“浮力”教學(xué)中的科學(xué)探究
將同學(xué)們的猜想歸納為四個:浮力的大小可能與物體密度大小有關(guān);浮力大小可能與浸入體積大小有關(guān);浮力大小可能與浸入液體深度有關(guān);浮力大小可能與液體密度大小有關(guān)。
設(shè)計實驗:引導(dǎo)運用“控制變量法”進(jìn)行實驗。浮力大小可能和上述因素都有關(guān)系,但當(dāng)我們研究浮力大小和其中一個因素的關(guān)系時,必須控制其它因素,使其保持不變,以排除其它因素的影響和干擾。
同學(xué)們設(shè)計并進(jìn)行實驗驗證自己所提出的猜想。對驗證第一個猜想的小組教師要準(zhǔn)備體積相同的不同物體(圓柱體組)。對驗證第四個猜想的小組教師要準(zhǔn)備鹽水、酒精。
對同學(xué)們在實驗中獲取的信息的分析處理中,引導(dǎo)學(xué)生注意實驗中物體浸入液體的深度的改變實質(zhì)是物體浸入液體中的體積的改變。
結(jié)論:同學(xué)們在用“控制變量法”進(jìn)行實驗后發(fā)現(xiàn),當(dāng)其它條件都一樣,只有物體密度或浸入液體深度不一樣時,測得浮力大小相等,說明浮力大小與它們無關(guān);而當(dāng)其它條件都一樣,只有液體密度或物體浸入液體體積不一樣時,測得浮力大小不等,說明浮力大小和它們有關(guān)。對數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析比較,得出了結(jié)論,即“浸在液體里的物體所受浮力的大小與液體密度和排開液體的體積有關(guān)”。
探究三:浮力的大小等于什么?
設(shè)疑:我們已經(jīng)探究出浮力大小與液體密度和排開液體的體積有關(guān),那么,它們之間有沒有確定的數(shù)量關(guān)系呢?引導(dǎo)同學(xué)們由定性到定量、由淺入深地進(jìn)行探究。
在桶中盛大半桶水,用手將空的飲料瓶按入水中,體會飲料瓶所受浮力及其變化,同時觀察水面高度的變化,通過分析比較同學(xué)們發(fā)現(xiàn),飲料瓶浸入越多,浮力越大,排開水也多。引導(dǎo)學(xué)生思維形成“浮力大,排開的水多;浮力小,排開的水少”的定性的認(rèn)識。
提出問題:浮力的大小和排開水的多少是否有著必然的聯(lián)系呢?引導(dǎo)探究“浮力大小與排開液體所受的重力”究竟是什么關(guān)系?
猜想:浸入水中的物體所受浮力的大小可能與物體排開水所受的重力相等。
設(shè)計實驗:引導(dǎo)同學(xué)們思考;如何測量物體在水中所受浮力的大小?如何測量物體浸入水后排開水所受的重力?
對于浮力的測量,同學(xué)們很容易想到,在這里重點引導(dǎo)學(xué)生討論測量物體浸入水中后排開水所受的重力。
第一種方法:即為教材(人教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教材《物理》九年級p83中)所示方法,這種方法關(guān)鍵在如何在溢水杯中裝滿水,使浸入物體排開的水能全部流入小桶中。
第二種方法:在量筒中盛適量的水,將物體浸入水中,讀出上升的刻度,即為物體排開水的體積,再根據(jù)m=ρv和g=mg計算出物體所排開水的重力。
第三種方法:在喝水的杯子里裝滿水,測出杯子和水的總重量,然后將物體浸入水中,當(dāng)杯中水不再溢出里,取出物體,測量杯子和剩下的水的總重量,減輕的重量即為物體排開水的重力。
第四種方法:……
結(jié)論:同學(xué)們通過實驗驚奇的發(fā)現(xiàn),物體所受的浮力,竟和它所排開水所受的重力正好相等。從而得出阿基米德原理:“浸在液體里的物體受到向上的浮力,浮力的大小等于物體排開液體所受的重力。”
浮力的利用
設(shè)疑:通過前面的探究,同學(xué)們已經(jīng)知道在水中下沉的物體也會受到浮力的作用,同時也知道在水中上浮的物體受到的浮力不一定比下沉的物體所受到的浮力大。為什么乒乓球會浮在水面,而小石塊會沉入水底。即物體的浮沉由什么決定?