第九章浮力
第1節浮力
【教學目標】
知識與技能
1.曉得浮力的數學意義、定義、公式、單位。
2.能用浮力公式進行簡單估算。
3.曉得減小和降低浮力的技巧。
過程與技巧
1.觀察生活中各類跟浮力有關的現象,了解對比是提升數學思維的基本技巧。
2.探究壓力的作用療效跟哪些誘因有關,初步學習使用控制變量法。
情感心態與價值觀
1.經歷觀察、實驗、探究等學習活動,培養中學生尊重客觀事實、實事求是的科學心態。
2.通過探究性數學學習活動,使中學生獲得成功的愉悅,培養中學生對參與數學學習活動的興趣,提升學習的自信心。
【教學重難點】
重點:
1.浮力的概念。
2.用浮力公式進行簡單的估算。
難點:
1.探究壓力的作用療效跟哪些誘因有關?
2.浮力的估算。
【教學方式】
實驗探究法、講授法、提問法、演示法等。
【課前打算】
小桌、海綿、砝碼、鉛筆等,多媒體講義。
【教學過程】
一、創設情景、引入新課
播放錄象:在雪地里行走的人會深深地深陷雪中,而在滑雪板上的人則可以在雪面上自由自在地滑動。
你曉得這其中蘊涵的數學道理嗎?
二、進行新課
(一)壓力
1.多媒體展示圖片:一是小桌腿向上置于海棉上;二是鐵塊靜止在香甜的斜面上;三是手向墻壁上按圖釘。
引導中學生分別畫出物體對受力面壓力的示意圖。
2.多媒體展示三個壓力的示意圖,之后提問:三幅畫面中,物體對受力面的壓力有哪些相同之處?(壓力的方向都垂直于受力物體表面;壓力的作用都形成了療效)
3.總結壓力的定義:垂直作用在物體表面上的力。
壓力的方向:垂直于受力物體表面,指向物體。
(二)探究影響壓力作用療效的誘因
1.提出問題
(1)通過中學生觀察兩幅圖片,并說出每幅圖片中壓力的作用療效是哪些?
(2)引導中學生剖析兩幅圖片有哪些不同(壓力的作用療效不同),在此基礎上,采用“遞進式”指導中學生提出問題:“壓力的作用療效跟哪些誘因有關?”
2.推測與假定
(1)第一層次的推測:壓力的作用療效與哪些誘因有關?指導中學生觀察下述圖片:“蟬把毒腺插入樹根”“駱駝厚實的手臂走在荒漠中”“拿錘頭使勁往木板上釘鐵釘”“裝滿貨物的車輛深陷香甜的土里時,要卸去車上的貨物”。引導中學生小組合作討論剖析,提出各類推測。
(2)引導中學生思索提出的各類推測,并進行篩選歸類、綜合整理,提出與本課有關的推測:壓力的作用療效可能與壓力的大小和受力面積的大小有關。
(3)第二層次的推測:壓力的作用療效與壓力的大小、受力面積的大小具體是哪些關系?
①讓中學生用鋼筆做實驗,讓筆尖壓在手腕上,先輕壓后重壓,比較兩次腫脹的覺得。引導中學生剖析現象,提出推測:“受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用療效可能越顯著”。
②讓中學生再用鋼筆做實驗,用兩只手的拇指同時壓鋼筆的兩端(尖端和尾端),比較手腕酸痛的覺得。引導中學生剖析現象,提出推測:“壓力相同時,受力面積越小,壓力的作用療效可能越顯著”。
3.設計實驗
(1)提問:這個探究實驗使用了哪些研究方式?為何使用此方式?
(2)小組合作討論:在實驗中怎樣控制變量?
中學生討論交流,班主任歸納整理后,多媒體展示:在探究壓力的作用療效與壓力的大小關系時,保持受力面積不變,改變壓力的大小;在探究壓力的作用療效與受力面積大小關系時,保持壓力不變,改變受力面積的大小。
(3)提問:在實驗中怎樣改變壓力的大小和受力面積的大小?
