10.1 認(rèn)識浮力
1．教學(xué)目標(biāo)
◆知識與技能
⑴知道什么是浮力及浮力產(chǎn)生的原因，知道浮力的大小跟哪些因素有關(guān)。
⑵學(xué)習(xí)用彈簧測力計(jì)測浮力的大小。
◆過程與方法
⑶通過實(shí)驗(yàn)與探究，感受浮力、認(rèn)識浮力。
⑷經(jīng)歷探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)的過程，學(xué)習(xí)使用控制變量法。
◆情感態(tài)度與價值觀
⑸親身參與科學(xué)探究的過程，在活動中大膽提出自己的猜想，能實(shí)事求是地記錄數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出自己的見解，有與他人合作交流的愿望。
2．教材說明
本節(jié)探討浮力的初步知識，主要包括什么是浮力，怎樣用彈簧測力計(jì)測浮力，了解浮力產(chǎn)生的原因，探究浮力的大小跟什么因素有關(guān)。
浮力現(xiàn)象對學(xué)生來說并不陌生，但是學(xué)生根據(jù)生活現(xiàn)象得到的一些結(jié)論有些是片面的，本節(jié)讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識浮力，對于糾正學(xué)生的一些錯誤認(rèn)識至關(guān)重要，同時用“稱重法”認(rèn)識浮力并定性探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)，為后面順利探究阿基米德原理提供了知識和方法上的準(zhǔn)備。另外了解了浮力的方向及產(chǎn)生的原因，也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)升力打下基礎(chǔ)。
本節(jié)的編寫思路是：首先通過一些生活中的現(xiàn)象，引起學(xué)生對浮力問題的關(guān)注，引發(fā)對“什么是浮力？浮力是怎樣產(chǎn)生的”等問題的思考；
接著教材設(shè)計(jì)了 “活動1”，通過一個簡單的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生既能親身感受到浮力的存在，從而得出浮力的概念，又能得出用彈簧測力計(jì)測量浮力的方法。
然后設(shè)計(jì)了 “活動2”，引導(dǎo)學(xué)生利用液體壓強(qiáng)的知識分析浮力的產(chǎn)生原因，使學(xué)生真正認(rèn)識浮力的實(shí)質(zhì)。
最后定性研究浮力的大小與哪些因素有關(guān)，先讓學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行猜想，然后利用“稱重法”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，本節(jié)安排這個實(shí)驗(yàn)探究，不僅能使學(xué)生加深對浮力的認(rèn)識，同時鞏固了初中物理中最常用的測量浮力的方法――“稱重法”；
而且為下一節(jié)探究阿基米德原理打下基礎(chǔ)，減輕了下節(jié)“探究阿基米德原理”的教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)難點(diǎn)分散。本節(jié)教材內(nèi)容的編排循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，步步深入，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。
本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：浮力概念貫穿全章，用彈簧測力計(jì)測浮力是本章各個探究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，所以浮力概念的建立和稱重法測浮力是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)。
本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：研究浮力的產(chǎn)生原因，需要借助抽象的物理模型——液柱，還要綜合應(yīng)用壓力、液體壓強(qiáng)等知識，因而對學(xué)生抽象思維能力和邏輯推理能力的要求都比較高；探究浮力的大小跟那些因素有關(guān)，涉及的因素較多，從猜想到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，開放性都比較強(qiáng)，因此這兩個知識點(diǎn)是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)。
3．教學(xué)建議
如前所述，學(xué)生對浮力現(xiàn)象雖然比較熟悉，但原有的生活經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的一些錯誤認(rèn)識會不時干擾正常的學(xué)習(xí)，所以在教學(xué)中既要注意利用學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和知識，又要注意通過實(shí)驗(yàn)糾正那些非科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)。
關(guān)于課題的引入，教科書通過圖10-1及相關(guān)文字說明，從生活現(xiàn)象出發(fā)，建立浮力的概念，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，也體現(xiàn)了新課標(biāo)的理念：從生活走向物理。
