初中物理《浮力》实验教学设计
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作者: 黄宜芳
[摘要]本文阐述了六个方面的问题:一是认清浮力定律(阿基米德定律)。二是教具装置图。三是制作材料。四是制作方法。五是实验方法。六是器材特点及教学功能。
[关键词]物理 浮力 实验教学设计
浮力这一章是初中物理的一个重要内容,也是学生最难学的内容之一,有研究表明:由于浮力的内容学得不好,引起了初中学生对物理学习兴趣的分化。其原因主要有以下两个方面:(1)浮力的内容比较抽象,而学生的思维水平较低,学习起来困难较大。(2)浮力这部分内容的学习受到学生经验中形成的前概念的影响较大。
一、认清浮力定律(阿基米德定律)
阿基米德定律的内容是:浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体的重力。
这个定律有两大部分,第一部分是“浸在液体里的物体受到向上的浮力”。这是定律的定性部分。第二部分是“浮力的大小等于物体排开液体的重力”。这是定律的定量部分,也就是说,阿基米德定律的叙述重复了两次,第二次叙述是以第一次叙述为基础的,是对第一次叙述的补充说明。
在第一部分中,“浸在液体里”,这是定律成立的条件。没有这个条件,浮力就无从谈起。“物体”是定律的表述对象,也是我们的研究对象。“受到向上的浮力,且浮力大小等于物体排开液体的重力”是定律的结果。
因此,该定律完整描述了浮力,亦完整描述了浮力的三个要素。浮力大小――等于物体排开液体的重力;浮力方向――竖直向上;浮力作用点――作用在浸在液体中的物体上。
由此,我们得出浮力大小的数学表达式:F浮=G排液=m排液×g=ρ液×g×V排,式中ρ液表示液体密度,V排表示物体排开液体的体积。
由阿基米德定律条件及数学表达式,我们可知:浸在液体里的物体所受浮力大小与液体密度和物体排开液体的体积有关,与物体材料、形状、运动状态、容器内液体多少无关;当物体被浸没时,与浸没在液体中的深度无关。
“浸在液体里”是指物体全部浸没和部分浸入液体中两种情况。V排是指排开液体的体积,不一定是物体的体积,只有物体完全浸没于液体时,V排=V物;而物体部分浸入时,V排=V物-V露,式中V露为物体露出液体部分的体积。
另外,阿基米德定律同样适用于气体,即:F浮=ρ气•g•V排。
在教材中关于浮力产生原因和阿基米德原理的推导是这样处理的:设想一个立方体浸没在水里,它的6个表面都受到水的压力。它的左右两侧面、前后两侧面,受到的压力都是大小相等、方向相反,互相平衡,只有上下两面由于深度不同,受到水的压强大-小不同,压力也因而不相等,下表面受到水向上的压力f1大于上表面受到水向下的压力F,向上和向下这两个压力差就是液体对浸入物体的浮力:F浮=F1-F。
阿基米德原理推导:设想边长为l的立方体浸没在密度为p液的液体里,它上表面受到液体向下的压强:P=p液gh1。
无论是浮力产生原因,还是阿基米德原理推导,对初中生来说在思维能力和数学基础上要求都比较高,这给教学带来了很大的困难,为此,用自制的教具进行如下实验。
无论是浮力产生原因,还是阿基米德原理推导,对初中生来说在思维能力和数学基础上要求都比较高,这给教学带来了很大的困难,为此,用自制的教具进行如下实验。
二、教具装置图
三、制作材料
白玻璃(厚度8mm),白玻璃(厚度3mm),过线孔4个(直径50mm),玻璃胶,橡皮膜,铜芯导线,吸管,正方体木块(90mmx90mm×90mm)。
四、制作方法
1.在玻璃店割好玻璃(小玻璃立方体规格:90mm×90mm×90mm),并钻好孔(大孔直径50mm四个小孔对称、小孔5mm),用玻璃胶粘好,小木块与3mm玻璃也用玻璃胶粘好。
2.小玻璃立方体圆孔边缘涂上玻璃胶,把橡皮膜摊平包住过线孔嵌入圆孔,圆孔边缘用小刀修剪平齐。吸管插入小圆孔并在圆孔边缘涂上玻璃胶,使其密封。剪一断铜芯导线用玻璃胶粘在两边缘做手柄。
3.油性笔在玻璃表面标上刻度。
五、实验方法
1.将教具放置在水平桌面上,把小立方体木块放在玻璃槽内槽小圆孔正上方。水倒入内槽并使水淹没小木块,可以观察到小木块不上浮。(这与木块可浮在水面上的生活经验是矛盾的,激发了学生探究的兴趣。)
2.将水(有颜色的水更好)缓慢倒入外槽,当倒入的水与内槽的水相平时可看到小木块上浮。(引导学生联想下表面的水对产生浮力有直接关系)
3.取出小木块把小玻璃立方体轻压入水下。并与刚才小木块的位置重合。观察比较四个橡皮膜的凹陷程度(可观察刻度)。可看到左右(前后)两个橡皮膜凹陷程度相同(刻度相同),上下两个橡皮膜的凹陷程度明显不同(刻度不同)。(由此可知浮力产生原因就是上下表面的压力不同。)
六、器材特点及教学功能
特点:本教具主要材料是白玻璃,因为玻璃是透明的,实验现象直观。
教具分两部分:第一部分利用立方体小木块演示,当立方体下表面没有液体时小木块不会上浮。即此时小木块浸没在水中不受浮力;第二部分利用小玻璃立方体演示,当小玻璃立方体浸没水中时根据橡皮膜的凹陷程度,可判断前后左右橡皮膜受力相同,而上下表面受力不相同。另外,也可以利用本教具来说明液体内部存在压强,以及液体压强与深度的关系。
利用上述实验器材进行实验演示,学生通过观察感受到浮力的存在及浮力产生的原因,阿基米德原理推导也有了实验基础,大大降低了学习难度,取得事半功倍的效果。
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