(4)提問:在實驗中通過觀察哪些現象,比較壓力的不同療效?
(5)中學生自主選擇實驗器材,交流設計的實驗方案。
4.進行實驗
(1)指導中學生2人一組先完成第一個探究實驗:探究壓力的作用療效與壓力大小的關系。引導中學生觀察實驗現象,對比壓痕的深度,記錄實驗現象。
(2)指導中學生完成第二個探究實驗:探究壓力的作用療效與受力面積大小的關系。引導中學生觀察實驗現象,對比壓痕的深度,記錄實驗現象。
5.剖析論證
(1)指導各實驗小組剖析第一個探究實驗的實驗現象,得出實驗推論。
(2)指導各實驗小組剖析第二個探究實驗的實驗現象,得出實驗推論。
6.交流評估
(1)各小組代表分別交流兩個探究實驗的實驗器材、實驗技巧、實驗現象、實驗推論。
(2)班主任多媒體展示:壓力的作用療效與壓力的大小和受力面積的大小有關。當受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用療效越顯著;當壓力相同時,受力面積越小,壓力的作用療效越顯著。
(3)討論交流:
①反思實驗的設計思想和實驗過程,評估得出的推論是否可信?
②你選擇的實驗器材,設計的實驗方案有哪些缺陷?怎么改進實驗設計?
(三)浮力
1.浮力的概念
(1)假如小桌對海棉的壓力是30N,在受力面積分別為3cm2(桌腿)和30cm2(桌面)時,估算桌腿和桌面每平方米所遭到的壓力。
(2)讓中學生將估算的數據與實驗現象相對應,引導中學生發覺:壓力與受力面積比值的大小可以表示壓力作用療效的大小。由此引出浮力的概念,并板書課題。
(3)班主任講解:浮力的數學意義、定義、公式、單位。邊講解邊用多媒體展示:
數學意義:表示壓力的作用療效。
定義:物體單位面積上遭到的壓力。
公式:p=(適用于固體、液體、氣體)
單位:帕斯卡(Pa)
(4)例題:桌面上平放一本教科書,書的重量是2.5N,與桌面接觸面積是
5×10-2m2,計算書對桌面的浮力。
訓練思路:剖析題意—學生板演—師生評價—學生矯治—總結技巧。
2.怎么減小或減少浮力
(1)引導中學生借助浮力公式p=,運用控制變量法定性剖析浮力的大小與哪些誘因有關?具體是哪些關系?
(2)班主任歸納小結,并用多媒體展示p=
S一定,p與F成反比;
F一定,p與S成正比。
(3)小組合作討論:觀察課本P31“想想議議”四幅圖:鏟車、篆刻刀、破窗錘、火車軌道。再列出生活中的一些相關例子,討論歸納減小或減少浮力的技巧。
(4)中學生交流:減小或減少浮力的方式,并舉出例子加以說明。
(5)班主任歸納整理,并用多媒體展示:
減小或減少浮力的方式
減小的方式F一定、減小S
S一定、增大F
減小F、減小S
減少的方式F一定、增大S
S一定、減小F
減少F、增大S
【課堂小結】
引導中學生從以下幾個方面小結:通過這節課的學習,你學會了什么知識?學會了什么方式?有哪些新的收獲?有哪些新的體會?還有哪些困擾?還想曉得哪些問題?
