1、6.4 阿基米德原理 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
2、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
3、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。 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
4、、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
5、，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
6、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
7、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。 六、教学流程 1、教学流程图 2、
8、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 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 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 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
9、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
10、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 。
11、 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
12、 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。 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、
13、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： 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？ 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： 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。 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）
14、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 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 )？ 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
15、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。 3、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
16、 后和你的伙伴一起讨论方案。 第二课时 一 、 引 入 1、 学 生 实 验 ： 将 象 棋 子 放 入 水 中 ， 观 察 现 象 ； 按 学 习 活 动 卡 P15 页 “观 察 和 描 述 ”的 要 求 完 成 实 验 ， 观 察 现 象 ； 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
17、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 。 水 象棋子 与底部紧密接触 水 象棋子 将象棋子放入水中 说 明 ： 阿 基 米 德 原 理 仅 说 明 了 浮 力 大 小 所 遵 循
18、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。 （ 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= 液 gV 排 * 影 响 浮 力 大 小 的 因 素 ： 液 体 的 密 度 液 物 体 排 开 液 体 的 体 积 V 排 4、 阿 基 米 德 原
19、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 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
20、船 在 制 作 上 是 通 过 什 么 方 式 来 增 大 浮 力 的 ？ 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 面 上 的 。 关 于 排 水 量 ： 说 明 ： 关 于 排 水 量 的 知 识 由 教 师 推 导 得 出 。 （ 3） 密 度 计 的 工 作 原 理 阅 读 教 科 书 （ 学 生 带 着 以 下 两 个
