第十章 流体的力现象第十一章功与机械.docx
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第十章流体的力现象第十一章功与机械
通济中学集体备课教案
八
年
级
物
理
组长:
曾强
组员:
陈胤富杨俊勇林建明
第十章 流体的力现象
一、在流体中运动
授课地点:
教室、物理实验室
授课时间:
1课时
【仪器材料】 硬纸、吸管、胶带、电吹风机、铁丝、纸条等
【教学目标】
1.知识与技能
知道流体的压强与流速的关系:
流速大的地方压强小,流速小的地方压强大;了解升力是怎样产生的。
2.过程与方法
通过观察法、实验法探究流体的压强与流速的关系,通过分析推理法探究飞机的升力是怎样产生的;通过制作“鸟翼模型”,训练学生的动手能力;
3.情感、态度与价值观
结合日常生活现象,激发学生兴趣;了解历史,加深人文素养。
【教学过程】
教师活动设计
学生活动设计
一、实验探究——升力
(1)提问:
鸟儿能在天空中翱翔,依据鸟的原理而设计的滑翔机大家听说过吗?
你知道第一个设计滑翔机的人是谁吗?
连接滑翔机图片。
学生回答问题,若可以回答,教师做必要的补充;若不能回答,教师在图片的引导下,介绍奥托·李林达尔。
(2)德国的奥托·李林达尔,是世界上公认的滑翔机之父(连接到李林达尔)。
学生了解到滑翔机之父——李林达尔。
(3)今天我们就来动手做一个鸟翼模型,观察气流对鸟翼有什么作用?
鸟翼向上运动,肯定是有一个力作用在它上面了,而这个力呢,由于它有提升物体的作用,所以我们把它叫做“升力”。
在教师的带领下,做一个鸟翼模型,如教材图11-1-3在中间插一个吸管,将模型放在一个直立的铁丝上,用吹风机正对着鸟翼模型吹风,观察气流对鸟翼的作用;
学生观察到鸟翼模型在气流的作用下,沿着铁丝向上运动。
二、伯努利的发现
(1)提问:
这个升力是怎样产生的呢?
让我们来追溯一下历史;早在1738年,伯努利就发现了流体压强与流速的关系,这不仅解开了鸟儿在天空翱翔的奥秘,也成了人类打开空中旅行大门的钥匙(连接到伯努利)。
学生了解伯努利的主要成就。
(2)流速与压强有什么关系呢?
引导学生进行探究实验:
取一张纸条,从纸条上方沿纸条吹气,如图11-1-4,纸条会怎样运动?
学生动手操作,并回答:
纸条居然飞了起来(这里和他们日常生活中以为只有吹纸条下方才会将纸条吹起来不同,引起学生好奇);
提问:
从这个实验中,我们得出流速和压强有什么样的关系(以下是一种引导方案供参考)?
要得出流速和压强的关系,我们来探究一下纸条上方的流速和压强;
学生根据引导一步一步解决问题;
吹纸条上方,导致纸条上方的流速比纸条下方的流速大;
纸条上升,说明纸条上方的压强比下方小;
纸条上方的流速大、压强却小,说明流速与压强之间的关系是什么?
(3)让学生自己写出结论,写完后让他们对照书上相应的部分;
(3)学生自己写结论,然后与书上的内容对比;
(4)介绍一下“河流流线”的情况;
观察实验室中模拟鸟翼周围的气流的情况(如图11-1-5)。
学生观察;
提问:
根据流体流速与压强的关系,了解升力是怎样产生的?
学生思考;
∙我们可以通过流速和压强的关系来解释升力是怎样产生的;
∙鸟翼上方和下方的压强差导致了升力的产生;
∙升力是向上的,说明鸟翼下方的压强比上方的大;
∙根据压强和流速的关系,知道鸟翼下方的流速比上方小;
∙是什么导致了下方的流速比上方的小呢,当气流通过鸟翼时,下方的流速比上方慢;
∙做个鸟翼模型,放在水流中,让同学来体验一下,经过鸟翼模型下方的水流要比上方慢。
学生在引导下一步一步解决问题;
(5)让学生整理自己的思路,写出升力是怎样产生的,写完后对照书上的相应部分。
(5)学生自己用逻辑的语言阐述自己的结论,并和书上的结论对照。
三、解释飞机的设计原理
提问:
(1)飞机和鸟有什么共同的特点?