【板書設計】
第1節浮力
一、影響壓力作用療效的誘因:
壓力大小和受力面積大小
二、壓強
1.化學意義:表示壓力作用療效的數學量
2.定義:物體所受壓力的大小與受力面積之比
3.公式:p=
4.單位:帕斯卡Pa
5.減小和降低浮力的方式
(1)減小方式:減小壓力或減小受力面積
(2)減少方式:降低壓力或減小受力面積
第2節液體的浮力
【教學目標】
知識與技能
1.了解液體內部存在浮力,以及液體內部浮力的方向。
2.了解液體浮力大小跟哪些誘因有關。
3.認識浮力的實際應用——連通器,了解生活和生產中形形色色的連通器。
過程與技巧
1.通過對演示實驗的觀察,了解液體內部存在浮力的事實。
2.體驗和感受游泳時身體遭到水形成的浮力。
情感心態與價值觀
1.在觀察實驗過程中,培養中學生的科學心態。
2.密切聯系實際,提升科學技術應用于日常生活和社會的意識。
3.鼓勵中學生積極參與探究活動。
【教學重難點】
重點:
液體浮力的特征
難點:
液體浮力的特征
【教學用品】
液體浮力的演示裝置、水槽、U形管浮力計、連通器、水等
【教學方式】
講授法、演示法、實驗探究法、歸納總結法
【教學過程】
一、引入新課
播放視頻:潛水艇,引出本節課的課題
二、新課教學
(一)液體浮力的特征
1.觀察右圖,剖析橡皮膜的變化,讓中學生感知液感受形成浮力,且向各個方向都有浮力。并剖析液體浮力形成的誘因。
2.用側壁開有幾個小孔的筒裝水,讓中學生觀察到水從小孔流下來,且處于不同位置的小孔流下來的射速都不一樣,讓中學生感知液體內部浮力隨深度的降低而減小。
3.檢測液體浮力的工具——液體浮力計:
結構、原理
4.用液體浮力計探究液體浮力特征:
(1)液體內部向各個方向都有浮力。
(2)液體浮力隨著深度的降低而減小。
(3)液體浮力與液體密度有關系。
引導中學生依據所觀察到的實驗現象得出液體內部浮力的特性:
(1)液體內部向各個方向都有浮力。
(2)在同一深度,液體內部向各個方向的浮力都相等。
(3)液體內部的浮力隨深度的降低而減小。
(4)在相同深度,液體的浮力隨液體密度的減小而減小。
(二)液體浮力的大小
1.采用數學模型的方式,如教材圖9.2-3中,截取一段“液柱”或者估算整個容器頂部的浮力,借助浮力的定義公式結合質量、密度公式引導中學生推導入液體的浮力公式p=ρgh。
2.師生共同剖析液體浮力公式p=ρgh中各化學量及其單位。
3.師生共同完成教材P35例題。
(三)連通器
1.定義:下端開口、下端連通的容器叫作連通器。
2.特征:連通器里裝有同種液體,當液體不流動時各容器中的液面高度總是相同的。
3.舉例剖析連通器:茶具、鍋爐的水位計、花灑、水塔與自來水管。
4.播放視頻:介紹連通器的應用：水閘、過路涵洞、噴泉
【課堂小結】
班主任:通過明天的學習你學到了哪些,有哪些成功的經驗和收獲?
【板書設計】
第2節液體的浮力
1.液體內部浮力的特性:
(1)液體內部向各個方向都有浮力。
(2)在同一深度,液體內部向各個方向的浮力都相等。
(3)液體的浮力隨深度的降低而減小。
(4)在相同深度,液體的浮力隨密度的減小而減小。
2.估算公式:p=ρgh
3.連通器
(1)定義:下端開口、下端連通的容器。
(2)特性:裝相同的液體,當液體不流動時,連通器各部份中的液面高度總是相同的。
(3)應用:水閘、鍋爐水位計。
第3節大氣壓強
【教學目標】
知識與技能:
1.曉得大氣有浮力。
2.認識生活中借助大氣浮力的現象。
3.曉得大氣壓數值的檢測方式以及估測方式。
過程與方式:
1.體驗大氣浮力的存在。
2.探究檢測大氣浮力的技巧。
3.聯系實際,培養中學生觀察、思考和剖析問題的能力,應用知識解決簡單問題的能力。
情感心態與價值觀:
1.培養中學生動手和積極探究的精神。
2.通過對大氣浮力應用的了解,初步認識科學技術對人類生活的影響。
【教學重難點】
重點:
1.通過生活實例,感知大氣壓的存在。
2.了解檢測大氣壓的技巧。
3.曉得大氣壓對人類生活的影響。
難點:
1.設計多種方式證明大氣壓的存在。
2.檢測大氣壓大小的技巧。
【教學方式】
講授法、演示法、問題啟發法、歸納總結法。
【教學過程】
一、引入新課
(投影并解說)我們生活在大氣“海洋”底層,其中,有許多看似意外卻是真實的現象或故事在發生著:患有關節炎的人會在下雨天(氣壓顯著變化)倍感腫脹;在高原中將水加熱到80℃左右可能就沸騰了……
實驗演示:將杯中裝滿水后,在瓶口蓋上硬紙片,請朋友們猜想杯子倒過來后會發生哪些現象?
