我們已經(jīng)認(rèn)識了浮力,并且得到了三種計(jì)算浮力的方法,
1.當(dāng)物體漂浮在液面上時(shí),其所受浮力F浮=G物;
2.用彈簧秤測定物體浮力。把物體掛在彈簧秤上,當(dāng)物體靜止時(shí),彈簧秤的示數(shù)為F1,將物體浸入水中,彈簧秤的示數(shù)為F2,則物體所受浮力為F浮=F1-F2;
3.利用物體上、下表面的壓力差求得浮力:F浮=F下-F上。
師生討論:這三種方法都有其局限性,第一種只適用于計(jì)算漂浮在液面上的物體所受浮力,第二種不適用于質(zhì)量過大的物體,第三種不適用于形狀不規(guī)則的物體。
1.創(chuàng)設(shè)問題情境
教師:首先,我們一起來做兩個(gè)實(shí)驗(yàn):
實(shí)驗(yàn)一:
每組分發(fā)一塊大小相等的橡皮泥(當(dāng)眾分發(fā),增加可信度),給大家3-5分鐘的時(shí)間,利用橡皮泥做一條小船,看哪一組的船裝“貨物”最多“貨物”是規(guī)格相同的釘子。
分組實(shí)驗(yàn):
(由于問題具有挑戰(zhàn)性且貼近學(xué)生實(shí)際,極大地調(diào)動(dòng)了同學(xué)們的積極性,各組成員分工協(xié)作,爭先恐后,開始行動(dòng)。有的用手捏,有的先用筆桿軋成“餅”,再把四周折起,做成“船”,做完后紛紛放入水中,投放“貨物”。“……10、11、12……20……”。在這九個(gè)組中,有八個(gè)組“裝貨”在十個(gè)以上,有兩個(gè)組在20枚釘子以上。在整個(gè)過程中,同學(xué)們興奮不已,繼而每個(gè)同學(xué)卻為自己的“小船”最終“沉沒”而惋惜頓足。雖然老師還沒有提出做船的目的,但事實(shí)上他們在做的過程中都在思考著這樣一個(gè)問題:“怎樣做,才能裝貨更多?”)
實(shí)驗(yàn)二:
請同學(xué)們拿出自備的空易拉罐,慢慢地壓入水中,感受手掌受力變化。
2.提出問題
教師:通過前面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn),請大家思考這樣一個(gè)問題:浮力的大小可能與什么因素有關(guān)?
3.猜想與假設(shè)
教師:請同學(xué)們根據(jù)前面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)作出自己的猜想,并說出猜想的根據(jù)。
學(xué)生:底面積,因?yàn)榘汛鬃龃螅柏浳铩毖b的才多;物體密度,有些物體在水中漂浮,有些物體則會(huì)沉底;液體密度,因?yàn)橥晃矬w在水中可以沉底,在水銀中則可以漂浮;浸入液體的深度,因?yàn)橐桌拊酵聣海劫M(fèi)勁;浸入液體的深度和物體的底面積,因?yàn)橛么旨?xì)不同的易拉罐,壓入水中相同的深度,用力大小不同。
教師:我們今天著重研究浮力與浸入液體的深度和物體的底面積是否有關(guān)。這就是浮力與物體浸入液體的體積,也就是物體排開液體的體積是否有關(guān)?有什么關(guān)系?但是測量液體體積的量筒,對少量液體而言,誤差是比較大的。對某種確定的物質(zhì)而言,體積和質(zhì)量、重力是—一對應(yīng)的。為了測量的方便,我們研究浮力與物體排開液體的重力之間的關(guān)系。
4.制定計(jì)劃(設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn))
教師:我們應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證我們的猜想?
用彈簧秤測量物體所受浮力,用老師提供的紙杯把物體從溢水杯中排出的水收集起來,用彈簧秤測定其重力。最后尋找并比較兩者之間的關(guān)系。
5.收集證據(jù)(進(jìn)行實(shí)驗(yàn))
分組實(shí)驗(yàn)
(在這個(gè)過程中,學(xué)生們展現(xiàn)了一些個(gè)性化的作法:有些同學(xué)在往溢水杯中放物體的同時(shí),測出了物體所受浮力和物體排開液體所受重力;有些同學(xué)是先在自備容器中測定物體全都浸入水中時(shí)所受浮力,再利用溢水杯測定物體全部浸入水中時(shí)排開水所受重力;有些同學(xué)在測定物體排開液體所受重力時(shí),因?yàn)楸犹p,事先在杯子里裝了適量的水,測出其重力,再把物體排開的水收集起來,測其總重,二者之差即是物體排開水所受的重力……)
記錄數(shù)據(jù)
以下是四級學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
第一組:
彈簧秤1
2N
1.6N
彈簧秤2
0.1N
0.5N
第二組:
彈簧秤1
2N
1.7N
彈簧秤2
0.5N
0.8N
第三組:
彈簧秤1
1.4N
0.2N
彈簧秤2
0.1N
1.2N
第四組:
彈簧秤1
1.3N
0.2N
彈簧秤2
0.2N
1.3N
6.分析論證分組分析數(shù)據(jù)
在得到測量結(jié)果后,同學(xué)們自發(fā)地對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。各組交流:他們發(fā)現(xiàn)兩只彈簧秤示數(shù)變化量是相同的,其中彈簧秤1示數(shù)的減少量是物體所受浮力的大小,彈簧秤2示數(shù)的增加量是物體排開水所受重力的大小。
師生共同確認(rèn):物體所受浮力大小等于物體排開液體所受重力之大小,即F浮=G排。從而證明同學(xué)們前面的猜想是有根據(jù)的。
教師:(在得到F浮=G排之后,首尾呼應(yīng))這就是今天我們所要學(xué)習(xí)的第四種計(jì)算浮力的方法。它是一種普遍適用的,比較簡單的方法。