6.4 阿基米德原理

1资源信息表标题第六章6.4阿基米德原理关键词浮力阿基米德原理浮力产生的原因＊浮沉条件描述本教学设计包括：一、教学任务分析二、教学目标三、教学重点与难点四、教学资源五、教学设计思路六、教学流程七、操作案例学科初中物理九年级第一册第六章6.4节语种汉语媒体格式.doc学习者学生资源类型文本类素材课程类型初中基础型课程作者傅继芳单位上海普陀区教师进修学院地址上海市岚皋路75号[e-mail]26.4阿基米德原理执教：上海普陀区教师进修学院傅继芳一、教学任务分析本节是初中物理教学中传统而又重要的内容，这是由于：阿基米德原理是力学中很经典的规律之一；本内容的学习与之前所学的很多力学知识有密切的联系；浮力知识在生活、工农业生产和国防领域都有着广泛的应用。学习本节内容在知识上要以重力、二力平衡、力的合成、运动和力、密度、液体内部压强等为基础，在技能上则要能够熟练使用弹簧测力计、天平、量筒等。本节以图片为情景，在教师的引导下组织学生讨论、交流，从而提出猜测，再从定量关系出发，进一步提出假设，然后由学生自己设计实验验证，得出初步结论—“阿基米德原理”。通过构建模型和演绎推理的方法导出浮力产生的原因，并通过解决实际问题，感悟“控制变量”的思想方法。最后从一个与学生原有认知相冲突的实验入手，激起学生探究物体浮沉条件的兴趣，通过讨论、交流，得出物体的浮沉条件。本节教学要求学生主动参与，关注实验现象，在教师的引导下合理猜想并形成假设，在实验探究过程中体验合作学习的重要性，通过运用阿基米德原理解决实际问题，树立“物理来源于生活，又回归于生活”的观念。二、教学目标1、知识与技能（1）知道浸在液体中的物体受到向上的浮力作用。（2）学会使用弹簧测力计测浮力。（3）理解阿基米德原理。（4）知道浮力产生的原因。＊（5）理解物体的沉浮条件及其应用。2、过程与方法（1）经历观察和实验的过程，运用合理猜想。（2）经历探究浮力大小的探究，认识发现问题、提出假设、设计实验方案、操作实验、收集、分析数据，归纳得出结论的过程。（3）通过轮船、密度计等工作原理的讨论，表达“控制变量”的思想方法。3、态度、情感与价值观（1）重温阿基米德研究浮力大小的历史，体验科学探究的艰辛和乐趣，感悟科学家刻苦钻研的精神。（2）通过实验设计的过程，提高创造思维能力。（3）通过了解浮力知识在工农业生产和国防等领域中的应用，激发学习物理的兴趣。三、教学重点和难点重点：阿基米德原理。3难点：探索浮力与排开液体重力大小的关系。四、教学资源1、器材：演示用弹簧测力计、学生实验用弹簧测力计、铁架台、玻璃桶、玻璃缸、溢水杯、烧杯、泡沫塑料块、砂桶、钩码、橡皮泥、铜块、铝块、水、浓盐水、煤油、塑料小盒、细沙、筷子、象棋子、天平(带砝码)、量筒和牙膏皮等。2、课件：自制多媒体课件五、教学设计思路本设计的内容包括阿基米德原理及其应用、浮力产生的原因、物体浮沉条件及其应用等三个部分组成。本设计的基本思路是：以学生喜爱的游泳情景和小实验引入新课，让学生体验浮力。通过演示实验，充分引导学生在仔细观察实验现象的基础上，分析、思考，形成浮力大小可能等于排开液体重力的假设，探索F浮与G排的大小关系。然后以学生分组实验、教师点拨为基本方法，验证假设，在对照科学家的实验方法后，归纳形成阿基米德原理。然后通过构建模型，以液体内部压强规律为基础，采用演绎推理的方法不仅导出浮力产生的原因，同时也导出了计算浮力大小的公式，从理论上验证了阿基米德原理。在此基础上，以二力平衡知识为基础，通过讨论万吨轮的制成原理和密度计工作原理，体会浮力知识的广泛应用。＊将三个外型相同的塑料小盒浸没在水中，分别出现上浮、下沉和悬浮三种情况，以此为基点展开讨论：“为何物体在所受浮力相同的情况下会出现不同的现象？浸没在液体中物体的浮与沉到底取决于什么？”在教师的引导下对浸没在液体中的物体进行受力分析，运用“物体受力情况和运动状态”之间的关系得出浮沉条件。本设计要突出的重点是：阿基米德原理的形成过程。