4.4水的浮力（第2課時）教學設(shè)計——阿基米德原理【核心概念】物質(zhì)的運動與相互作用【內(nèi)容要求】學習內(nèi)容：力是改變物體運動狀態(tài)的原因內(nèi)容要求：通過實驗認識阿基米德原理。【教學目標】1.通過介紹阿基米德原理發(fā)現(xiàn)的科學傳說，讓學生體驗直觀經(jīng)驗、實驗觀察與嚴謹科學推理相結(jié)合的科學精神。2.通過合理猜想與實踐探究，理解影響浮力大小的因素。3.掌握阿基米德原理的內(nèi)容，理解阿基米德原理的數(shù)學表達式，知道原理的適用范圍?！窘虒W思路】教學線索：了解歷史——科學求證——理解原理以著名的傳說“金冠之謎”引入，結(jié)合第1課時的實踐探索結(jié)論：影響浮力大小的因素---V物浸和ρ液，提出“浮力的大小與排開液體的重力有什么關(guān)系”這一問題。以鋁塊在水中受到的浮力大小為例，設(shè)計合理的實驗方案，并進行實驗求證。獲取事實和證據(jù)，運用控制變量法、等效替代法和歸納法，證實著名的傳說“金冠之謎”所遵循的科學原理——阿基米德原理。再從實驗結(jié)論F浮=G排液出發(fā)，再結(jié)合G=mg和m=ρv等相關(guān)公式，進行推理得出F浮=G排液=ρ液gV排液。結(jié)合相關(guān)事實擴大原理的適用范圍：不但適用于液體也適用于氣體?！窘虒W過程】一、創(chuàng)設(shè)情景，引入任務(wù)【引入】著名的傳說：金冠之謎這個故事由古羅馬建筑師維特魯威記載，雖然其歷史真實性有待考證，但因其生動有趣而廣為流傳。1.背景：敘拉古的國王赫農(nóng)二世交給金匠一塊金子，命令他制作一頂純金的王冠。王冠做好后，國王懷疑金匠摻了銀子在里面，但王冠的重量與交給金匠的黃金重量相同，無法從重量上判斷。于是，國王請來了當時最聰明的阿基米德來查明真相，前提是不能破壞王冠。2.難題：如何在不破壞王冠的前提下，檢驗出它的材質(zhì)是否純金？阿基米德苦苦思索，一直沒有找到方法。3.“尤里卡！”時刻：有一天，阿基米德在洗澡時，當他坐進盛滿水的浴盆，水溢了出來。他注意到，身體浸入水中的部分越多，溢出的水也越多，同時他感覺到身體被水向上托起，變得輕了一些。4.靈感迸發(fā)：在這一瞬間，阿基米德將兩個現(xiàn)象聯(lián)系起來：物體排開的水的體積等于物體浸入水中的體積。物體在水中受到的浮力等于它排開的水的重量。他意識到，如果王冠是純金的，那么它的密度是固定的。只要測出王冠的體積，就能計算出它的密度，與純金的密度一對比，就能知道真假。而測量不規(guī)則王冠體積的難題，正好可以通過它排開的水的體積來解決！5.驗證：傳說中，阿基米德興奮地跳出浴缸，赤身裸體地跑回家，一邊跑一邊大喊“尤里卡！尤里卡！”（希臘語，意為“我找到了！”）。他進行了實驗：他取來與王冠等重的純金塊，將王冠和金塊分別浸入盛滿水的容器中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，王冠排開的水多于純金塊排開的水。這意味著，王冠的體積比同等重量的純金體積要大，所以它的密度比純金小，從而證明王冠中確實摻入了密度較小的金屬（如銀）?！締栴}思考】阿基米德在此基礎(chǔ)上，他進一步研究，總結(jié)出著名的浮力原理——阿基米德原理。我們能否用實驗去求證一下呢？二、圍繞任務(wù)，素養(yǎng)內(nèi)化【探究實踐】浮力大小與排開水所受重力的關(guān)系目標用實驗探究阿基米德原理，用等效替換的方法理解阿基米德原理。