(一)教材:初中物理第一册
(二)教学目标(用小黑板展示)
1 知道阿基米德原理的内容和运用范围。
2 理解阿基米德原理。
3 会用阿基米德原理计算简单的浮力问题。
(三)教学过程
1 诊断性目标测试
1.1 什么叫浮力?它的方向朝哪?
学生:浸在液体或气体里的物体,都要受到液体或气体向上托的作用。这种作用力叫浮力。它的方向是竖直向上的。
1.2 浮力产生的原因是什么?
学生:浸没在液体中的物体受到向上的压力比向下的压力大,这个上下的压力差就是浮力产生的原因。
2 新课教学
2.1 通过实验观察、提问、引入新课。
教师将一个瘪的空牙膏管放进一个盛水的容器里,则见它沉入水底(课前布置学生带一个空牙膏管和一只杯子,进行边教边让学生自己动手做实验)。这时教师提问:这个瘪的空牙膏壳为什么沉不下去呢?学生答:因为这个牙膏管比水重。
教师对于学生这样的回答,即不肯定也不否定。接着将瘪的牙膏管整成鼓状,再放进水里,鼓的牙膏管却浮于水面并未下沉(图1)。这时教师提问:为什么同一个牙膏管(其重力不变),瘪的就下沉,而鼓的就上浮呢?
学生面对这种“矛盾”的事实,思想活跃,开动脑筋寻找理由来进行解释。这时教师让学生进行讨论。在讨论中有些学生想到:鼓的牙膏管体积变大了,它受到的浮力也变大了,所以上浮了。在这个过程中教师进一步启发学生思考,提出问题:牙膏管浮在水面时,它受到几个力的作用?它们之间的关系怎样?
学生答:受二个力作用,即重力和浮力。接着教师在空牙膏管中加一些细砂粒,并引导学生观察牙膏管将随着加进去的重物的增多而逐渐下沉。
这时教师问:一个浸在水中的物体,它受到的浮力的大小,跟什么因素有关呢?让学生从上述一系列的事实中,通过自己的思考用自己的语言来回答。开始时,学生回答的不准确,不完整,再让同学们讨论补充,然后通过分析、比较得出比较正确的结论:浸在水中的物体受到的浮力的大小跟它浸在水中的体积有关,浸入的体积越大,它受到的浮力越大。
2.2 根据实验、推理导出阿基米德原理。
通过上述实验、观察、分析、讨论,学生对浮力的大小有了初步认识,接着教师提出问题:浸在水中的物体受到的浮力究竟有多大呢?让我们通过下面的两种方法去研究它。
①实验法导出阿基米德原理。
根据教科书演示图2实验,让学生仔细观察分析。溢水杯中盛水,使水面跟溢水杯管口相平,弹簧秤甲吊着铁块,弹簧秤乙吊着一个小容器,并使溢水杯中溢出的水能流入小容器中。
将铁块部分浸入水中,让学生观察、比较知道:弹簧秤甲减小的示数与弹簧秤乙增大的示数相等。再将铁块全部浸入水中,引导学生观察甲、乙弹簧秤示数的变化。发现甲弹簧秤示数减小的仍等于乙弹簧秤示数增加的。这时教师进行分析:甲弹簧秤示数减小的原因是因为铁块在水中受到浮力,浮力大小就是弹簧秤甲的示数减小数值,弹簧秤乙示数增加的原因就是因为溢水杯中流出的水使其重力增大。溢水杯溢出的水就是铁块在水中所排开的水。通过实验、讨论、分析得出结论:铁块在水中受到的浮力大小总是跟它排开水的重力相等。
然后提出把上述的铁块换成石块和铝块等其他物体,把溢水杯中的水换成煤油或盐水等其他液体,得出的结论仍相同。最后教师进行总结得出阿基米德原理:浸在液体里的物体受到向上的浮力;浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。
上述通过实验法已导出了阿基米德原理,为了使学生进一步理解、掌握、应用阿基米德原理。教师对阿基米德原理又做了几点说明:a.物体在液体中,不论是部分浸入还是全部浸入,均受到浮力作用;b.浮力的大小和排开的液体所受的重力的大小相等;c.本原理不仅适用于液体,也适用于气体;d.原理的教学表达式为
F浮=G排液
或 F浮=ρ液V排液g
或 F浮=ρ液V物浸g
②推理法导出阿基米德原理
为了使学生加深对阿基米德原理的理解,达到熟练应用。教师又用了另外一种方法——推理法,导出了阿基米德原理。过程如下:
如图3所示,一圆柱体浸入某液体中,上下底面都为S,高为h,则其体积为V=Sh,设圆柱体上底面的压强为p0,则液体对上底面的压力p0S,液体对下底面的压强为:p0+ρ液gh,则下底面所受液体对它的压力为:p0S+ρ液ghS。由浮力产生的原因可知:浸在液体中的物体所受浮力是由上下两底面的压力差产生的。即F浮=F下底-F上底,而F下的方向竖直向上,F上的方向竖直向下,且F下>F上。故浮力的方向与下底面所受压力的方向一致,竖直向上。浮力大小为
F浮=F下-F上=p下S-p上S=p0S+ρ液ghS-p0S=ρ液gsh =ρ液
V物浸g=ρ液V排液g=m排液g =G排液
③例题:有一边长为10厘米的正方体,完全浸入水中,它的上表面离水面10厘米,且与水面平行。计算正方体在水中所受的浮力大小。
对上述例题教师采用了计算压力差和应用阿基米德原理两种方法讲解(过程略)。
3 巩固新课(略)
§11.2浮力是怎样产生的
(一)教材 初中物理第一册
(二)教学要求
1.教学目标:A.知道浮力的概念。B.理解物体浮沉条件。C.(1)掌握浮力的实质、方向。(2)能正确运用浮力的实质、物体浮沉条件求浮力。
2.教材的重点与难点:
重点:(1)浮力的概念及其实质。
(2)物体的浮沉条件。
难点:正确运用“压力差”和物体的浮沉条件求浮力。
3.教学模式:实验、设问、讲解、练习
4.教学时间:1教时。
5.实物及实验器材:
(1)投影仪一台,透明胶片数张。要求把板书、练习题课前写在胶片上,以减小课堂上书写时间。
(2)演示弹簧秤一把。
(3)500毫升烧杯三个,分别装400毫升的清水、饱和食盐水、煤油。
(4)乒乓球2个,其中一个装细砂,用作悬浮演示。
(5)边长为5厘米的立方体红砖一块。
(三)教学过程
一、提出问题,引入新课
师:为什么船、木块能浮在水面上?
生:船、木块受到水向上托的力。
师:沉在水底的石块有没有受到水向上托的力?
生:部分回答有,部分回答没有。
教师演示课本P141图12-2实验,回答浸入液体中的物体受到液体向上托的力。这个“向上托的力”就是本节课所讲的浮力。
二、讲授新课
1.什么叫浮力?(板书)
(1)先演示石块放在清水中,让学生知道石块受到水向上托的力。
(2)然后把石块放在饱和的食盐水溶液里,说明石块也受到盐水向上托的力。
(3)最后把石块放在煤油里,让学生进一步知道,石块放在煤油中时,同样也受到煤油向上托的力。
师:从上述的实验,请同学们说出什么是浮力?
生:浸入液体中的物体受到向上托的力,这个力叫做浮力。
师:物体在空气里有没有受到向上托的力?氢气球脱手后为何会上升?
生:物体在空气里同样受到向上托的力,所以氢气球脱手后会上升。
浸入液体(或气体)中的物体受到向上托的力,这个力叫做浮力。(板书)
2.物体的浮沉条件(板书)
师:浸入液体里的物体,均受到液体对它竖直向上的浮力。那么,浸入液体里的物体同时受到重力和浮力的作用,如果浮力大于物重、浮力等于物重、浮力小于物重,物体将怎样运动?演示课本P141图12-3实验。
生:F浮<G,下沉;F浮>G,上浮;F浮=G,悬浮;F浮=,漂浮。(板书)
(1)容易混淆的几个物理概念(板书)
①“浸没”是指物体全部浸入(在)液体里,被液体全部包围。
②“浸入(在)”是指物体部分或全部浸在液体里,部分或全部被液体包围。
③“漂浮”是物体浮在液面上,只有部分浸入液体里,V物>V排。
④“悬浮”是指物体全部浸入液体里,并且可以停留在液体中的任何深度,V物=V排。
⑤“上浮”和“下沉’”是物体在重力和浮力共同作用下,物体向上或向下运动的过程,即F浮>G,物体上浮,F浮<G,物体下沉。(板书)
(2)练习题
有一小球挂在弹簧秤上,在空气中称小球时读数是40牛,把它浸没在水中称时,弹簧秤的读数是25牛,小球受到的浮力是多大?