在具體教學(xué)中，還可以采用以下幾種引入方法：
（1）播放錄像：如鴨子、輪船漂在水面上；潛水艇在水中自由地上升和下潛；熱氣球載著重物飛上高空等。利用多媒體良好的視聽效果使學(xué)生對浮力形成直覺認(rèn)識，然后設(shè)問：這里面蘊(yùn)含著哪些科學(xué)知識呢？讓學(xué)生在領(lǐng)略大自然的美妙與和諧之中進(jìn)入浮力的學(xué)習(xí)。
（2）演示一組有趣的實(shí)驗(yàn)，并請學(xué)生觀察思考：
①黃色乒乓球浸沒在水中，放手后逐漸上?。ㄆ古仪騼?nèi)可注入適量的水，這樣上浮緩慢，便于觀察）。
②將鐵皮浸沒在水中，鐵皮沉入水底；若將鐵皮折成小船，它卻能浮在水面上。
③把雞蛋放在盛有清水的玻璃杯中，雞蛋下沉；將雞蛋取出，放入另一杯“水”（實(shí)際是鹽水）中，雞蛋卻懸?。ɑ蚱。?。
④用塑料袋（盡量找大一些、薄一些的）、細(xì)鐵絲、浸有酒精的棉球，制作一個“熱氣球”，點(diǎn)燃后徐徐上升。
這樣引入新課，不僅能創(chuàng)設(shè)一個良好的物理情景，而且能喚起學(xué)生的求知欲望，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
（3）做游戲：出示一個很深的量筒，把一個乒乓球放進(jìn)去，要求不能把量筒倒過來，問：誰有辦法把乒乓球取出？請一個學(xué)生演示：量筒加水后乒乓球上浮。再共同回憶“灌水取球”的故事，思考：產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是什么？把學(xué)生引到與浮力有關(guān)的問題上。
（4）邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)：讓學(xué)生將木塊投入燒杯的水中，將木塊逐漸壓入水底，然后放手。一是體會手的感覺；二是觀察木塊最終的情況。嘗試回答：這些都說明了什么？
當(dāng)學(xué)生對浮力有了一個粗略的認(rèn)識后，可讓同學(xué)們舉例：生活中有還有哪些物體會受到浮力？將學(xué)生的思維進(jìn)一步的發(fā)散，感受到物理就在我們的身邊。
在上述教學(xué)過程中，學(xué)生可能出現(xiàn)的問題是，對物體的漂浮或上浮，同學(xué)們根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)都知道是浮力的作用；但對下沉的物體是否受到浮力，學(xué)生往往意見不一，由此可過渡到下一個教學(xué)環(huán)節(jié)。
【什么是浮力】
如果學(xué)生在上一教學(xué)環(huán)節(jié)中沒有提出“下沉的物體是否受到浮力”這一問題，可這樣引入本部分教學(xué)：向?qū)W生展示金屬塊在水中下沉的情景，提出問題：浮在液面的物體受到浮力的作用，那么，石塊、金屬塊等在水中下沉的物體受不受水的浮力呢？這樣針對學(xué)生的思維障礙提出問題，造成懸念，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲和好奇心，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。
“活動1”的目的有兩個：一是通過實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生在觸覺和視覺上感知到下沉的物體也受到浮力作用，從而糾正有關(guān)浮力的一些片面認(rèn)識；二是得出用彈簧測力計(jì)測量浮力的方法。
“稱重法”測浮力在探究浮力的大小跟什么因素有關(guān)和阿基米德原理時都要用到，因此，做好該實(shí)驗(yàn)是上好本節(jié)課，也是學(xué)好本章的關(guān)鍵，應(yīng)組織所有學(xué)生動手操作，并留足時間，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)、觀察中體驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)、交流。
教學(xué)時可將學(xué)生分為幾大組，分別用水和其他液體做同步實(shí)驗(yàn)，最后通過交流對比，得出結(jié)論。另外，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯，應(yīng)選擇量程較?。ㄗ畲罅砍滩怀^5N）的彈簧測力計(jì)，金屬塊的體積至少超過10cm3，還要提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中要注意重物不能碰到容器底和側(cè)壁。
教材對活動1給出了比較完整的實(shí)驗(yàn)步驟，教學(xué)時也可通過下述演示，啟發(fā)學(xué)生自行設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力和創(chuàng)新思維能力，例如：
（1）把金屬塊掛在彈簧測力計(jì)下，觀察彈簧測力計(jì)的示數(shù)；
（2）用手輕輕地豎直向上托金屬塊，觀察測力計(jì)的示數(shù)變化，思考：為什么產(chǎn)生這種現(xiàn)象？