通過捉住中學生好奇的心理特征,用直觀的教學方式,讓中學生對生活中與大氣壓有關的現象形成濃濃的興趣。
二、進行新課
(一)大氣浮力的存在
[活動1]中學生選擇器材,動手實驗并思索:
(1)“被夾住”的兵乓球:將礦泉射手裝滿水后把一個兵乓球置于瓶口,用手按住兵乓球,杯子倒過來后,抬起按兵乓球的手,你看見的現象是哪些?
(2)“覆杯實驗”:將玻璃杯裝滿水,用硬紙片蓋緊倒過來或朝向各個方向,你又見到了哪些?
(3)“吸盤模擬馬德堡半球”實驗:將兩個吸盤相對,使勁擠壓,再往兩側拉,你的體會如何?
[活動2]師生剖析實驗:
(1)組織中學生分組討論:實驗中觀察到的現象及其緣由。
(2)中學生代表分別說明,不腳部分由其他中學生或班主任補充。
(3)班主任小結:大氣有浮力即大氣壓。為了給中學生強烈的體會沖擊,可以由中學生來做“馬德堡半球”實驗。
這么,你能夠列出什么現象或例子說明大氣壓的存在呢?師生共同舉例說明。
[活動3]師生回顧實驗中遇見的問題或困難。
(1)在昨天的實驗中,你遇到了哪些困難?你是怎么克服困難并完成實驗的?
(2)中學生匯報完后,班主任做說明。
[活動4]問:大氣壓有哪些特征呢?
中學生思索回答,并通過演示“覆杯實驗”說明。紙片朝向各個不同的方向,紙片不掉出來,因而得出:大氣向各個方向都有浮力。
[設計說明:由實驗設疑,導致中學生的求知欲,通過四個活動,讓中學生親自動手、動腦,相互討論來認識大氣壓的存在和特性,并盡可能解決活動中遇見的問題]
(二)大氣壓的檢測
1.實驗演示:
(1)先將玻璃杯裝滿水倒插入水槽中,再漸漸往上提(杯口不離開海面,下同),觀察杯中水是否飽含?接著換用燒杯和狹長玻璃管,重復上述過程。
(2)中學生討論:你觀察到了哪些現象?為何水總是充溢的?怎么做就能使水不飽含呢?
經過討論過后,使中學生認識到:水飽含的緣由是因為大氣壓小于管中的水壓,只有管內水壓等于外界大氣壓時,管內海面才不再上升,若把管加長則水可能不再飽含整個管子了,這時它的上方成了真空。
這就給我們提供了一個檢測大氣壓的思路:可以借助液體浮力間接檢測大氣壓。并且因為水的密度太小,要求玻璃管太長,所以,人們就選擇了密度大的液體汞(水銀),這就是知名的托里拆利實驗。
2.中學生閱讀:托里拆利實驗。
思索(投影):(1)開始時,汞為何會增長?哪些時侯停止增長?
(2)玻璃管內汞柱上方為何是真空?
(3)怎樣估算大氣壓的值?
