创新物理实验提升核心素养

一、课堂实录

1.创设情境，导入新课。

师：最近网络上疯传这两句话：“厉害了，我的船！厉害了，我的国！”这究竟是怎么一回事呢？现在我们一起来了解一下。（教师播放2017年4月26日我国首艘航母在大连港下水仪式的新闻报道。学生观看国产航母下水视频，了解国产航母比“辽宁号”航母能承载更多的舰载机。接着，教师用航母模型在教室讲台上的水盆里模拟下水仪式。）

师：国产航母能承载更多的舰载机，说明它受的重力更大，但它却可以平稳地停在海面上，这说明水对航母有什么作用？

生1：有浮力的作用。

师：是的，而且这个浮力还非常大，那为什么国产航母能受到这么大的浮力呢？大家想不想知道？

生众：想！

师：那好，就让我们一起踏上浮力知识的探究之旅吧！（教师板书课题。）

2.小组合作，探究新知。

活动1：体验浮力。

师：首先，让我们一起来感受一下浮力的作用。请各小组（两人一组）把绿色收纳箱里的塑料袋打开，再把里面的物体放入装有水的透明水槽里。（学生观察现象并动手体验浮力的作用。）

师：通过刚才的体验，你们观察到了什么？

生2：我发现木块、塑料块浮在水面上，金属块、石块沉入水底。

生3：我用手把木块、塑料块往下压，我的手感觉到一个向上的作用力，木块和塑料块受到了浮力的作用。

师：金属块、石块沉入水底，那它受不受浮力的作用呢？

生4：受浮力的作用。

师：它下沉了怎么还受浮力的作用呢？请同学们自选桌上的器材动手实验一下。（各小组利用弹簧测力计进行实验，并在学案表格上记录数据。）

师：分析实验数据，你们发现了什么？（学生汇报测量结果：弹簧测力计的示数变小了，说明水中物体的“重量”变小了，水对金属块有向上的浮力。）

设计意图：学生利用弹簧测力计探究，由定性分析逐渐向定量分析过渡。

活动2：学习浮力的概念。

（教师让学生根据刚才的体验，自主总结什么是浮力，学生交流回答。）

师：很好！（教师板书浮力定义。）那浮力的方向是怎样的？

生5：向上的。

师：如果把一个系有乒乓球的大烧杯放在斜面上，那乒乓球所受的浮力方向又是怎样的呢？（教师演示，如图1。）

生6：浮力的方向还是向上的，而且与水平面垂直即为竖直向上。

师：很好！请同学们回顾一下刚才测量的实验数据，自主总结测算浮力的表达式并写在学案上。

生7：一种测算浮力的方法叫称重法，表达式为：F浮= G-F。

活动3：再次体验浮力。

师：同学们，刚才大家通过探究学习知道了什么是浮力，也知道了如何测算浮力的大小，现在我们再次体验一下浮力的作用，看看大家有没有新的发现。请同学们从绿色收纳箱里拿出矿泉水瓶，放入水槽中，按照图示要求体验，感受有什么不同？（教师投影具体做法和要求。学生拿出矿泉水瓶，将瓶盖旋紧的矿泉水瓶浸入一半或完全浸没在水中，体验浮力并相互交流。）

设计意图：训练学生有依据的猜想及合理推理的能力。

活动4：探究影响浮力大小的因素。

师：浮力的大小可能与哪些因素有关？请同学们根据刚才的体验提出猜想，并说出猜想的依据。

生8：可能与瓶子浸在水里的体积有关，因为刚才将瓶子全部浸入比浸入一半要费力。

生9：可能与瓶子浸入水中的深度有关。因为将瓶子往下压得越深越费力。

生10：可能与排开水的体积有关。因为将瓶子往下压更费力，同时水槽的水面上升了。

生11：可能与接触水的面积有关。因为将瓶子往下压更费力，同时接触水的面积更多了。

师：同学们的猜想都很好，依据也很充分，还可能与哪些因素有关？（教师将学生回答的因素列在黑板上。）

生12：还可能与液体的密度有关，比如人能够躺在死海里看书。（教师演示：将鸡蛋分别放在水里和盐水里。）

师：很好，我们先来探究浮力与深度的关系。请各组拿出大圆柱体、测力计进行探究。

生13：将圆柱体完全浸没水中不同深度，测力计示数不变，说明浮力与深度无关。

师：那为什么老师刚才看到大圆柱体在没有完全浸没前，深度增加，浮力变大了？

生14：因为完全浸没前，深度增加时，浸入水中的体积变大，这时有两个变量，不一定是深度变化引起的。其实，圆柱体底面积不变，深度增加本质是引起了浸入水中体积的变化。

师： 这位同学分析得非常好！大家掌声鼓励一下！

师：好，我们再来探究浮力与接触面积是否有关。（教师演示：将两个面积一样大的铁皮同时放入水槽中，其中一个四周折起。面积大的下沉，折起的面积小反而浮起，浮力大，与刚才体验的接触面积大浮力大相矛盾，说明与接触面积无关。）