(学生讨论)
学生回答:
列举出共同点(两支翅膀、头、尾等等)。
(2)那飞机要升入天空,它的机翼应该设计成什么样子的?
(画图)(以下是一种引导方案供参考)
学生自己动手画图;
∙飞机同样需要升力;
∙飞机的成功是仿生的一个典型例子;
∙飞机的机翼和鸟翼有几乎相同的结构。
四、生活中的“翼”
看教材图11-1-6、图11-1-8和图片,
举出生活中的例子:
在空中,飞机、天鹅;
在海洋中,企鹅、海豚、鳐鱼、深水飞机。
你能想像它们的形状吗?
请你们把自己的猜想画出来。
学生根据所学到的知识画了出来。
五、发展空间
我们通过图11-1-9某同学设计的冷热水混合淋浴器,来分析它的原理。
学生回答。
六、课堂小结
1.流速和压强的关系:
流速越大,压强越小;流速越小,压强越大;
2.用这个关系解释升力产生的原因;
3.解释飞机和鸟为什么能在天空中飞行。
七、作业
活动手册的相关内容。
【实践活动】
有兴趣的学生可以制作飞机的机翼模型;在因特网或百科全书上查阅有关风洞的内容,并且用自己的话写一下风洞的作用。
【教学反馈】
流体的压强与流速的关系是本节的重点,本节课的设计,始终把学生做为了教学的主体,引导学生不断地思考,不停地诱发学生,最终引导学生解决问题。
通过引导,他们会觉得是自己解决了问题。
本节课调动了学生学习的积极性、激发了学生探索知识的兴趣,培养了学生怎样依据方案一步一步地解决问题的能力,培养了学生的创新精神。
二、科学探究:
浮力的大小
(一)
授课地点:
物理实验室
授课时间:
1课时
【仪器材料】 石块、弹簧测力计、盛有水的水杯
【教学目标】
1.知识与技能
认识浮力,知道浮力的方向是竖直向上的,知道浮力产生的原因是液体对物体有向上和向下的压力差。
2.过程与方法
通过观察法和课堂讨论让学生认识浮力,通过类比法、观察法让学生了解浮力产生的原因。
3.情感、态度与价值观
结合生活实际培养学生的兴趣,通过学习过程中的合作与交流,培养学生的交流意识、合作精神。
【教学过程】
教师活动设计
学生活动设计
一、实验探究——浮力
(1)调查:
洗澡时进入浴盆,感觉自己身体变轻的同学举手示意一下;(学生参与)
绝大多数同学参与并认同有这样的感觉;
古希腊的阿基米德在很久以前跟你们有同样的感受;
(2)将一个小木块放进水里,它会漂起来;
学生观察;
教师:
生活中还有很多这样的例子,请同学们举出例子。
学生举例;
引导得出浮力概念:
这种能让物体浮起来的力叫做浮力;
根据这些事实,我们认识到漂浮在液体上的物体受到浮力的作用;
绝大多数学生已经有这样的“浮”起来的概念,所以他们很容易理解浮力的概念;他们知道把物体向上托的力就是浮力;
(3)如果我们游泳时,将自己的身体完全浸没水中,我们还受到浮力的作用吗?
开始出现分歧,有的学生赞成、有的学生反对、开始怀疑;
进行实验:
“浸没在液体中的物体受到浮力吗?
”(演示实验,如图11-2-2)
学生思考;
∙浸没在液体中的物体受到浮力吗?