中學生回答后,班主任小結并指出:
1個標準大氣壓的值——p0=ρ汞gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa
3.中學生閱讀教材,了解氣壓計及其作用。
4.動手做實驗,估測大氣壓。
中學生討論可用什么方式?(討論后,逐一投影)
(1)器材:吸盤、彈簧測力計;原理:p=
思路:(由中學生交流討論,再整理)
(2)器材:注射器、彈簧測力計、刻度尺;原理:p=
思路:(由中學生交流討論,再整理)
以上兩步,在中學生討論的基礎上,再將實驗的思路總結下來,進行實驗。
(3)師生共同討論實驗中遇見的問題以及解決的方式。
[設計說明:在班主任的引導下,使中學生學習到一種間接檢測大氣壓的方式,通過中學生自己設計實驗,欣賞自己的方式,學習別人的方式,來拓展自己的思維]
5.大氣壓與人類生活
中學生自學與班主任演示:(配合投影)
(1)中學生閱讀相關內容,了解大氣壓與高度的關系。
(2)思索:我們生活在大氣層的底層,為何沒有倍感難
受或被壓癟呢?
(3)實驗演示:液體沸點與氣壓的關系。
通過實驗,讓中學生曉得:液體液面上方的氣壓越大,液體的沸點就越高;氣壓越小,沸點越低。
【課堂小結】
班主任:通過明天的學習你學到了哪些?有哪些成功的經驗和收獲?
【板書設計】
第3節大氣壓強
一、大氣壓的存在
1.證明大氣壓存在的事例:用吸管吸啤酒、馬德堡半球實驗
2.大氣壓的方向:向各個方向
3.大氣壓形成緣由:大氣受重力,大氣具有流動性
二、大氣壓的檢測
1.檢測實驗:托里拆利實驗
2.標準大氣壓:p0=1.013×105Pa
3.大氣壓與高度的關系:大氣壓隨著高度的降低而降低
4.對沸點的影響:液體的沸點隨著液體上方大氣壓的減小而下降
第4節流體浮力與流速的關系
【教學目標】
知識與技能
1.了解流體的浮力與流速的關系
2.了解客機的升力是如何形成的
3.了解生活中跟流體的浮力與流速相關的現象
過程與技巧
1.通過觀察,認識二氧化碳的浮力跟流速有關的現象
2.體驗由二氧化碳浮力差別形成的力
情感心態與價值觀
初步展現二氧化碳浮力差別所形成現象的奧秘,獲得對科學的熱愛、親近感。
【教學重難點】
重點:
流體浮力與流速的關系
難點:
能用流體浮力與流速的關系簡單解釋生活中的一些現象。
【教學打算】
多媒體講義、機翼模型、飛機模型、橫截面積不同的玻璃管、乒乓球、漏斗、小紙船、紙張、礦泉射手、杯子等。
【教學過程】
(一)引入新課
讓中學生做兩個“漏斗吹兵乓球”的小實驗,把兵乓球放置于漏斗中間,一個朝上,一個朝下,往漏斗里吹氣。
事先讓朋友推測,球會不會被吹走,球會不會掉出來,之后實驗。通過實驗現象迸發中學生的好奇心和求知欲,引入明天的課題“流體浮力與流速的關系”。
(二)新課教學
1.提出問題:哪些是流體?
液體和二氧化碳都具有流動性,也稱為流體。如:空氣、水等。流體流動時的浮力叫做流體浮力。
2.科學探究活動——研究流體浮力與流速的關系
(1)提出問題
流體浮力與流速有哪些關系?
(2)推測與假定
推測1:液體和二氧化碳流動越快,它的浮力越大。
推測2:液體和二氧化碳流動越快,它的浮力越小。
推測3:液體和二氧化碳流動越快,它的浮力不變。
(3)設計實驗并進行實驗
下邊請朋友們掏出課前要你們打算好的東西:兵乓球、漏斗、小紙船、紙、杯子、礦泉射手等,按事先分好的組進行實驗。
①向兩張自由下垂的紙中間吹氣,會看到哪些現象?
②杯子里倒入兵乓球,往杯口水平吹氣,能夠讓兵乓球在瓶子之間跳躍,試試看。
③將事先折好的兩只小船,倒入盆子內,之后用礦泉瓶當成水管向船中間的水域沖水,兩船怎么運動?