解析 小球挂在弹簧秤上放入水中,此时小球受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F浮和弹簧秤的拉力(F拉),所以小球受到的浮力。
F浮=G-F拉=40牛-25牛=15牛。
3.浮力产生的原因及其方向(板书)
师:设想一个立方体浸没在水里(用课本P142图12-4说明),它的六个表面都受到水的压力,而它的前、后、左、右的侧面受到的压力大小相等、方向相反、作用在同一直线上,互相平衡,为何还会受到浮力?(启发学生思考)
师自答:这是因为它的上下两个面所处的深度不同,下表面受到的向上的压力F上,大于上表面受到向下的压力F下,向上和向下两个压力差就是水对浸入其中的物体所产生的浮力,即F浮=F上-F下。
师问:如果把上述的正方体浸入其它液体,如盐水、煤油,甚至放在空气中,有无上述这种压力差的存在?
生:均有压力差存在。
师:浸入液体(或气体)中的物体产生浮力的原因是什么?(让学生讨论)
师总结:浮力是由于周围液体(或气体)对物体向上和向下的压力差产生的,这个压力差就是液体对浸入物体的浮力
F浮=F上-F下(板书)
师:浮力的方向是怎样的?
生:浸入液体(或气体)里的物体的下表面受到竖直向上的压力,上表面受到竖直向下的压力,向上的压力大于向下的压力,所以浮力的方向是竖直向上的。(板书)
练习1 如图1所示的容器内盛有水,其中浸入了边长为1米的正方体A,A的底面和容器底面紧密接触(A的底下无水),A的上表面到液面的距离为1米,求A受到多大的浮力?
解析 物体A没有受到浮力,原因是A物体的下表面没有受到水向上的压力,只有上表面受到竖直向下的压力,物体没有受到压力差,故没有受到浮力。
练习2 如图2所示,物体A、B、C、D均浸入到容器里,且各物体均与容器的底面紧密接触,哪个物体受到浮力?
解析 由“压力差”可知,除A物体没有受到浮力外,其余物体均受到浮力。
三、小结
师总结:(1)什么叫做浮力?浮力产生的实质是什么?(2)物体的浮沉条件是什么?(3)求浮力的方法有几种?
§11.3物体的浮沉条件及其应用
(一)教材:初中物理第一册
(二)教学要求
1.知道利用浮力使物体上浮、下沉、悬浮或漂浮的原理。
2.知道轮船、气球、气艇、潜水艇的浮沉原理。
(三)教具:铁块、木块、废牙膏皮、玻璃水槽、水、自制潜水艇模型(12-11小实验)。
(四)教学过程:
一、复习提问:
1.浮在水面上的木块没入水中部分的体积是50厘米3,它在水面上的体积是25厘米3。求:它受到的浮力多大?它的质量多大?木块的密度是多大?(出示小黑板,并画有图12-5示意图)
要求每个学生在练习本上演算。由一名学生板演。演算完毕,教师讲评。
2.物体的浮沉条件是什么?
物体浸没在液体中:下沉,F浮<G物;上浮,F浮>G物;悬浮,F浮=G物。物体漂浮在液面上的条件是:F浮=G物。
追问并演示:实心铁块在水中下沉,木块在水中上浮,试比较铁和木块与水密度的关系。
教师启发学生答出:
铁块浸没在水中下沉,
∴F浮<G物,
G排水<G铁,
ρ水·g·V排<ρ铁·g·V铁。
∵铁块浸没水中,V排=V铁,∴实心铁块的密度大于水的密度,铁块下沉。
同理可得出,ρ木<ρ水,木块浸没于水中,木块重比它排开的同体积的水重小,木块在水里受到的浮力大于木块重,所以上浮。最后浮出水面,漂浮在水面上。
二、进行新课
1.新课引入
提问:实心铁块密度大于水的密度,下沉。可否让密度比水大的铁块在水中上浮或漂浮在水面?
启发学生回答:轮船是钢板焊成的,采用空心的办法,使物体的密度小于水,它就可以浮在水面。
演示:把卷紧的牙膏皮放入水中,放手后可观察到它下沉。空心的牙膏皮能漂浮在水面上。
小结并板书:
“三、浮力的利用
1.采用“空心”的办法增大可以利用的浮力”
问:用树干挖空制成的独木舟的好处是什么?看课本图12-9。
答:减小重力,可以多装货物,增大了可利用的浮力。
2.轮船
①问:轮船为什么能浮在水面?
学生答出:采用了把它做成空心的办法,使它能够排开更多的水,增大浮力,使轮船能漂浮在水面上。
②介绍轮船的大小用排水量表示。
排水量:轮船满载时排开的水的质量。
以上两问题、边讲边板书。