(以下是一种引导方案供参考)
一步一步引导得出结论;
∙受不受到浮力,我们直接从弹簧测力计的读数的变化就能知道;
∙如果在空气中测量的数值等于浸没在水中的数值,那么就没有浮力;
∙如果在空气中测量的数值大于浸没在水中的数值,那么就存在浮力;
(4)引导学生陈述自己对这个实验得出的结论;
学生自己得出结论,写在笔记本或纸片上;
(5)进一步讨论这个实验:
物体受到浮力的大小与F1和F2有什么关系?
浮力的方向是什么?
(以下是一种引导方案供参考)
学生思考并提出猜想。
∙我们分析受力的大小和方向可以从分析力的示意图开始;
∙对第一个图进行受力分析时,注意它受到一个拉力F1和重力的作用;
∙对第二个图中进行受力分析时,注意它受到一个拉力F2、浮力和重力的作用;
∙两个图中,石块都处于静止状态;
∙静止状态意味着平衡,平衡意味着相等关系,列出关系式,最后的结果是用F1和F2来表示F浮;
∙平衡导致了浮力必须和重力在一条直线上;
∙浮力向上且与重力在一条直线上,那说明浮力的方向是与重力恰好相反,那么浮力的方向是什么?
一步一步引导学生解决问题;
(6)引导:
同学们想一想,从这个实验中,我们得到了哪几条有用的结论,并归纳出来。
学生整理自己的思路,写出得到的结论;
二、浮力产生的原因
(1)复习:
上一节我们学习了升力,作用在鸟身上的升力是怎样产生的呢?
学生回答:
升力是由于鸟翼上方和下方的压强差产生的。
∙浮力是怎样产生的呢?
(以下是一种引导的方案,供参考)
浮力与升力有共同的特征“能使物体上升”。
学生类比回答;
升力是由压强差产生的,浮力产生的原因和升力类似,通过类比,我们可以得出浮力产生的原因是什么?
(2)让学生自己根据理解,在卡片或笔记本上写出浮力产生的原因;
学生们整理思路运用类比法自己写出浮力产生的原因;
(3)通过实验观察上下表面的压强差。
演示实验:
将两头带橡皮膜的直桶玻璃管竖直伸入水中,让同学们观察现象;
学生们观察到玻璃管下面橡皮膜比上面的凹陷得厉害;
根据你的理解,写一写你从这个实验中得到了什么有用的结论。
动笔写自己的理解并与同学分享和完善自己写的内容;
(4)思考:
沉没在海底的泰坦尼克号受到浮力了吗?
(根据浮力产生的原因判断一下)
得出结论:
像沉船那样与水底紧密结合的物体不受到浮力的作用,因为它的下表面没有受到水的压强。
学生记录:
没有。
进一步让学生认识到,必须要上下表面的压强同时具备的时候才能产生浮力。
三、课堂小结
1.认识浮力,是一种能使浸在液体中的物体受到向上的力,它的方向竖直向上;
2.了解浮力产生的原因是由上下表面的压强差产生的;
3.得到一种浮力的计算方法:
F浮=F1-F2。
四、作业
根据需要布置作业。
【实践活动】
在互联网上查找有关阿基米德以及死海的资料。
二、科学探究:
浮力的大小
(二)
授课地点:
物理实验室
授课时间:
1课时
【仪器材料】 盛有水的水杯、两端带有绷紧程度相同的橡胶膜的玻璃圆筒、体积相同的铁块、铜块、较大的铁块、食盐、小塑料袋
【教学目标】
1.知识与技能
知道浮力的大小与哪些因素有关,知道阿基米德原理,会求出浮力的大小。
2.过程与方法
通过学生实验,探究浮力的大小与哪些因素有关,培养学生的猜想假设、实验设计能力等科学探究能力,培养学生有步骤进行实验的条理性。
3.情感、态度与价值观
通过实验探究,培养学生尊重科学、实事求是的科学态度。
【教学过程】
教师活动设计
学生活动设计
一、实验探究:
浮力大小与什么有关系
(1)引导猜想:
你认为浮力的大小与什么有关系?