一組選其中一個實驗探究,做完后可以探究其他實驗。
比一比看誰的實驗做得好
中學生根據所設計的方案進行實驗,班主任巡視指導。
(4)交流與合作
請每小組派一個代表就剛剛的實驗,上來重新演示,談談觀察到的實驗現象,并發表一下自己的想法。
投影:
第一個實驗的現象是紙向中間靠攏了。
按照中學生的想法,引導中學生討論得出:這是由于不吹氣時,紙張兩邊的空氣相對靜止,使得空氣對紙作用的浮力相同,二氧化碳浮力不會造成紙張運動,而吹氣時,紙張外側空氣流動快,浮力變小,內外引起浮力差,使兩張紙向中間靠攏。
推論:在二氧化碳中,流速較大的位置浮力較小。
第二個實驗的現象是兵乓球會跳下來,跳到另一個瓶子。
按照中學生的想法,引導中學生討論得出:往杯口水平吹氣,杯口空氣流速大,浮力小,瓶子內的空氣流速小,壓強悍,內外浮力差把兵乓球托下來。
推論:在二氧化碳中,流速較大的位置浮力較小。
第三個實驗的實驗現象是分開的小船靠在了一起。
按照中學生的想法,引導中學生討論得出這是由于沖水后,兩船之間水流快,浮力小,兩船兩側水流慢,壓強悍,因而船內外的浮力差使兩船向中間靠攏。
推論:在液體中,流速較大的位置浮力較小。
總結:在二氧化碳和液體中,流速越大的位置,浮力越小。
3.演示實驗:直觀彰顯流體浮力與流速的關系
①演示如圖所示,引導中學生觀察玻璃管粗細和火柱的高低。
②投影:動漫剖析
③引導中學生剖析A、B管流速大小和a、b處的浮力大小。
如圖中所示的玻璃管,A處的橫截面比B處的大,在A和B處分別裝有豎直玻璃管a和b。當水在玻璃管中流動時,可以看見a管中的液面比b管中的高,這說明A處的浮力比B處的大,而在橫截面較小的B處,水流比較集中,水的流速其實比在A處的要大。這就是說:流體在流速大的地方浮力較小,在流速小的地方浮力較大。
4.聯系生活實際:中學生舉例,并能用明天所學的知識解釋現象。
比如:①“過堂風”會把三居側面擺放的家具門吹開,這是為何?
②為什么列車站臺都有一條安全線,列車行駛時禁止人們步入安全線以內的區域?
③解釋本節開頭的“漏斗吹兵乓球”,球不走的實驗。
5.客機的升力
幾十噸的客機為何還能在空中飛行呢?秘密在于翼型。
引導中學生觀看客機起飛和客機的進氣道特征,思索以下幾個問題:
1.客機的進氣道有哪些特征?
2.客機飛行時升力是怎樣形成的?
演示客機襟翼上升,引導中學生總結:
客機的進氣道一般都弄成上凸下平的形狀,其上方彎曲,下方近似于直線,因而,客機飛行時,空氣和噴管做相對運動,因為噴管上方空氣走過的路程較遠,空氣流動比下方要快,浮力要小。與其相對,襟翼下方空氣流動較慢,浮力較大,上下的壓力差使客機形成一個向下的升力,但是,當客機速率減小,升力也減小,當升力小于客機自重時,客機便起飛了。
師:在生活中,除了客機借助了升力,水翼船也借助了升力來減少艙室的阻力,水翼船的上部,也有類似于客機噴管的水翼,船在高速行駛時,水翼會獲得升力,使艙室與水的接觸面積增大,因而降低水對艙室的阻力,進一步提升船速。
(三)課堂小結
通過本節課的學習你最大的收獲是哪些?
【板書設計】
第4節流體浮力與流速的關系
1.流體:具有流動性的液體和二氧化碳的合稱。
2.流體浮力與流速的關系:在二氧化碳和液體中,流速越大的位置,浮力越小。
3.客機的升力
(1)翼型形狀:上凸下平。
(2)形成緣由:襟翼上方空氣流速快,浮力小,襟翼下方空氣流速慢,壓強悍,翼型上下表面存在向下的壓力差。
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