G排__。
观察：如图8－5－7所示。
图8－5－7
思考：
问题：物体在气体中也受到浮力的作用。节日里放飞的气球，是受到空气对它的浮力而飞上天的。阿基米德原理不但适用于液体，同样也适用于__气体__。