21、 问 题 进 行 阅 读 ） * 密 度 计 在 不 同 液 体 中 所 受 的 浮 力 相 同 吗 ？ * 密 度 计 上 的 刻 度 值 为 何 从 上 到 下 依 次 增 大 的 ？ 学 生 交 流 根据阿基米德原理 F 浮 =G 排 船漂浮在水面 F 浮 =G 物 G 排 =G 物 m 排 =m 物 密 度 计 是 漂 浮 在 液 面 的 ， 所 以 在 不 同 液 体 中 所 受 的 浮 力 相 同 ， 都 等 于 密 度 计 的 自 身 重 力 ， 当 液 体 密 度 增 大 时 ， 由 于 浮 力 不 变 ， 所 以 排 开 液 体 的 体 积 变 小 ， 由 此 密 度 计 上
22、 的 刻 度 值 分 布 ， 从 上 到 下 依 次 是 增 大 的 。 三 、 课 后 思 考 动 手 做 一 做 ： 现 有 竹 筷 子 一 根 ， 铁 丝 若 干 ， 请 制 作 一 个 带 有 刻 度 的 简 易 密 度 计 。 第 三 课 时 一 、 引 入 1、 情 景 ： （ 1） 图 片 ： 万 吨 巨 轮 在 水 面 上 航 行 。 （ 2） 演 示 ： 相 同 体 积 的 木 块 和 铁 块 同 时 浸 没 到 水 中 。 2、 思 考 ： （ 1） 为 什 么 水 能 托 住 万 吨 巨 轮 ， 却 托 不 起 小 铁 块 ？ （ 2） 浮 于 水 面 的 木 块 受 到
23、 的 浮 力 比 同 体 积 的 铁 块 大 吗 ？ 3、 问 题 ： 浸 没 在 液 体 中 的 物 体 的 浮 与 沉 是 由 什 么 决 定 的 ？ 4、 猜 想 ： 物 体 受 到 的 重 力 ？ 物 体 受 到 的 浮 力 ？ 物 体 受 到 的 重 力 和 浮 力 共 同 决 定 ？ 二 、 新 课 5、 探 究 物 体 的 浮 沉 条 件 （ 1） 学 生 实 验 ： 将 外 型 相 同 的 三 个 塑 料 小 盒 分 别 浸 没 到 水 中 ， 得 出 上 浮 、 下 沉 、 悬 浮 三 种 情 况 。 （ 2） 设 计 实 验 找 寻 “为 何 相 同 体 积 的 物 体 浸
24、 没 在 同 一 种 液 体 中 会 出 现 上 浮 、 下 沉 、 悬 浮 三 种 不 同 的 情 况 ？ ” 讨 论 实 验 方 案 （ 围 绕 以 下 问 题 思 考 ） * 如 何 测 物 体 的 浮 力 和 重 力 ？ * 选 用 哪 些 合 适 的 器 材 ？ 交 流 实 验 方 案 学 生 实 验 并 完 成 活 动 卡 实 验 记 录 单 2.1 （ 3） 演 示 ： 在 上 述 的 （ a） 图 的 水 中 到 入 一 定 量 的 盐 ， 观 察 现 象 。 （a）悬浮 （b）上浮 （c ）下沉 （ 4） 设 计 实 验 找 寻 “为 何 同 一 物 体 浸 没 在 不 同
25、种 液 体 中 会 出 现 悬 浮 、 上 浮 等 不 同 的 情 况 ？ ” 讨 论 实 验 方 案 （ 围 绕 以 下 问 题 思 考 ） * 如 何 测 物 体 的 浮 力 和 重 力 ？ * 选 用 哪 些 合 适 的 器 材 ？ 交 流 实 验 方 案 学 生 实 验 并 完 成 活 动 卡 实 验 记 录 单 2.2 （8）交流归纳 三 、 浮 沉 条 件 的 应 用 （1）潜水艇 通过多媒体向同学们展示潜水艇上浮和下潜的过程，学生直观的理解潜水艇是靠改变 自身重力来达到改变浮力和重力的关系，从而决定上浮或下潜的。 （2）热气球和飞艇 加热热气球使气体温度升高，气体膨胀增大了气球的
26、体积，从而增大了气球受到的浮 力，气球上升。飞艇里装的是氦气，增加飞艇里的氦气，使飞艇体积增大，从而使飞艇受 到的浮力大于飞艇的重力，飞艇上升。 说 明 ： 播 放 视 频 使 学 生 有 直 观 感 受 。 实 验 记 录 单 1 （ 1） 小组提出的假 设 ： 。 （ 2） 实 验 器 材 （ 在 你 们 小 组 所 选 择 的 实 验 器 材 名 称 前 面 打 “ ”） 沙 桶 、 钩 码 、 橡 皮 泥 、 铜 块 、 铝 块 、 水 、 浓 盐 水 、 煤 油 弹 簧 测 力 计 、 溢 水 杯 、 塑 料 杯 、 小 烧 杯 、 量 筒 、 小 塑 料 袋 、 一 次 性 小 塑
27、 料 杯 、 细 线 （ 3） 实 验 步 骤 （ 可 用 文 字 或 简 图 表 示 ） （ 4） 实 验 记 录 表 格 序 号 物 体 液 体 弹 簧 测 力 计 的 示 数 F 浮 （ N） G 排 （ N） F 浮 G 上浮 F 浮 =G 悬浮 F 浮 G 下沉 浸 没 在 液 体 中 的 物 体 浮 沉 条 件 是 F1(N) 在 空 气 中 F2 (N) 浸 在 液 体 中 1 2 3 4 （5）请根据你的实验数据分析并归纳初步结论： 。 （6）你们的假设与结论一致吗？对于小组实验，你们觉得还有哪些步骤或方法可以改进？ 你还想做些什么研究？ 实 验 记 录 单 2.1 （1）研究
28、主题： （2）实 验 器 材 （ 在 你 们 小 组 所 选 择 的 实 验 器 材 名 称 前 面 打 “ ”） 天平（带砝码） 量筒 弹簧测力计 水 浓盐水 酒精 装有不同质量沙的塑料小盒若干（A 、B、C、D、E） （ 3） 实 验 步 骤 （ 完 成 表 格 项 目 栏 中 物 理 量 填 写 ） （ 4） 实 验 记 录 表 格 (5) 请根据你的实验数据分析并归纳初步结论： 实 验 记 录 单 2.2 （1）研究主题： 序号 物理量 （2）实 验 器 材 （ 在 你 们 小 组 所 选 择 的 实 验 器 材 名 称 前 面 打 “ ”） 天平（带砝码） 量筒 弹簧测力计 水 浓盐水 酒精 装有不同质量沙的塑料小盒若干（A 、B、C、D、E） （ 3） 实 验 步 骤 （ 完 成 表 格 项 目 栏 中 物 理 量 填 写 ） （ 4） 实 验 记 录 表 格 (5) 请根据你的实验数据分析并归纳初步结论： 。 序号 物理量