方法是：本设计首先注重阿基米德原理的形成过程，以演示实验、学生实验，多媒体课件展示图片、视频来创设情景，最大程度采用直观教学手段，让学生自己“发现”阿基米德原理；再通过构建模型，以液体内部压强规律为基础，采用演绎推理的方法导出计算公式；最后通过知识的运用——万吨轮和密度计的工作原理讨论来加深阿基米德原理的理解。本设计要突破的难点是：探索F浮与G排大小的关系。方法是：创设演示实验的情景，学生观察实验现象。以直观的浮力大小的变化与排开液体多少的变化事实为基础，建立起两者之间的联系，再从定量关系分析、思考，形成浮力大小可能等于排开液体的重力的假设。然后，在学生提出假设的基础上，分组设计实验方案验证自己的猜想，最后确立F浮与G排的大小关系。学生通过交流合作、相互评估来获取新知，体验科学探究的过程。在实验操作方面，教师重点指导学生正确使用溢水杯，减小实验误差，这样有利于比较F浮与G排的大小。本设计通过大量的学生活动，创设学生自主学习的氛围，学生不仅体验了科学探究的过程，也重温了阿基米德研究浮力大小的历史，同时感受了阿基米德原理那简洁而富有美感的表达式。在用阿基米德原理解决实际问题的过程中，学生不仅感悟“控制变量”的思想，还能深切体会物理就在我们身边。完成本设计的内容需3课时。4六、教学流程1、教学流程图2、流程图说明情景I图片出示游泳图片，请学生讲述自己在入水的时候有什么感受。活动I学生实验阿基米德原理情景I图片活动I学生实验情景II演示实验浮力活动II学生实验情景III故事、图片情景IV视频播放活动III学生实验浮力产生原因情景V演示实验活动IV学生讨论活动V学生实验活动VI阅读物体浮沉条件情景VI图片、演示活动VII学生实验情景VII视频5在水面上放一块泡沫塑料块,学生们用手将它慢慢向下压入水中直到全部浸没，体验浮力的存在及大小的变化，学习浮力的定义。情景II演示实验教师演示用弹簧测力计测量重物浸入水中时受到的浮力，学生将观察到现象，记录在学习活动卡上。根据实验现象，师生共同探索浸在水中的物体所受的浮力大小与物体排开水的多少之间的关系，并由学生提出猜想和假设。活动II学生实验学生先分组讨论验证假设的实验方案，在交流实验方案后，利用实验验证假设。完成实验后根据实验获得的数据进行分析，形成小组实验结论，并进行简单的评估与交流。情景III图片学习阿基米德研究浮力的方法，总结归纳阿基米德原理的内容。情景IV视频播放视频介绍阿基米德原理的简单应用，并设计课后学生思考的问题和实验。活动III学生实验按要求完成学习活动卡P15页“观察和描述”的实验活动IV讨论根据阿基米德原理可知，浸在液体中的物体受到的浮力大小等于物体排开液体所受的重力，那么象棋子排开了液体，为何浮不起来呢？用筷子拨动后为何就浮起来了呢？情景V教师演示将两面带有橡皮膜的有机玻璃正方体分别以竖着和测着两种方式浸没到水中，观察橡皮膜的凹陷程度。从而引出浮力产生的原因。活动V讨论交流展示第一课时中“课后思考”的设计方案。活动VI阅读通过阅读教科书P13页，了解轮船的制成原理和密度计的工作原理。情景VI图片、演示以万吨轮浮于水面的图片为背景，教师演示相同体积的木块和铁块放入水中出现不同现象，从而引发学生思考：“浸没在液体中的物体‘浮’还是‘沉’是由什么决定的？”然后形成假设。活动VII学生实验分两个步骤探究浮与沉的条件：第一步，研究相同体积的物体浸没在同一种液体中为何会出现上浮、下沉、悬浮三种不同的情况？”第二步，研究同一物体浸没在不同种液体中为何会出现悬浮、上浮等不同的情况？情景VII视频介绍潜水艇、飞艇、热气球等工作原理。3、教学主要环节本设计可分为三个主要的教学环节。6第一环节，以生活中的浮力现象为情景引出浮力；通过动手做一做感受浮力的方向；采用大量的直观教学手段，激发学生研究物理问题的兴趣，以小组交流和讨论的方式，最终自主探究出阿基米德原理。第二环节，通过建立一个立方体模型，以液体内部压强知识为基础，经过演绎推理出浮力产生的原因和影响浮力大小的因素。