阿基米德原理

发布时间:2014-11-19    编辑:教案中心小组    来源:网络&投稿

设计理念

1.从生活走向物理,从物理走向社会

创设富于挑战性、贴近学生实际的问题情境,利用生活中常见器材比如:橡皮泥,易拉罐等设计实验,拉近物理与社会、物理与生活的距离,使学生对物理有亲近之感,激发并保持学生的学习兴趣。

2.注重科学探究,注重知识的形成过程

引导学生运用已有知识和技能,在解决问题的探究过程中获得成功的愉悦,了解科学研究方法,培养学生的科学探索精神、实践能力和创新意识。

教学目标

一、知识与技能

1.理解阿基米德原理,学会一种计算浮力的方法。

2.进一步练习使用弹簧秤测力。

二、过程与方法

1.经历科学探究,培养探究意识,发展科学探究能力。

2.培养学生的观察能力和分析概括能力,发展学生收集、处理、交流信息的能力。

三、情感、态度与价值观

1.增加对物理学的亲近感,保持对物理和生活的兴趣。

2.增进交流与合作的意识。

3.保持对科学的求知欲望,勇于、乐于参与科学探究。

教学准备

空易拉罐(自备,每组2/5个)、小容器(自备,每组至少1个)、弹簧秤2×9只、纸杯9只、固体物块9个、溢水杯9只、橡皮泥9块、钉子若干。

教学过程

一、新课引入

我们已经认识了浮力,并且得到了三种计算浮力的方法,它们分别是(师生共同回忆,教师板书):

1.当物体漂浮在液面上时,其所受浮力F=G

2.用弹簧秤测定物体浮力。把物体挂在弹簧秤上,当物体静止时,弹簧秤的示数为F1,将物体浸入水中,弹簧秤的示数为F2,则物体所受浮力为F=F1-F2

3.利用物体上、下表面的压力差求得浮力:F=F-F

师生讨论:这三种方法都有其局限性,第一种只适用于计算漂浮在液面上的物体所受浮力,第二种不适用于质量过大的物体,第三种不适用于形状不规则的物体。

教师;今天我们学习一种既简单又普遍适用的方法,这种方法是2000年前由古希腊学者阿基米德发现的,所以称之为阿基米德原理。(板书:阿基米德原理)。

二、进行新课

1.创设问题情境

教师:首先,我们一起来做两个实验:

实验一:

每组分发一块大小相等的橡皮泥(当众分发,增加可信度),给大家3-5分钟的时间,利用橡皮泥做一条小船,看哪一组的船装“货物”最多“货物”是规格相同的钉子。

分组实验:

(由于问题具有挑战性且贴近学生实际,极大地调动了同学们的积极性,各组成员分工协作,争先恐后,开始行动。有的用手捏,有的先用笔杆轧成“饼”,再把四周折起,做成“船”,做完后纷纷放入水中,投放“货物”。“……10、11、12……20……”。在这九个组中,有八个组“装货”在十个以上,有两个组在20枚钉子以上。在整个过程中,同学们兴奋不已,继而每个同学却为自己的“小船”最终“沉没”而惋惜顿足。虽然老师还没有提出做船的目的,但事实上他们在做的过程中都在思考着这样一个问题:“怎样做,才能装货更多?”)

实验二:

请同学们拿出自备的空易拉罐,慢慢地压入水中,感受手掌受力变化。(教师示范表演)

2.提出问题

教师:通过前面的两个实验,请大家思考这样一个问题:浮力的大小可能与什么因素有关?

