我們已經認識了浮力,并且得到了三種計算浮力的方法,
1.當物體漂浮在液面上時,其所受浮力F?。紾物;
2.用彈簧秤測定物體浮力。把物體掛在彈簧秤上,當物體靜止時,彈簧秤的示數為F1,將物體浸入水中,彈簧秤的示數為F2,則物體所受浮力為F?。紽1-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,第一種只適用于計算漂浮在液面上的物體所受浮力,第二種不適用于質量過大的物體,第三種不適用于形狀不規則的物體。
1.創設問題情境
教師:首先,我們一起來做兩個實驗:
實驗一:
每組分發一塊大小相等的橡皮泥(當眾分發,增加可信度),給大家3-5分鐘的時間,利用橡皮泥做一條小船,看哪一組的船裝“貨物”最多“貨物”是規格相同的釘子。
分組實驗:
(由于問題具有挑戰性且貼近學生實際,極大地調動了同學們的積極性,各組成員分工協作,爭先恐后,開始行動。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”?!啊?0、11、12……20……”。在這九個組中,有八個組“裝貨”在十個以上,有兩個組在20枚釘子以上。在整個過程中,同學們興奮不已,繼而每個同學卻為自己的“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,但事實上他們在做的過程中都在思考著這樣一個問題:“怎樣做,才能裝貨更多?”)
實驗二:
請同學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:通過前面的兩個實驗,請大家思考這樣一個問題:浮力的大小可能與什么因素有關?
3.猜想與假設
教師:請同學們根據前面的兩個實驗作出自己的猜想,并說出猜想的根據。
學生:底面積,因為把船底做大,“貨物”裝的才多;物體密度,有些物體在水中漂浮,有些物體則會沉底;液體密度,因為同一物體在水中可以沉底,在水銀中則可以漂??;浸入液體的深度,因為易拉罐越往下壓,越費勁;浸入液體的深度和物體的底面積,因為用粗細不同的易拉罐,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。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?有什么關系?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。對某種確定的物質而言,體積和質量、重力是—一對應的。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系。
4.制定計劃(設計實驗)
教師:我們應該如何設計實驗去驗證我們的猜想?
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系。
5.收集證據(進行實驗)
分組實驗
(在這個過程中,學生們展現了一些個性化的作法:有些同學在往溢水杯中放物體的同時,測出了物體所受浮力和物體排開液體所受重力;有些同學是先在自備容器中測定物體全都浸入水中時所受浮力,再利用溢水杯測定物體全部浸入水中時排開水所受重力;有些同學在測定物體排開液體所受重力時,因為杯子太輕,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……)
記錄數據
以下是四級學生的實驗數據:
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據
在得到測量結果后,同學們自發地對數據進行了分析。各組交流:他們發現兩只彈簧秤示數變化量是相同的,其中彈簧秤1示數的減少量是物體所受浮力的大小,彈簧秤2示數的增加量是物體排開水所受重力的大小。
師生共同確認: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?。紾排。從而證明同學們前面的猜想是有根據的。
教師:(在得到F?。紾排之后,首尾呼應)這就是今天我們所要學習的第四種計算浮力的方法。它是一種普遍適用的,比較簡單的方法。