学生猜想:
“与浸没在液体中的深度有关”、“与物体的形状有关”、“与物体的密度有关”、“与物体的体积有关”、“与物体的质量有关”、“与浸入液体的体积有关”、“与液体的密度有关”等等。
(2)强调控制变量法:
在研究一个物理量与另一个物理量的关系时,我们常常运用“控制变量法”,也就是说我们现在要研究浮力与物体浸没在液体中的深度的关系,那么我们必须控制其他的实验条件相同,我们用同一个物体浸入同一种液体中,那么我们就可以研究浮力与物体浸没在液体中的深度的关系了。
如果在不同的深度,浮力不变,
• 那么意味着什么?
• 也就是浮力不随着深度的变化而变化?
进行分组探究实验,把上面不同的检验猜想的实验分给不同的小组进行探究。
学生学会控制变量进行探究,得到实验结果。
(3)在探究结束后,总结出以上各个猜想的正误,引导学生自己得出浮力与哪些因素有关。
对照课本上的相关部分,看看自己写的和书上的表述哪个更好。
(3)学生自己总结出“浮力的大小与浸入液体的体积和液体的密度有关”。
(4)启发学生明白“浸入液体的体积”就是“排开液体的体积”,“浸入液体的密度”就是“排开液体的密度”,那么我们可以猜想一下浮力的大小是否与排开液体的重力有关(表决)。
学生表决,引发思考;
二、阿基米德原理
(1)演示实验
用弹簧测力计、小石块、溢水杯、小桶来探究阿基米德原理;
步骤:
• 先测出小桶在空气中的重力G1;
• 再测量出小石块在空气中的重力G2;
• 将溢水杯的水正好接到刚好要溢出的位置,然后将小桶放在溢水杯的溢水口处;
• 将弹簧测力计挂着的小石块浸入水中,同时它排开的水通过溢水口进入小桶,这时读出弹簧测力计的读数G3;
• 然后用弹簧测力计测出这个时候盛水的小桶的重力G3。
(1)学生动手做实验,记录数据,发现关系;
实验记录表格见“备注”;
引导学生得出结论:
让他们分析数据,从数据中得出结论,写出自己的阿基米德原理,并与书上的对照,看有什么不同,比较哪个写得更好。
学生自己比较实验数据结果,得出结论,写出自己的阿基米德陈述,与书上内容对照。
(2)进一步实验:
用弹簧测力计吊起一只装满水的小塑料袋(袋内不留空气),观察弹簧测力计示数,然后把这袋水逐渐浸入水中,弹簧测力计示数怎样变化?
当完全浸没以后,弹簧测力计的示数是多少?
学生自己描述阿基米德原理,并且与书上对照。
观察实验,学生解释为什么弹簧测力计示数为0。
小结:
同学们,你们和阿基米德一样经历了浮力探究的过程,如果你生活在2000多年以前,你就是阿基米德了。
阿基米德是在他洗澡的时候得到灵感的,我们也要学会在生活当中去发现问题,并运用自己学过的知识去解释和探究这些问题。
激发成就感。
三、兴趣交流
气体和液体都是流体,因此物体在气体中也受到浮力。
氢气球脱手后会上升,是因为受到空气对它的浮力,因此阿基米德原理也适用于气体。
举出在生活中物体受到浮力的例子。
学生举例:
轮船受到浮力;
热气球、飞艇受到浮力;
水里的鱼受到浮力。
四、浮力计算
小结一下:
(1)实验室测量浮力的方法可以计算浮力;
(2)浮力产生的原因可以计算浮力;
(3)阿基米德原理可以计算浮力;
例子:
书上的例题“橡皮泥块”。
(1)F浮=F1-F2;
(2)F浮=F下-F上;
(3)F浮=G排;
学生解答。
五、发展空间
1.分析密度计原理:
注意密度计的刻度是从上到下逐渐增大的。
学生了解密度计。
2.“排水量”概念的解释。
熟悉生活中常用的术语。
六、作业
根据情况布置作业。
【实践活动】
1.自制密度计;
2.在因特网上查找有关法国物理学家查里做成的第一个氢气球的资料。
【教学反馈】
本节内容,浮力的问题是学生熟悉和感兴趣的知识,但在日常生活中积累了一些片面的或错误的概念。
我们的意图是在学生原有的前概念的基础上建立浮力的概念,让学生们都熟悉“漂浮物体和浸没在液体中的物体都受到浮力”;“浮力产生的原因”是本节课的难点,可以根据上节学过的知识,巧妙进行类比;“浮力的大小与什么有关”让学生大胆猜测,引导学生用控制变量法来进行探究实验,让他们以科学的探究方式来解决问题,阿基米德原理则用了一个巧妙的例子得出,训练了学生的思维。
在整个过程中设立了一道道的关卡,引导学生去解决问题,通过引导,他们会觉得是他们自己解决的问题。
【备注】
探究阿基米德原理实验表格:
石块所受重力(N)
石块浸入以后绳子的拉力(N)
石块所受的浮力(N)
G2=
G3=
F浮=
空桶所受重力(N)
空桶加排开的水所受的重力(N)
排开的水所受的重力(N)
G1=
G4=
G排=
阿基米德原理:
三、沉与浮
授课地点:
物理实验室
授课时间:
1课时
【仪器材料】 鸡蛋、水杯、盐水、注射器、试管、胶塞、胶管、玻璃管、铁丝、水、轻纸带、胶带、酒精、棉花、火柴等。
【教学目标】
1.知识与技能
理解物体的沉浮条件;知道鱼、潜水艇、飞艇和密度计的沉浮原理;能应用沉浮条件解释一些简单的问题。
2.过程与方法
通过实验,观察鸡蛋的下沉、上浮和悬浮,使学生建立起三种状态的概念,并且通过逻辑推理得出产生三种状态所需的条件;通过逻辑分析的方法,解释鱼、潜水艇的浮沉原理;通过动手制作,让学生自己制作“自制潜水艇”和“热气球”;通过在网上查阅,让学生设计出打捞中山舰的方案。
3.情感、态度与价值观
通过对鱼、潜水艇和热气球的沉浮原理这些与日常生活紧密联系的现象的学习,让学生体验科学、技术与社会的紧密联系;通过制作“自制潜水艇”和“热气球”,激发学生学习物理的兴趣;通过学习阅读材料,培养学生的民族情感。
【教学过程】
教师活动设计
学生活动设计
一、物体的沉与浮
(1)演示实验:
石块和塑料空心球
把它们分别浸没在水中,叫同学们观察现象;
提问:
浸在水中的物体,有的上浮,有的下沉,这是为什么呢?
学生提出各种解释。
(2)今天的课上完以后,你们就能解决这个问题了。
演示实验:
取一只新鲜鸡蛋,放在清水中,观察它在水中沉浮的情况,向水中慢慢加些盐,并轻轻搅拌,观察到鸡蛋怎样运动?
如果再加些清水,观察到什么现象?
a)鸡蛋放入清水后,它是上浮还是下沉?
b)加盐轻轻搅拌的目的是什么?
(以下是一种引导方案以供参考)
• 盐水溶于水后,变成盐水,密度比水的密度大;
• 加盐会导致液体的密度的增大;
c)随着不断地往水里加盐,有什么现象出现?
d)为什么会有这样的现象出现?