3.猜想与假设

教师:请同学们根据前面的两个实验作出自己的猜想,并说出猜想的根据。

(正如课前预料,同学们纷纷作出反应)

学生:底面积,因为把船底做大,“货物”装的才多;物体密度,有些物体在水中漂浮,有些物体则会沉底;液体密度,因为同一物体在水中可以沉底,在水银中则可以漂浮;浸入液体的深度,因为易拉罐越往下压,越费劲;浸入液体的深度和物体的底面积,因为用粗细不同的易拉罐,压入水中相同的深度,用力大小不同。

教师:(把各种猜想结果写在黑板上)我们今天着重研究浮力与浸入液体的深度和物体的底面积是否有关。(并引导学生取得共识)这就是浮力与物体浸入液体的体积,也就是物体排开液体的体积是否有关?有什么关系?但是测量液体体积的量筒,对少量液体而言,误差是比较大的。对某种确定的物质而言,体积和质量、重力是—一对应的。为了测量的方便(从结果出发指导实验),我们研究浮力与物体排开液体的重力之间的关系。

4.制定计划(设计实验)

教师:我们应该如何设计实验去验证我们的猜想?

(经过组内同学之间的交流,大部分同学可以确定研究方案)用弹簧秤测量物体所受浮力,用老师提供的纸杯把物体从溢水杯中排出的水收集起来,用弹簧秤测定其重力。最后寻找并比较两者之间的关系。

5.收集证据(进行实验)

分组实验

(在这个过程中,学生们展现了一些个性化的作法:有些同学在往溢水杯中放物体的同时,测出了物体所受浮力和物体排开液体所受重力;有些同学是先在自备容器中测定物体全都浸入水中时所受浮力,再利用溢水杯测定物体全部浸入水中时排开水所受重力;有些同学在测定物体排开液体所受重力时,因为杯子太轻,事先在杯子里装了适量的水,测出其重力,再把物体排开的水收集起来,测其总重,二者之差即是物体排开水所受的重力……)

(在实验过程中,一组5人,他们有的提弹簧秤,有的读数,有的记录,同学们对出现的问题时有讨论与争辩。比如有的同学手持弹簧秤的外壳部位;有的同学用弹簧秤提着物体入水中时太快,造成溢出水的体积与物体体积不等;……通过争论,交流,取长补短,集思广益,使实验过程更加合理。)

记录数据

以下是四级学生的实验数据:

第一组:

 

弹簧秤1

2N

1.6N

弹簧秤2

0.1N

0.5N

 

第二组:

 

弹簧秤1

2N

1.7N

弹簧秤2

0.5N

0.8N

 

第三组:

 

弹簧秤1

1.4N

0.2N

弹簧秤2

0.1N

1.2N

 

第四组:

 

弹簧秤1

1.3N

0.2N

弹簧秤2

0.2N

1.3N

 

6.分析论证分组分析数据

在得到测量结果后,同学们自发地对数据进行了分析。各组交流:他们发现两只弹簧秤示数变化量是相同的,其中弹簧秤1示数的减少量是物体所受浮力的大小,弹簧秤2示数的增加量是物体排开水所受重力的大小。

师生共同确认:物体所受浮力大小等于物体排开液体所受重力之大小,即F=G。从而证明同学们前面的猜想是有根据的。

课堂小结与延伸

教师:(在得到F=G之后,首尾呼应)这就是今天我们所要学习的第四种计算浮力的方法。它是一种普遍适用的,比较简单的方法。

现在请同学们对以下问题发表意见。(通过例题,对今天所学进行巩固,同时强化交流与合作及评价意识)

教师:(投影)例:如图所示:有一个正方体,浸没在液体中,要求出它所受浮力大小,还需要给出哪些条件?

(此题打破常规,没有采用根据已知条件求得未知结果的问题模式,而是已知部分条件和结果,要求同学们给出其他条件)这道题同样调动了同学们的积极性。根据所学浮力知识,纷纷发表自己的见解(教师随堂记录在黑板上):

1.液体密度;物体体积

2.液体密度;物体边长

3.液体密度;物体质量;物体密度

学生:(教师提议)对各组条件进行评价。

(下课之前,教师提议)同学们自己评出第9组为踊跃发言小组(全班45人,共分成9个小组),然后予以鼓励(掌声)。

教师:对于其他猜想因素,课下同学们可以利用教师提供的器材,逐个进行验证,并排除无关因素。

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