第三编第七章13 探究浮力的大小文档格式.docx

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据说阿基米德用两种方法检验王冠是否是纯金制作的。

第一种方法是把一块与王冠重量相等的纯金放进一个装满水的容器中，称出溢出水的重量，接着再对王冠重复上面的过程，称出溢出水的重量，比较两溢出水的重量之间是否存在差异从而检验王冠是否是纯金制作的。

第二种方法是取与王冠重量相等的金块和银块，分别称出三者在水中的重量，由于金块和银块在水中的重量存在差异，如果王冠和金块在水中的重量也存在差异，那么就可以证明王冠不是纯金制作的。

阿基米德在其著作《论浮体》中记载了阿基米德定律，他是从一些公理出发，通过严密的逻辑论证得到浸在液体里的物体所失去的重量等于它所排开的液体的重量，浮体所排开的液体的重量等于它自身的重量。

实验的设计思路

阿基米德的第一种方法是控制浸没在液体中的物体的重力（质量）相同，排开液体的体积不同，通过测量排开液体的重力（质量）来判断。

第二种方法是控制浸没在液体中的物体的重力（质量）相同，通过测量浸没在液体中的物体的重量是否存在差异来判断。

他还从理论的角度推导了阿基米德原理。

从阿基米德两种实验的“原型”来看，要从教学的角度设计探究浮力大小的实验，必须研究物体的重力、浸没在液体中的物体排开液体的重力、浸没在液体中的物体的重力这三者之间的关系。

要测量浸没在液体中的物体排开液体的重力，必须在物体没有浸没液体之前使盛液体的容器处于满液状态，否则无法测量排开液体的重力。

各版本教科书利用图片展示的探究浮力的大小教学实验的设计过程，这一过程遵循阿基米德研究浮力的方法——溢水法，体现课程标准所要求的“经历探究浮力大小的过程”。

二、实验鉴评

我国从1956年起，历次教学大纲均要求用实验演示研究阿基米德原理实验。

课程标准对探究浮力的大小实验有明确的要求，希望让学生经历探究浮力大小的过程，知道阿基米德原理。

探究浮力大小教学实验在知识与技能方面知道阿基米德原理；

在过程与方法方面经历探究浮力的大小的实验过程，进一步练习使用弹簧测力计，进一步巩固称重法，掌握溢水法；

在情感态度与价值观方面，通过浮力大小的探究实验活动，体会科学探究的乐趣，养成严谨的科学态度和协作精神。

下面对各种版本教科书探究浮力的大小实验设计的特点进行介评。

人教版实验设计介评

“探究浮力的大小”实验在人教版9年级中。

该教科书在遵循学生认知规律的基础上采用层层铺垫的方式开展探究浮力大小实验的教学。

教科书不但创设有利于学生进行学习的情境，还制造认知冲突，激发学生的好奇心、求知欲；

教科书通过“想想做做”栏目设计三个小实验，学生通过亲身参与这些实验活动，既能够体验浮力的大小与哪些因素有关，又学会了如何测量浮力大小的方法，为探究“浮力的大小等于什么”奠定了基础。

教科书虽然采用了“溢水法”进行实验探究，但是也提出“如果水不溢出，如何判断物块排水的多少”，这样可以拓宽学生的思路，采用其它方法得到排开水的多少，例如学生可以利用量筒来得到排水的多少。

教科书从学生日常生活现象出发，首先创设生活中常见的漂浮在水面的鸭子，浮在水面上钢铁制造的轮船，学生通过这些情境认识到浮力的存在。

在此基础上，教科书提出水中下沉的铁块是否受到浮力的作用，并与轮船进行对比，给学生制造冲突的情境。

教科书利用“想想做做”栏目让学生进行造船比赛，寻找获得最大浮力的方法，猜测浮力的大小可能与物体的形状、重力有关。

教科书通过手压空易拉罐，体验随着易拉罐浸入水中深度的增加，手施加的压力越来越大，并且水面的高度在增加，这一活动能够让学生体会到浮力与物体排开液体的体积有关，排开液体的体积越大，浮力越大。