(以下是一种引导方案以供参考)
• 可以对鸡蛋做受力分析;
• 这里有两个状态,一个是鸡蛋下沉的状态,另一个是鸡蛋上浮的状态;
• 当它下沉的时候,它只受到浮力和重力的作用;
• 当它上浮的时候,它只受到浮力和重力的作用;
• 在两个状态过程中,鸡蛋的重力没有发生变化;
• 鸡蛋只受到浮力和重力,重力没有变,那么肯定是浮力的变化引起它下沉和上浮;
• 不断加盐,导致液体的密度增大,鸡蛋所受浮力逐渐增大;
• 当浮力小于重力时,鸡蛋下沉;当浮力大于重力时,鸡蛋上浮。
(a)学生观察回答。
(b)教师引导得出搅拌的目的,一步一步让学生建立起加盐水是改变液体密度的概念。
(c)学生观察发现,鸡蛋上浮了,有的学生很吃惊。
(d)学生思考。
一步一步引导学生,让他们分析出这种现象出现的原因。
(3)整理自己的思路,用“=>”符号描述你的思维过程。
(3)学生用逻辑推理的符号阐述自己的思路。
二、认识三种状态
鸡蛋所处的三种状态:
下沉:
浮力<重力
上浮:
浮力>重力
悬浮:
浮力=重力(平衡)
让学生了解三种状态。
三、生活中的下沉与上浮
(1)对于海洋生物来说,浮力非常重要,浩瀚的海洋中,许多生物用不同的方式创造沉与浮,这是一个精彩的世界!
展示各种海洋生物图片。
(2)我们来看看鱼是怎样使自己在水中自由地上浮、下沉和悬浮的?
(以下是一种引导方案以供参考)
• 鱼同上面的鸡蛋一样,重力没有发生变化;
• 鱼也只受到重力和浮力的作用;
• 重力没有变化,而浮力变化了;
• 鱼是通过鱼鳔改变自己的体积来改变浮力的;
• 鱼鳔较小时,鱼所受的浮力小于重力,鱼下沉;
• 鱼鳔较大时,鱼所受的浮力大于重力,鱼上浮;
• 鱼所受的浮力等于重力时,鱼将可以在水中任意的深度游动。
激发兴趣,学生思考。
一步一步让学生自己解决问题。
(3)整理自己的思路,用“=>”符号描述你的思维过程,写出鱼在哪种条件下处于下沉、上浮或悬浮三种状态;
让学生写出自己的思维过程。
四、潜艇与热气球
(1)最早的潜艇用于军事侦察和袭击,现在也用于深海考察,为开发海洋,获得新资源提供信息。
连接到凡尔纳,加潜艇图片;
另一个仿生学的例子——潜水艇(潜水艇的水舱相当于鱼鳔)。
(2)潜水艇是怎样实现上浮和下沉的?
(以下是一种引导方案以供参考)
• 潜水艇只受到两个力的作用,重力和浮力;
• 注意潜水艇的水舱的体积是不变的(这一点与鱼鳔不同);
• 潜艇排开水的体积不变,潜艇处于同一液体当中(即排开液体的重力相等),那么浮力是不变的;
• 浮力不变,只可能是重力的变化引起了潜艇的下沉、上浮和悬浮;
• 潜艇有两个水舱,可以用人工的方法向水舱中压入和排出水;
• 潜艇通过向水舱中压入和排出水能改变潜艇的重力;
• 人工向水舱中压入水,直到重力大于浮力的时候,潜艇下沉;
• 人工从水舱中排出水,直到重力小于浮力的时候,潜艇上浮;
• 当重力与浮力相等时,潜艇悬浮。
引起学生思考。
一步一步引导学生解决问题。
(3)整理自己的思路,用自己的语言来描述一下潜水艇下沉、上浮和悬浮的状态,你可以用“=>”来表述你的思维过程。
(3)学生自己整理自己的思路,并写在纸上,逻辑推理的思维再次得到强化。
五、分析比较
(1)提问:
鸡蛋、鱼和潜水艇都会在液体中下沉、上浮和悬浮,那么它们都是用了同样的方法处于这三种状态的吗?
学生分析回答。
不是;
鸡蛋:
是由于鸡蛋浸没的液体的密度发生了变化,引起浮力变化;
鱼:
是通过它的体积发生了变化,引起浮力变化;
潜水艇,是通过它的自身重力的改变引起了下沉和上浮,它的浮力并没有变。