通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可得出如下結(jié)論：掛在彈簧測力計(jì)下的金屬塊浸沒到水中后，彈簧測力計(jì)的示數(shù)變小了，說明：浸入水中的金屬塊受到水向上的托力，即受到水的浮力作用。換用酒精等其他液體做實(shí)驗(yàn)，可得到同樣的結(jié)果。 關(guān)于浮力的方向，可以演示下面的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生領(lǐng)會：找一段較粗的紅毛線，將其兩端分別固定在乒乓球和大燒杯的底部，將水注入大燒杯，直到將乒乓球浸沒，觀察紅毛線被在豎直方向拉直；將大燒杯的一端墊高，發(fā)現(xiàn)紅毛線仍舊被在豎直方向拉直。此實(shí)驗(yàn)說明浮力的方向總是豎直向上的。
至此，學(xué)生確信：只要浸在液體中，物體就會受到液體豎直向上的浮力，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出浮力的定義，同時提醒他們注意：不僅浸在液體中的物體會受到浮力，浸在氣體中的物體也會受到浮力，例如氫氣球、熱氣球等。
關(guān)于“稱重法”測浮力，教師可在活動1的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生思考：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駵y出金屬塊受浮力的大小呢？然后在交流的基礎(chǔ)上總結(jié)：物體所受浮力的大小等于物體的重力G（物體在空氣中時彈簧測力計(jì)的示數(shù)）與物體浸在液體中時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F之差，即：F浮=G-F。對部分仍有困難的學(xué)生可通過分析物體受力幫助他們理解：如圖9-1所示，掛在彈簧測力計(jì)下的金屬塊浸沒到水中后，它受到重力G、水的浮力F浮和彈簧測力計(jì)的拉力F。金屬塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，說明它受平衡力作用，有F浮+F =G，于是有F浮=G-F；力的方向應(yīng)在一條直線上，即浮力向上且與重力在一條直線上，所以浮力的方向是豎直向上的。在上面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引導(dǎo)：由上面的分析，你是否找到測浮力的方法？然后讓學(xué)生陳述“稱重法”測浮力的步驟，使該方法得到落實(shí)。
【浮力是怎樣產(chǎn)生的】
可用
一個有趣的小實(shí)驗(yàn)引入本部分教學(xué)內(nèi)容：取一只透明的塑料礦泉水瓶，其瓶口直徑稍小于乒乓球的直徑，去掉瓶底，將瓶口向下，把乒乓球放入塑料瓶內(nèi)，使其正好蓋住瓶口（若用小氣球代替乒乓球，實(shí)驗(yàn)更容易成功）。先請學(xué)生猜測：如果往瓶內(nèi)注水，乒乓球會浮起嗎？學(xué)生會答：會，因?yàn)橐艿剿母×?。再往塑料瓶里面注水，如圖9-2所示，學(xué)生觀察到乒乓球被水壓在瓶底而不上浮，詫異不已，議論紛紛。然后將塑料瓶口浸入燒杯的水中，使乒乓球下面有水，學(xué)生會看到乒乓球上浮，又若有所悟。這樣創(chuàng)設(shè)的情景，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心，激起學(xué)生的探究欲望，同時通過感性認(rèn)識，為下面理論分析浮力的產(chǎn)生原因打下基礎(chǔ)。還可以用下面的小實(shí)驗(yàn)引入：在燒杯底面和木塊的一面涂上石蠟（或用蠟塊代替木塊，并使蠟面光滑）。將木塊的光滑蠟面與燒杯光滑蠟面緊密接觸，使水不能浸到接觸面中間去。用手指壓住木塊，另一只手沿杯壁慢慢向燒杯中注水（此時不能讓木塊移動），請學(xué)生觀察木塊是否上浮；用鐵絲撬動木塊，使水滲入其底部，再請學(xué)生觀察木塊是否上浮。該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是要保證木塊底部和容器底部必須十分平整、光滑。另外，為了消除學(xué)生認(rèn)為是木塊被容器底部粘住而不能上浮的認(rèn)識，事先可把木塊放在容器底部用力壓住后再將容器倒置，放手后，木塊就會脫離容器下落，說明容器沒有粘住木塊。
“活動2”的目的是通過理論分析，揭示浮力產(chǎn)生的原因。
要建立教材圖9-3中的抽象物理模型——液柱，對學(xué)生來講較為困難，可通過下面的演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解：用鐵絲彎折成一個空心立方體，在六個面上扎上橡皮膜，使橡皮膜的松緊程度相同。當(dāng)把它浸沒在水中時，可以看到六個面的橡皮膜均向內(nèi)凹進(jìn)，而且前后左右面凹進(jìn)的程度相同，而下表面比上表面凹進(jìn)的程度要大。然后啟發(fā)學(xué)生用液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系、二力平衡等知識分析：長方體左右兩個側(cè)面、前后兩個側(cè)面在水中的深度相同，因而受到水的壓強(qiáng)相等，受到水的壓力大小相等、方向相反，相互平衡；而長方體的上表面和下表面由于在水中的深度不同，受到水的壓強(qiáng)大小不同，因而壓力也不相等，下表面受到水的向上的壓力F下大于上表面受到水向下的壓力F上。然后由學(xué)生歸納總結(jié)出：浮力是由于液體對物體向上和向下的壓力差產(chǎn)生的。
注意，此處教學(xué)要求不宜過高，只要定性討論出F下>F上，使學(xué)生領(lǐng)會浮力是液體對物體向上和向下的壓力之差就可以了，不要求進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。
【浮力的大小跟哪些因素有關(guān)】