器材溢水杯，量筒，燒杯，彈簧測力計，圓柱形物塊，水。過程1.物體排開水的體積可以用溢水杯和量筒測出：把溢水杯盛滿水，將物體浸入水中，讓溢出的水流入小燒杯中，小燒杯中的水就是物體排開的水，用量筒測出排開水的體積，再計算出排開水所受的重力。2.用圖4.4-5所示的器材，以小組為單位，定性研究浮力的大小跟物體排開水的多少的關(guān)系。3.用圖4.4-6所示的器材，以小組為單位，定量研究水的浮力大小與物體排開水所受重力的關(guān)系。實驗中需要直接測量哪些量？4.完成如下實驗記錄表的設(shè)計。實驗次數(shù)123物塊重力G/N物塊浸沒彈簧測力計示數(shù)F/N浮力F浮/N空桶重力G1/N物塊排開水和桶的總重力G2/N物塊排開水的重力G排/N5.進行實驗，并把實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中。6.分析實驗數(shù)據(jù)，寫出實驗結(jié)論。即：F浮=G排水（科學方法：等效替代法）等效替換是指用與研究對象特征相同的等效對象，替換原來的對象的研究方法。在研究阿基米德原理時，用溢水杯把溢出的水收集起來，再稱出溢出的水所受的重力，得到物體所受的浮力等于物體排開水所受的重力。等效替換是指用與研究對象特征相同的等效對象，替換原來的對象的研究方法。在研究阿基米德原理時，用溢水杯把溢出的水收集起來，再稱出溢出的水所受的重力，得到物體所受的浮力等于物體排開水所受的重力。如果更換大小不同的物體，把水換成別的液體，仍然可以得出相同的關(guān)系。（科學方法：歸納法）實驗結(jié)論浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于排開液體的重力。即：F浮=G排液這就是著名的阿基米德原理。結(jié)合公式G=mg和m=ρv推理得：F浮=G排=ρ液gV排液評價與交流1.彈簧測力計的讀數(shù)，注意看清量程和分度值，示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；

2.應(yīng)注意沿豎直方向拉彈簧測力計，并且物體不能與容器底部或側(cè)壁相接觸；3.稱重法計算浮力：F浮=G物一F拉。

4.溢水杯的使用（溢水杯中的液體到達溢水口，以保證物體排開的液體全部流入小桶內(nèi)）。

5.實驗步驟的補充與改正（先測空桶重和物重，再將物體浸沒在水中，最后測出排開液體的重力）。

6.探究過程中，把物體浸入液體時要緩慢，以免濺出液體。7.得出普遍規(guī)律的操作（物體由浸沒改為浸入；換用不同的液體等）。拓展深化應(yīng)用阿基米德原理時，需注意：1.阿基米德原理不僅適用于液體，也適用于氣體，計算浸在氣體中的物體所受浮力的公式為F浮=G排=m排g=ρ氣gV排氣2.阿基米德原理闡明了浮力的三要素：浮力作用在浸在液體(或氣體)中的物體上，其方向是豎直向上的，其大小等于物體排開的液體(或氣體)受到的重力的大小，即F浮=G排液（氣）3.原理中所說的“浸在液體中的物體”包含兩種狀態(tài)：一是物體全部浸入液體里，即物體浸沒在液體里，此時V排=V物；二是物體的一部分浸入液體里，另一部分露在液面以上，此時V物=V排+V露，所以V排<V物4.由F浮=G排還可推導(dǎo)出F浮=G排=m排g，m排指物體排開的液體(或氣體)的質(zhì)量。5.由F浮=ρ液gV排可以看出，浮力的大小只跟液體密度和物體排開液體的體積有關(guān)，而跟物體本身的材料、體積、密度、形狀、浸沒在液體中的深度、在液體是否運動、液體的多少等因素無關(guān)。