师：那还与物体的密度有关吗？

生15：有关，因为铁块容易沉下去，塑料块容易浮起来，它们的密度不同。

师：有哪位同学有不同的意见？

生16：我认为与物体的密度无关。因为通过刚才测得的数据可以发现，小銅圆柱体和小铝圆柱体密度不同，但浮力都是0.1N。

生17：可能与物体的体积有关。通常体积大的容易浮起来，浮力大。

师：好，还有哪位同学有不同的意见？请说说看。

生18：我认为与物体体积无关。我们可以这样做：把相同的两个圆柱体绑在一起和其中一个圆柱体比较，都浸没一个圆柱体在水中，用称重法测算浮力，发现浮力都是0.1N，所以与物体体积无关。

生19：可能与物体的质量有关。通常重的物体容易下沉，轻的物体容易上浮。

师：刚才的两个圆柱体一个是铜的，一个是铝的，体积相同，密度不同，即质量不同，但是测得的浮力相同，都是0.1N，所以与质量无关，也就是与重力无关。通过以上的猜想，我们可以归纳得出浮力的大小可能与物体排开液体的体积和液体的密度这两个因素有关，到底是什么关系？我们通过实验具体进行探究。

3. 进行实验，得出规律。

教师投影实验器材图片：弹簧测力计、水槽、水、大圆柱体、装有盐水的水杯。学生对照图片，讨论选哪些器材能探究与ρ液有关，选哪些器材能探究与V排有关，并自选器材，分别设计实验方案。两人一组，小组合作动手进行实验，并把实验数据记录在学案对应的表格中。教师可参与到学生小组实验中，共同完成实验并收集数据。

综合两次实验结论，师生共同归纳得出浮力的大小与物体排开液体的体积和液体的密度有关，并填写在学案上。

活动5：验证阿基米德原理。

师：刚才同学们通过实验探究得出了浮力的大小与V排和ρ液之间的定性关系，那浮力与这两个量之间有没有具体的定量关系呢？

生20：有。早在两千多年前，古希腊的科学家阿基米德就进行了深入的研究，得出了阿基米德原理。

师：很好，但是老师对阿基米德原理有点质疑，课前让两名同学通过实验进行了验证，制作了一个微课，请大家来看一看。（教师播放录制剪辑的3分钟的微课。学生认真观看并理解，接着阅读课本，填写学案上的阿基米德原理。）

设计意图：从定性的认识向定量的认识过渡，让学生加深理解阿基米德原理。

二、实验拓展

师：请思考回答：如圖2，为什么向装满水的溢水杯中加上重物后，电子台秤的示数仍然不变？

生21：把圆柱体放入到溢水杯中，它受到水向上的浮力，根据力的作用是相互的，圆柱体对水有向下的压力，其大小等于浮力。同时，从溢水口溢出了等重的水拿走了，大小等于浮力，所以，总的示数不变。

4. 当堂评价。

（自编题）如图3所示，中国第一艘国产航空母舰，舰长325m、舰宽77 m，能搭载70余架各型舰载飞机，满载时排水量达86500t。

请问：（1）它满载时所受的浮力为______N（g取10 N/kg）；（2）当舰载飞机着舰后，浮力将______（选填“不变”“变小”或“变大”）。

5. 课堂小结与课后作业。

师：请同学们谈谈通过今天这节课的学习，你有哪些新的收获？你还有哪些疑问？

教师发放准备好的水袋作为“小礼物”，让学生课后利用水袋继续探究浮力。

三、教后反思

对于本节课，我觉得探究影响浮力大小的因素的教学，还可以放得更开一点，让学生畅所欲言，猜出更多的影响因素，给学生更多的自主，课堂更开放，更生态，更能突出学生的主体地位，这样效果会更好。在以后的教学中，我会更加注重这方面的专项训练。

（作者为江苏省新沂市第一中学教师）