該探究實(shí)驗(yàn)的目的，是研究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)，并進(jìn)一步消除學(xué)生對浮力的一些認(rèn)識誤區(qū)，為下一節(jié)探究阿基米德原理做好知識和方法上的準(zhǔn)備。
⑴猜想
在具體教學(xué)中，不必拘泥于教材的三個猜想，要讓學(xué)生充分表述自己的想法。初中學(xué)生的思維較活躍，經(jīng)過思考，學(xué)生會提出許多猜想，如：
①浮力大小跟物體的輕重有關(guān)。理由是輕的木塊在水中會浮起來，而重的金屬塊則沉下去，說明木塊所受浮力比金屬塊大。
②浮力大小和物體體積有關(guān)。理由是：“你看！輪船體積大，在海上載這么多的貨物，說明它所受的浮力大。”
③浮力大小和液體的多少有關(guān)。理由是根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，在游泳池中游泳時感受到的浮力大，而在浴缸中洗澡時感受到的浮力小。
面對如此多的猜想，這時需要教師幫助學(xué)生去偽存真，把猜想合并歸類。例如，第一種猜想“輕的木塊在水中會浮起來，而重的金屬塊則沉下去”，這實(shí)際上是說“浮力的大小與物體的密度有關(guān)”；對于第二種猜想，要引導(dǎo)學(xué)生注意到所謂輪船體積大實(shí)質(zhì)是浸入水中的體積大。
最后，可將猜想歸納：浮力的大小可能與物體的密度有關(guān)，與物體浸在液體中的體積大小有關(guān)；與物體浸入液體的深度有關(guān)；與液體的密度大小有關(guān)等。
（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
可讓學(xué)生分組討論自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，大膽構(gòu)思實(shí)驗(yàn)裝置，然后對設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行全班交流，從科學(xué)性和可行性兩個方面討論、比較、質(zhì)疑、完善。
教師應(yīng)有意識地讓學(xué)生分析：所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的研究目的是什么，需要控制哪些條件？為滲透“控制變量法”的思想，提醒學(xué)生注意：浮力大小可能和上述因素都有關(guān)系，所以研究浮力大小和其中一個因素的關(guān)系時，必須控制其它因素，使其保持不變，以排除其它因素的影響和干擾。
（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，與物體浸在液體中的體積大小有關(guān)；與物體浸入液體的深度有關(guān)；等
為了節(jié)省時間，可根據(jù)不同的猜想，把學(xué)生分成若干小組，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。除各組通用的器材外，對于驗(yàn)證“浮力的大小可能與物體的密度有關(guān)”的小組，教師還要為他們提供體積相同的鐵塊和鋁塊；對于驗(yàn)證“浮力的大小可能與液體的密度有關(guān)”的小組，教師還要為他們準(zhǔn)備鹽水或酒精。
學(xué)生用“控制變量法”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如：
①像教材圖9-4那樣，用線系住鐵塊，掛在彈簧測力計(jì)下，將鐵塊慢慢浸入水中的不同位置，觀察到：當(dāng)鐵塊逐漸浸入水中（從位置1→2→3）的過程中，彈簧測力計(jì)的示數(shù)會逐漸變小，這說明鐵塊受到的浮力逐漸變大。
②當(dāng)鐵塊全部浸沒在水中（從位置3→4）后，彈簧測力計(jì)的示數(shù)不再變化，這說明鐵塊受到的浮力大小不變。
③將鐵塊分別浸沒在清水和鹽水中的同一深度，發(fā)現(xiàn)鐵塊在清水中時彈簧測力計(jì)的示數(shù)較大，說明受到的浮力較小，在鹽水中時彈簧測力計(jì)的示數(shù)較小，說明受到的浮力較大。
④當(dāng)把體積相同的鐵塊和鋁塊浸沒在水中時，彈簧測力計(jì)減小的示數(shù)相同，這說明兩個體積相同的金屬塊受到的浮力大小相同。
（4）得出結(jié)論
實(shí)驗(yàn)完畢，學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過分析論證，得出結(jié)論。在學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時，教師可作以下提示（或說明）：鐵塊全部浸沒水中之前，鐵塊浸入液體的深度的改變實(shí)質(zhì)是浸入液體中的體積的改變；鐵塊浸入液體中的體積就等于排開液體的體積。
通過對數(shù)據(jù)的分析比較，可得出如下結(jié)論：浸在液體里的物體受到的浮力的大小，跟物體排開液體的體積有關(guān)，跟液體的密度有關(guān)，而與物體的密度無關(guān)，與物體浸沒在液體中的深度無關(guān)。
“想一想”的答案為：游泳者潛入水中時，排開水的體積比浮在水面上時大，所以受到浮力的變大。
這一活動的目的是借助生活實(shí)例，加深學(xué)生對影響浮力大小因素的理解，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用，解決問題的能力。具體教學(xué)中還可進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生舉出類似的實(shí)例，拓展視野。
4．教學(xué)評價
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