6.注意單位統(tǒng)一：ρ—千克/米3V—米3g—牛/千克F—牛三、歸納總結(jié)，應(yīng)用遷移（一）課堂小結(jié)1.說出阿基米德原理的內(nèi)容及適用范圍；2.寫出阿基米德原理的數(shù)學表達式。3.說出在驗證阿基米德原理時運用了哪些科學研究方法?？刂谱兞糠ā⒌刃娲?、歸納法等（二）隨堂例題【例1】將重力為10N的物體放入盛滿水的容器中，溢出水的重力為6N。物體所受的浮力（）A．一定為6NB．可能為5NC．可能為8ND．一定為10N【答案】A【解析】容器中盛滿水，所以物體排開水的重力等于溢出水的重力，則物體排開水的重力根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力故A符合題意，BCD不符合題意?！纠?】某科學興趣小組利用圖甲A、B、C、D四個步驟用石塊驗證阿基米德原理。（1）圖甲步驟C中彈簧測力計示數(shù)如圖乙，則F3=；（2）實驗前先向溢水杯中注水，直到溢水口（選填“流出”或“不流出”）水時，停止加水，目的是使溢水杯中的水面恰好與溢水口相平；（3）為減小實驗誤差，圖甲A、B、C、D四個步驟中最后進行的實驗步驟是（選填“A”“B”“C”或“D”）；（4）由圖甲可知，石塊浸沒在水中時，受到的浮力F浮=N，排開水的重力G排=N，從而驗證了阿基米德原理；（5）收集完實驗數(shù)據(jù)后，細心的同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計未使用時指針指在0.2N處，則以上實驗所測浮力大小的數(shù)據(jù)（選填“可靠”或“不可靠”）；（6）為了使實驗結(jié)論更具有普遍性，還應(yīng)該如何操作?！敬鸢浮?.2流出C11可靠換用不同的液體或物體多次實驗【解析】（1）由圖乙可知，彈簧測力計的分度值為0.2N，因此示數(shù)為2.2N，則F3=2.2N。（2）為了放入物體便有水溢出，因此應(yīng)先在溢水杯中注水，直到水從溢水口流出為止，此時水面與溢水口相平。（3）實驗中要先測石塊的重力和空桶的重力，然后再把石塊沒入水中，測出石塊受到的拉力，根據(jù)稱量法求出浮力；最后再測出桶和溢出水的總重力得出排開水的重力；故正確的順序為DABC。（4）由圖甲步驟A、B，根據(jù)稱重法可知，石塊受到的浮力F浮=G-F2=F1-F2=2.7N-1.7N=1N由圖甲步驟C、D可知，排開水的重力G排=G總-G桶=F3-F4=2.2N-1.2N=1N（5）如果實驗前忘記對彈簧測力計進行調(diào)零，則測量出的所有數(shù)據(jù)偏大的量都相等，因F浮=G-F2所以差值不變，即求出的浮力大小不變，因此數(shù)據(jù)是可靠的。（6）為了使實驗結(jié)論更具有普遍性，還應(yīng)換用不同的液體或物體多次實驗。【例3】在三個相同的容器甲、乙、丙中盛有相同的液體，將三個質(zhì)量相同的銅、鐵、鋁實心金屬球，分別放在三個容器中并且沉入容器底部，當金屬球靜止時，三個金屬球受到的浮力最大的是（）A．銅球B．鐵球C．鋁球D．一樣大【答案】C【解析】質(zhì)量相同的銅、鐵、鋁實心金屬球，由于銅的密度最大，鐵的密度次之，鋁的密度最小，根據(jù)可知，鋁球的體積最大，鐵球的體積次之，銅球的體積最小；將三個質(zhì)量相同的銅、鐵、鋁實心金屬球，分別放在三個容器中并且沉入容器底部，當金屬球靜止