第五节 学生实验：探究——影响浮力大小的因素

第五节学生实验：探究——影响浮力大小的因素
二、教学目标
1.通过实验探究，知道浸在液体中的物体受到液体向上托的力就是浮力，浮力产生的原因是液体对浸在液体中物体表面向上和向下的压力差。

浮力的方向竖直向上。

2.通过实验探究，巩固控制变量的研究方法，知道浮力的大小与哪些因素有关，知道阿基米德原理，提高科学探究能力。

3.会计算浮力的大小。

三、教学重点和难点
教学重点：学生实验探究影响浮力大小的因素。

教学难点：浮力产生的原因的分析需要综合利用液体压强、受力分析以及力的合成等知识。

四、教学过程
1.教学引入
记录北宋轶事的古书《邵氏闻见录》中有这样一段文字：
“文潞公幼时与群儿击球，入柱穴中不能取，公以水灌之，球浮出。

”
说的是北宋著名政治家文彦博孩童时代和小朋友一起玩儿球，结果球掉进了树洞，大家都取不出来。

聪明的文彦博往树洞里灌水，球就浮了出来。

今天我们就在课堂上模拟一下“文彦博取球”。

教师出示实验器材：乒乓球放在烧杯底部，向烧杯内加水，乒乓球浮起来，模拟了树洞取球。

教师提出问题：乒乓球为什么会浮起来？
学生回答：由于乒乓球受到浮力。

由此引入新课。

2.“知识点”教学
●浮力
（1）浮力的概念
教师演示：用小铁球代替乒乓球，放入烧杯底部，向烧杯内倒水。

提出问题：你观察到什么现象？小铁球为什么没有像乒乓球那样浮起来？小铁球受到浮力吗？如何判断小铁球是否受到浮力？
学生分析讨论：小铁球没有浮起来。

它有可能受到浮力，也有可能不受到浮力。

教师演示图8-5-1所示实验，将物块匀速缓慢浸入水中，提出问题：弹簧测力计的示数为什么会减小？
学生分析得出：观察到弹簧测力计的示数减小，说明物体浸入
水中后，受到一个向上的力，这个力就是浮力，其大小等于甲、丙
两图弹簧测力计的示数差，即：F 浮=G -F 。

教师提出问题：如果将物体浸入酒精中，弹簧测力计的示数也
会减小吗？教师演示：将物体从水中取出，用干布擦干后，浸入酒
精，请学生观察。

学生分析得出：物体浸入酒精，同样会受到浮力。

教师提出问题：对于浮力，我们已经知道了如何分析它的大小。

那么它的方向如何？你怎么知道浮力方向一定是竖直向上的？
教师演示图8-5-2实验：把细线一端用透明胶带绑在乒乓
球表面，细线另一端用透明胶带固定在容器底部。

向容器内倒
水，乒乓球浮起来，细线竖直向上，请学生分析现在乒乓球的
受力情况，由此得出浮力的方向竖直向上。

教师提出问题：通过以上实验，关于浮力，你可以得到哪些结论？
学生讨论、总结：不论物体漂浮在水面还是没入水中，都会受到水对它施加的力。

用其他液体代替水，物体也会受到液体给它的力，这个力就是浮力，方向竖直向上。

通过演示实验，让学生分析观察到的现象，运用之前学过的受力分析、平衡力等知识，认识浮力，明确浮力的方向，掌握求浮力大小的第一种方法：示数差法。

另外，在进行图8-5-1实验的过程中，也暗含了影响浮力大小的因素：将物体缓慢浸入液体的过程中，弹簧测力计的示数逐渐减小，浮力逐渐增大，说明浮力与浸入液体的体积有关；将物体分别浸没在水中和酒精中，求出的浮力大小不同，说明浮力大小还与液体密度有关，为后续教学做好铺垫。

（2）浮力产生的原因
教师演示教材图8-37的实验，提出问题：你观察到什么现象？这些现象说明了什么？水对左右两侧的橡皮膜是否有压力？其大小关系如何？水对上、下两端的橡皮膜是否有压力？它们的大小关系是怎样的？由此，你认为浮力是怎样产生的？ 图8-5-1
图8-5-2
学生：水对左右两侧的橡皮膜有压力，大小相等。

