9.2 阿基米德原理 导学设计

第九章　浮　力
第二节　阿基米德原理
教
材
解
读
本节主要内容有：探究浮力的大小跟什么因素有关，阿基米德原理，学习用阿基米德原理计算物体所受浮力的大小。阿基米德原理是流体静力学中的一条基本定律，是解决浮力问题的重要依据之一。从知识体系上来看，本节内容是在定性探究“浮力大小跟哪些因素有关”的基础上，进一步定量探究浮力的大小，是上一节知识的延续和深化，并为下一节进一步学习物体的浮沉条件奠定基础。本节为科学探究类型课，学生需通过独立操作去认识现象、发现规律，这对激发学生学习兴趣，培养观察实验能力、科学思维能力，形成科学研究的习惯都十分有益。本节安排的探究实验是层层展现、步步深入的。学生在一定的感知基础上，由猜想和假设开始，进而逐步、自然地完成实验探究。本节课需要探究的问题是浮力的大小与哪些因素有关。同样由日常经验引发思考，再提出猜想与假设。教师在这里要注意引导学生的发散型思维，学生除了提出浮力的大小和液体的密度及排开液体的体积有关以外，还可能提出浮力的大小和物体的重力、体积等有关，教师应予以鼓励。
教
学
目
标
　
知识与技能
1.通过实验探究认识浮力的影响因素。2.通过实验探究阿基米德原理。
3.会用阿基米德原理进行简单的分析和计算。
过程与方法
1.让学生经历“探究浮力的大小”的整个过程。2.通过分析实验数据、归纳物理规律，培养学生的科学探究能力。
情感、态度
与价值观
　通过阿基米德原理的探究活动，体会科学探究的乐趣；通过运用阿基米德原理解决实际问题，意识到物理与生活的密切联系。
重
点
难
点
重点
阿基米德原理及其探究过程是本节教学的重点。
难点
学习阿基米德原理时，由于学生的认知水平所限，常有一些容易混淆的概念，例如“浸在”和“浸没”的区别，“排开液体的体积”和“物体体积”的关系等，因此，正确理解阿基米德原理的内容，是本节课教学的难点。
教
学
建
议
　在进行探究实验时，一定要先使学生弄清实验目的和实验方法，然后再动手实验。如教材P172图9－7所示的实验，教师应引导学生从力和运动状态变化关系来认识，鸡蛋由静止到运动是浮力增大，而浮力增大又是由于加盐导致液体密度增大的结果。如教材P173图9－8、图9－9所示为观察物体浸在液体中的体积变化时，浮力是否发生变化的实验，教师要向学生讲明什么是物体浸入部分的体积、排开液体的体积。
学点1　浮力的大小与哪些因素有关
问题1：联系生活实际，思考并回答下列问题。
(1)把矿泉水瓶慢慢压入水中，手有什么感觉？同时观察水面的变化？
[答案] 手有被向上压的感觉，水面上升。
(2)根据上述实验猜想浮力的大小可能跟什么因素有关？
[答案] 浮力的大小可能跟排开水的体积有关。
(3)结合日常生活经验，猜想浮力的大小还可能跟什么因素有关？
[答案] 浮力的大小还可能跟液体的密度有关。
问题2：如图9－2－1所示，把鸡蛋放入清水中，看到鸡蛋沉入水底，然后逐渐向清水中加盐，改变液体的密度，鸡蛋渐渐上浮，该实验说明了什么？
图9－2－1
[答案] 说明了浮力大小还跟液体的密度有关。
问题3：实验探究：浮力的大小跟哪些因素有关？
(1)如图9－2－2所示，在弹簧测力计下端挂一个圆柱体，依次把它缓缓地浸入水中不同位置，观察弹簧测力计示数的变化情况，比较它受到的浮力大小。
(2)把圆柱体全部浸没在浓盐水中，观察弹簧测力计示数的变化情况。
图9－2－2
通过实验完成下列内容：
(1)圆柱体从位置1→2→3的过程中，弹簧测力计的示数__变小__，说明圆柱体受到的浮力__变大__(均选填“变大”“变小”或“不变”)；这说明浮力的大小跟__排开液体的体积__有关。
(2)从位置3→4的过程中，弹簧测力计的示数__不变__，这说明圆柱体受到的浮力__不变__(均选填“变大”“变小”或“不变”)。这说明浮力的大小跟__深度__无关。
(3)圆柱体从全部浸入水中到全部浸入浓盐水中，弹簧测力计的示数__变小__，这说明圆柱体受到的浮力__变大__(选填“变大”“变小”或“不变”)；这说明浮力的大小还跟液体的__密度__有关。
总结：物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的__密度__有关，还与物体排开液体的__体积__有关，而与浸没在液体中的__深度__无关。
学点2　阿基米德原理
猜想与假设：根据前面的实验可知：物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的密度有关，还与物体排开液体的体积有关，由此，你认为浮力的大小与物体排开液体的重力有什么关系呢？
制订计划与设计实验：讨论思考：①浮力大小如何测量？
②为什么要收集溢出的水？怎样使收集的水恰为排开的水？
③用什么样的容器接水？如何测排开的水重？
④怎样安排实验顺序最为合理，为什么？
图9－2－3
[答案] ①浮力的大小可用“称重法”测量，即用物体在空气中的重减去在水中弹簧测力计示数为浮力的大小。
②收集的水为排开的水。把溢水杯调整至刚好能溢出水来的状态，那么收集到的水恰为排开的水。　　③先测小烧杯的重，再测小烧杯和排开水的重，二者之差即为排开的水重。
④按照如图所示的顺序即可，有助于减小误差。
进行实验与收集证据：按照上图的实验步骤进行实验，并将实验所收集到的数据记录在下表中。
研究
对象
石块重
G石/N
空杯重
G杯/N
石块浸入水
中时弹簧
测力计的
示数F′/N
杯、水总重
G总/N
浮力的大
小F浮/N
排开水所
受的重力
G排/N
分析与论证：比较测得的浮力与排开的水的重力，你发现了什么？
[答案] 物体受到的浮力等于排开的水所受的重力。
得出结论：①浸入液体中的物体所受的浮力的大小__等于__物体排开的液体所受重力的大小。这就是著名的阿基米德原理。
②浮力用F浮表示，物体排开的液体的重力用G排表示，则阿基米德原理可用公式表示为：__F浮＝G排__。如果液体的密度为ρ液，物体排开液体的体积为V排，则根据阿基米德原理可进一步写出浮力的表达式为：F浮＝__ρ液gV排__。