第三环节，通过对大量简单生活问题的讨论，加深对阿基米德原理的理解。七、教案示例第一课时一、引入1、关于浮力（1）情景：“阳光体育活动”的游泳项目（图片）。（2）活动：感受浮力（完成活动卡P13页活动1）。（3）结论：我们把物体浸在液体中受到的向上托的力称为浮力。二、新课2、探究阿基米德原理（1）问题：①实验中，除了感受到液体对浸入其中的物体有向上的浮力，还观察到什么现象吗？②在液体中物体所受浮力的大小能直接测量出来吗？（2）视频：物体慢慢浸入水的过程中，弹簧测力计示数大小的变化。（较慢，且反复播放）（3）观察：①将物体部分浸入水中，观察弹簧测力计的示数变化情况和液面变化情况。②待物体完全浸没后，若继续往下，观察弹簧测力计的示数变化情况和液面变化情况。（4）问题：浮力的大小可能跟什么因素有关？（5）猜想：物体排开水的体积V排、物体排开水的质量m排、物体排开水的重力G排等。说明：由于之前的铺垫，学生较容易想到上述的三种情况。为进一步得出阿基米德原理，教师有必要引导学生讨论这三个物理量之间的关系，从而形成假设—F浮与G排之间的关系。（6）设计方案①讨论实验方案。（请带着这样三个问题边讨论，边填写活动卡实验记录单1）*如何选择适合的实验器材?*如何测量浮力(F浮)？*如何收集“物体排开的液体”,并测量其所受的重力(G排)？②交流实验设计方案（7）验证假设学生分组实验，验证假设，并填写学习活动卡实验记录单1。（8）结论：当物体全部或部分浸在液体中时，它会受到向上的浮力，浮力大小等于它排开这部分液体所受的重力大小。73、介绍阿基米德研究浮力大小的方法三、知识应用阿基米德原理不仅适用于液体，而且适用于气体。根据这一规律，人类制造出气球和飞艇。工程师设计船舶，根据阿基米德原理计算排水量和最大装载量。人类还制造出了沉浮自如、行动隐蔽的潜水艇等。说明：以图片的方式呈现，具体的应用在以后的两个课时中介绍。四、课后思考老师手里有这样几块物体：橡皮泥、铝片、硬币、小石子。浸入盛有水的容器中，它们都沉入了水底。在不增加其它实验器材的条件下，你能使它们都浮在水面上吗？请在课后和你的伙伴一起讨论方案。第二课时一、引入1、学生实验：①将象棋子放入水中，观察现象；②按学习活动卡P15页“观察和描述”的要求完成实验，观察现象；③用筷子拨动与底部紧密接触的象棋子，观察现象。二、新课2、浮力产生原因（1）问题：根据上述实验现象，你觉得前后出现不一样现象的原因可能是什么？（2）学生分组讨论：教师点拨：根据阿基米德原理可知，浸在液体中的物体受到的浮力大小等于物体排开液体所受的重力，那么右图中的象棋子排开了液体，为何浮不起来呢？用筷子拨动后为何就浮起来了呢？（3）交流归纳：上述右图中象棋子不能浮起的原因是因为棋子的下表面没有受到液体的压力。说明：阿基米德原理仅说明了浮力大小所遵循的规律，而没有揭示浮力的产生原因。（4）多媒体演示：将两面带有橡皮膜的有机玻璃正方体分别以下图两种方式浸没到水中，观察橡皮膜的凹陷程度。水象棋子与底部紧密接触水象棋子将象棋子放入水中8（5）活动：学生阅读教科书P19（6）交流归纳：*浸没在液体中的物体，受到液体对它向上的压力和向下的压力差形成了浮力。*F浮=F2-F1=ρ液gV排*影响浮力大小的因素：液体的密度—ρ液物体排开液体的体积—V排4、阿基米德原理的应用（1）交流：展示第一课时中“课后思考”的设计方案。说明：凭借生活经验，不少同学会想到将铝片或橡皮泥折成小船状，然后把石块、硬币等放入其中，就可以漂浮在水面了。教师可以以此引入到轮船的制成原理。（2）轮船的制成原理①阅读教科书（学生带着以下两个问题进行阅读）*漂浮在水面上的轮船受到几个力的作用？*轮船在制作上是通过什么方式来增大浮力的？②学生交流：轮船漂浮在水面时受到浮力和重力的作用，这两个力是一对平衡力；轮船通过制成空心体结构，实现液体密度不变时增大物体排开液体的体积来增大浮力，从而浮在水