水对下端橡皮膜的压力大于对上端橡皮膜的压力，这个压力差正是浮力产生的原因。

因此也可以用这个压力差来计算浮力的大小，即。

●浮力的大小
（1）浮力的大小与哪些因素有关
教师给出图8-5-3实验的器材，请学生来体验：把空水瓶按入水中
的过程中，感觉有何变化？说明什么？让空水瓶浸入装满水的塑料桶中，
也为说明“浸入液体的体积”就是“排开液体的体积”做了铺垫。

教师提出问题：浮力的大小与哪些因素有关？ 学生提出各种猜想，可分为三类。

与物体本身有关的：物体的质量、体积、密度、形状。

与液体本身有关的：液体的密度、液体的体积、液体的质量。

与物体和液体之间关系有关的：物体浸没在液体中的深度、物体浸入液体的体积。

教师提出问题：采用什么方法来研究浮力的大小与这些因素之间的关系？
学生回答：控制变量法。

教师提出问题：怎样测量浮力的大小？
学生回答：弹簧测力计的示数差法。

教师提出问题：如果要研究的问题是浮力的大小是否与液体的密度有关，你会选择哪些实验器材？如何制定计划？怎样设计表格？
学生讨论，选取器材：透明深水槽、弹簧测力计、铁块、水、酒精。

学生按照下列步骤进行实验：
①用弹簧测力计测出铁块所受的重力G ；
②将铁块浸没在水中，记录弹簧测力计的示数F 1；
③从水中取出铁块，用干布擦干，然后浸没在酒精中，记录弹簧测力计的示数F 2。

根据示数差法可得，铁块在水中所受浮力大小为
，铁块在酒精中所受浮力大小为。

表格参考如下：
上下浮F F F -=11F G F -=浮22F G F -=浮图8-5-3
学生得出结论：浮力的大小与液体的密度有关。

教师引导：仿照上述实验步骤与表格，检验其他猜想，说说你的探究方案。

学生分组讨论，得出探究方案，进行实验。

每个小组检验一个猜想即可。

全班同学汇总得出的结论，进行总结：物体浸在液体中所受的浮力与液体的密度和物体浸入液体的体积有关，与其他因素无关。

（2）阿基米德原理
教师提问：既然浮力的大小与浸入液体的体积和液体的密度有关，那么浮力的大小与这两个因素有着怎样的关系呢？
教师提问：浮力大小与浸入液体的体积有关，我们如何测量物体浸入液体的体积呢？
学生讨论得出：可以把物体浸入装满水的容器，收集排开的水，来测它的体积。

教师继续引导：浮力的大小还与液体的密度有关，联系排开液体的体积与密度，说明浮力的大小与排开液体的哪个物理量有关？
学生联系密度的知识，得出结论：说明与排开液体的质量有关。

但现在要研究的是浮力的大小，因此可以研究排开液体的重力。

教师提问：如何探究这个问题呢？可以这样来设计实验。

教师给出教材图8-39的实验器材，提出问题：
①要测量浮力的大小，你想怎样测量？
学生回答：利用弹簧测力计的示数差法。

②如果只对水进行实验，是否可以确定我们的结论？
学生回答：不能，还要对其他液体进行实验，比如酒精、盐水等。

③如果只对浸没在液体中的物体进行实验，是否可以确定我们的实验结论？
学生回答：不能，还可以让物体部分浸入。

④如何收集排开的液体，以及测量排开液体的重力呢？
教师启发：我们要测量排开液体的重力，需要用到溢水杯。

应该如何设计实验步骤，以减小误差？以在水中进行实验为例，并且让石块浸没，设计实验步骤。

学生讨论，确定实验步骤：
①在空气中用弹簧测力计测得石块重G1；
②用弹簧测力计测出空烧杯的重力G2；
③石块完全浸入水中后用弹簧测力计测出示数G3；
④用弹簧测力计测出装水后的烧杯总重力G4。

教师提问：此时浮力的大小如何表示？排开液体的重力如何表示？根据实验数据可以得出怎样的结论？
学生回答：此时浮力的大小为F浮=G1-G3，排开液体的重力为G排=G4-G2。

换用酒精再进行实验，是否可以得到同样的结论？
学生根据实验结论得出阿基米德原理：F浮=G排，再引导学生推导出
F浮=ρ液gV排。

（3）空气的浮力
教师演示实验：手拿氢气球，松手后氢气球上浮起来。

教师提问：你观察到什么现象？氢气球为什么会浮起来？说明了什么？
学生分析：氢气球会浮起来，说明受到一个向上的力。

这个力是空气给它的，说明空气对物体也有浮力。

教师肯定学生的回答，并做补充：阿基米德原理也适用于气体。