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初中物理实验教学说课——探究浮力大小与哪些因素有关

案例分小与哪些因素有关

一、实验选题背景

本节课选自山东科学技术出版社，初中物理八年级下册，第八章浮力，第二节阿基米德原理。

二、实验教学目标

（一）物理观念

通过实验探究认识浮力的大小与哪些因素有关，学生能将物理知识与实际情境联系起来，解释有关现象，解决简单的实际问题。

（二）科学思维

通过实验现象、生活经验和已有知识进行猜想假设，提升学生思维能力。

（三）科学探究

通过利用所学知识进行逻辑分析和归纳，学生能开展有针对性的实验究。

（四）科学态度与责任

通过开展基于测力传感器的探究实验，培养学生严谨认真和实事求是的科学态度，扩宽视野的同时形成关注科学技术新进展的意识。

三、实验创新点及实验原理

实验创新点

（一）“气球船”装置

该装置通过气泵和电磁阀可以对气球进行充放气操作，动态展示物体体积变化过程，可视化效果非常明显，浮沉现象容易观察，学生进一步推理得出猜想。

（二）测力传感器装置

该力学传感器程序是教师通过ArduinoIDE自主编程设计的，传感器的利用更具有可操作性和灵活性，利用测力传感器测量拉力，可以提高测量的精度和稳定性，实现实验数据采集实时化，拉力变化图像有助于学生更直观地理解动态过程，抽象的力学现象得以可视化展示。

实验原理

通过“平衡力知识”和“称重法”测出浸在液体中物体所受浮力的大小。四、实验设计思路

通过将蜡块分别放入酒精和盐水中，观察蜡块的浮沉情况。学生猜测“浮力大小与液体密度有关”。

将装有金属块的气球放入水槽中，先充气，再放气，观察“气球船”的浮沉现象。学生猜测“浮力大小与排开液体体积有关”。

进一步分析，猜测浮力的大小与排开液体质量有关，而液体的重力与质量成正比，因此猜测浮力大小与排开液体的重力有关，进而“探究浮力大小与排开液体重力关系”。

?五、实验器材准备

（一）“气球船”装置

“气球船”装置主要器材包括：气泵、电磁阀、电源模块，其他器材还有水槽、气球、开关、导线、硅胶管，如图所示。

（二）测力传感器装置

测力传感器装置主要器材包括：力学传感器、HX711AD转换模块、Arduinonano开发板、电脑、教室多媒体，如图所示。

（三）本实验的其他器材

（1）烧杯、小桶、溢水杯、升降台、重物。

（2）酒精、盐水、蜡块、镊子。

六、实验教学内容和过程

（一）实验教学内容

本实验的教学内容主要包括：根据蜡块实验和“气球船”实验提出猜想，并能够进一步猜想得到浮力大小可能与排开液体所受重力有关，进而探究浮力大小与排开液体所受重力的关系。通过实验得到浮力与排开液体所受重力的关系，继续探究浮力大小与物体浸入液体中深度的关系。

（二）实验教学过程

活动一：蜡块实验

学生分别将蜡块放入酒精和盐水中，因为酒精的密度小于蜡块的密度，所以蜡块在酒精中是沉底的。因为蜡块的密度小于盐水的密度所以蜡块在盐水中是漂浮状态。两次蜡块受到的浮力不同，所以学生猜测浮力的大小与液体的密度有关。如图所示。

活动二：“气球船”实验

学生将装有金属块的气球放入水中，气球是沉底的。然后闭合开关，气泵给气球充气，气球的体积不断变大，排开液体的体积不断变大，达到一定体积，气球浮出水面，即排开液体的体积增大，浮力变大。然后断开这个开关，闭合另一个开关，电磁阀打开，给气球放气，气球的体积逐渐减小，排开液体体积减小，浮力减小，最后沉底。通过上面的活动学生猜测浮力大小与排开液体的体积有关。如视频所示。

以下视频来源于

中小学实验教学说课

，时长00:22

活动三：探究浮力大小与排开液体所受重力的关系

本活动中一个学生负责仪器操作，另一个学生负责控制软件的运行和截取实验数据。负责操作仪器的学生将重物挂在传感器的挂钩上，然后将升降台升起物体浸入溢水杯中，可以看到拉力逐渐变小的图像，电脑屏幕和多媒体大屏同步且直观地展示拉力的变化情况，如图所示。

当物体浸入到一定程度，学生将溢出的水倒入挂钩处的小桶内，拉力变大，并且和物体没有浸入液体时的拉力基本一致，如图所示。

活动四：探究浮力大小与物体浸入液体中深度的关系

有些学生还会有这样的疑问，浮力的大小是不是与物体浸入的深度也有关系，我们进一步探究，因为力学传感器可以输出拉力变化图像，所以很容易观察到，当物体浸没之后，深度增加，拉力不变，也就是物体所受浮力不变。如图所示。

七、实验效果评价

自制“浮力船”教具直观展示物体排开液体体积变化过程，物体受浮力变化，学生更易观察因此引起的浮沉现象，引发学生的思考和得出猜想。

数字实验具有实时性、高精度、直观、便于数据的处理，呈现出物理图像的特点，对实验动态变化过程的展示和实验数据采集、加工、处理及学生兴趣的激发有很强的优势。

力学传感器装置还可以做其他浮力实验，比如杠杆和浮力综合题、滑轮和浮力综合题等。