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浮力产生原因教学创新实验设计一、课题名称浮力产生原因创新实验设计二、教学目标1、通过实验让学生知道液体内部有压强；2、通过实验让学生知道液体向各个方向都有压强；3、通过实验让学生知道浮力产生的原因是液体对物体向上和向下的压力差三、实验内容实验名称：探究浮力产生的原因所需实验器材：玻璃水槽、水、乒乓球、去底的饮料瓶、去两端的饮料瓶、橡皮膜、泡沫快、吸管四、实验教学设计针对浮力教学中自然产生的错误认识，设计对比实验说明并非浸在液体中的物体都受到液体的浮力作用；同时通过物体在液体中受到不同方向压力作用的不均衡性得出物体在液体中受到液体向上的压力的合力作用，就是液体对物体竖直向上的托力，也就是浮力。五、实验教学过程浸在液体中的物体受到液体竖直身上的托力就是浮力。在引入浮力概念时我们总习惯于根据称重法计算物体所受液体的浮力大小，即浮力大小等于物体在空气中所受重力大小与物体浸入液体中时对弹簧测力计读数的差，F浮=G-F'，然后设计实验测量物体浸在液体中所受浮力大小与排开液体所受重力的大小，通过比较发现F浮总等于G排，于是顺理成章引入阿基米德原理，F浮=G排=ρ液gV排，根据公式可知影响浮力大小的因素只有两个：ρ液和V排，有些学生据此就会产生这样的错误认识，认为有了ρ液和V排，物体必受到浮力，且大小为ρ液gV排，这种认识是片面的，有些情况纵使有ρ液和V排物体却并不受浮力作用，例如：打入河床中的木桩不会浮起，与烧杯底部紧密贴合的蜡烛并不会在水中浮起等现象。所以有必要对浮力产生的原因进行探讨。本课题是针对浮力产生原因进行的教学设计，让学生知道浮力产生的原因是液体对物体向上和向下的压力差。首先通过对比实验激发学生的好奇心和认识冲突：实验一：浸在水中的乒乓球松手后在水中上浮，因为受到了浮力作用，如图1；实验二：将乒乓球置于去底饮料瓶的口部，向瓶中加水，水淹没了乒乓球，发现乒乓球却并不会浮起，表明乒乓球此时图1不受浮力作用，如图2。对比以上两个实验，就会造成学生的认知冲突：原来浸在液体中的物体也有可能不受到浮力的作用。实验三：用手掌堵住饮料瓶口部，乒乓球下面积水后就会发现乒乓球立即浮起，这时乒乓球受到了浮力的作用，如图3。教师在这些基础上继续引导学生思考：浮力产生的原因到底是什么呢？实验四：将一个去掉两端，当中开有排气口，两端覆有橡皮膜的饮料瓶放入水中，发现橡皮膜向瓶内凹进，表明容器两侧均受到水的压力作用，如图4。实验五：将一只饮料瓶去掉两端并覆上橡皮膜，当中开口并通过吸管排气，内部放一块可以移动的泡沫块，泡沫块上正对排气口标记色环，将此装置平放入水中，泡沫块并不发生移动，表明容器两侧受到水的压力相等，如图5。实验六：将实验五的装置竖放入水中，通过色环移位发现泡沫块向上运动了，如图6，表明容器上下均受到水的压力作用，容器上下受到水的压力又是不同的，容器受到的向上的压力明显大于水到容器向下的压力，根据同一直线上二力合成知识，容器受到向上的合力，使物体受力不平衡，所以物体运动状态将发生变化，会向上运动，对比浮力的定义，这就是物体所受的浮力。即F浮=F向上-F向下。为加深认识，再次演示实验二和实验三，让学生牢固树立浮力产生的真正原因是液体对物体向上的和向下的压力差，这也是求解浮力大小的一种方法。六、实验设计优点：1、选用材料简单、易得。仅需水槽一只，可乐瓶一只，吸管一根，一段泡沫塑料，两只气球和一只乒乓球。2、制作容易。只需将可乐瓶稍作加工，截取中段圆柱体（瓶口部位留待它用），并在当中部位烫一个可插入吸管的洞，将带有伸缩口的吸管密封插入，再截取与圆柱体等长的泡沫塑料，并在吸管下方的泡沫塑料位置作记号，然后将两只气球套在圆柱体两端即制作完成。3、操作方便。只需调整吸管方向，将圆柱体插入水中，观察圆柱体是否发生移动，即可比较两端所受压力大小。七、实验设计创新之处：1、成本低，取材方便，制作简单，操作方便。2、由于两块橡皮膜面积小，所处的深度也小，所以受到的水的压力也比较小，橡皮膜形变后产生抗拒的弹力，所以通过观察橡皮膜的形变比较压力大小非常困难，加上选取相同图2图4图5图6图3的橡皮膜也很困难，纵使用的是相同的橡皮膜，套在圆柱体两端时也做不到有相同的受力面。我的实验仪器制作无需考虑橡皮膜的形状、松紧，直接将气球套在圆柱体两端即可。3、通过橡皮膜的形变比较容器两端受力的大小在实际操作中是非常不可行的，学生不但观察不方便，而且橡皮膜形变有很多的不确定性。我的实验仪器根据泡沫塑料上记号的移动说明所受压力的大小，不仅现象明显，而且运用了物理研究方法中的转换法，对培养学生的创新思维也有帮助。4、仪器制作中考虑到了橡皮膜形变对容器内气压的影响，插入吸管就是为平衡内外的大气压，使橡皮膜受到水的压力作用时形变更明显。吸管采用带伸缩口的，可以调整方向，适用于容器在水中的不同放法。八、实验设计说明：浮力是初中物理教学中的重点也是学生学习的难点。对浮力的教学应遵循物理教学的一般规律：从浮力现象入手————判断浮力有无————计算浮力大小，从现象到本质再到应用。本实验教学设计意在突破学生的思维定势，从浮力产生原因角度分析浮力的实质，浮力并非不同性质的力，它是物体在液体中受到的压力的合力。