教科书设计了用弹簧测力计测量铝块浸没水前后测力计读数的变化的小实验，既让学生巩固前面的认知结果，又让学生体验测量浮力的方法，为后继的探究做好铺垫。

根据“想想做做”栏目设计三个小实验，学生体认到如何测量浮力，浮力的大小与物体排开液体的体积有关。

在此基础上，人教版设计了“浮力的大小等于什么”的探究性实验。

在该实验设计过程中，紧紧抓住浮力与排开水的重力之间的关系，首先确定如何让排开的水全部收集到，教科书采用图片帮助学生理解“溢水法”的科学方法。

其次通过弹簧秤测量物块的重力，物块浸没水后弹簧的读数，根据已经掌握的测量浮力的方法计算出物块受到浮力的大小。

利用弹簧秤再次测量溢出水的重力，从而比较浮力和溢出水的重力之间的关系，得到浮力的大小等于物体排开的液体所受到的重力。

沪科版

“探究浮力的大小”实验在沪科版8年级中。

沪科版设计的三个逐渐深入的浮力实验探究活动，有助于学生形成浮力的概念，浮力的大小与哪些因素有关，浮力的大小等于重力，这三个实验环环相扣，又自成一体，三个实验的开放度逐渐增加，探究的数据逐渐增多，探究所需要的能力逐渐提高，学生经历这些实验探究活动能够切实提高他们的猜想与假设的能力、设计实验的能力、分析与论证的能力。

教科书首先通过创设与浮力相关的生活情境，让学生感受浮力的存在，进而设计实验探究活动一，什么是浮力。

教科书利用图7-18，通过手托物块时测量物块重力的弹簧秤的示数变小与物块浸没在液体中时弹簧秤的读数也变小进行对比分析，从而得到浸没在液体中的物体有一向上的托力，并计算这一托力的大小，为后继的探究奠定基础。

教科书在气体浮力之前并没有给出浮力的定义，而是进一步演示气体浮力实验，让学生获得更深的感受，从而形成浮力的概念。

既然浸没在液体或气体中的物体受到浮力，那么浮力的大小与哪些因素有关呢？

该教科书通过创设轮船从江河进入大海和生活中提井水的情境让学生猜想，浮力的大小可能与液体的密度、物体浸没在液体的深度有关。

进而设计鸡蛋与浮力的实验，同一物体浸在液体中体积不同观察测力计示数实验，同一物体浸没在液体中深度不同观察测力计示数实验，让学生形成浮力的大小与液体的密度有关，与物体排开液体的体积有关，与浸没在液体中的深度无关。

既然浮力的大小跟物体排开液体的体积和液体的密度有关，根据本章前面内容的学习（密度），学生通过推理分析，易于形成浮力的大小可能与物体排开的液体所受到的重力有关。

教科书设计了实验探究三，提供相关器材让学生自主设计并完成该实验的探究，教科书还设计了三幅图片和相对应的数据表格让学生自主实验探究与收集相关数据，通过对数据的分析、归纳，能够得到物体所受的浮力等于物体排开的液体所受到的重力。

沪科粤教版实验设计介评

“探究浮力的大小”实验在沪科粤教版8年级下册中。

该教科书采用循序渐进的方式设计探究浮力大小实验，并作为一节内容呈现，减少了这一节内容容量，便于让学生经历完整的科学探究活动，易教便学。

教科书给出实验的器材由学生自己设计实验，用三张图片提示实验的方法和步骤，有利于培养学生的实验设计能力、收集数据能力、分析论证等能力。

教科书在设计该实验之前，学生已经掌握了通过弹簧秤测量浸没在液体中的物体所受到的浮力，浮力产生的原因，通过实验探究知道浸在液体中的物体所受到的浮力与浸入的体积有关，与液体的密度有关，与全部浸没在同种液体中的物体浸入液体的深度无关。

该教科书对探究浮力大小实验设计了完整的科学探究，根据上一节探究活动中已经掌握的“浮力的大小跟物体排开液体的体积和液体的密度有关”，学生通过逻辑推理分析，能够作出“物体所受浮力的大小可能跟物体排开液体的重量存在一定的关系”。

教科书提供弹簧测力计、铁块、溢水杯、清水、食盐等器材由学生自主设计实验，提示溢水杯的用途。

在进行实验与收集征集环节，教科书设计了三幅图片和相对应的填空让学生自主实验探究与收集相关数据，从中自然得到物体所受的浮力等于物体排开的液体所受到的重力。

北师大版

“探究浮力的大小”实验在北师大版8年级下册中。

该教科书按照浮力的概念、浮力产生的原因和影响浮力大小的因素（阿基米德原理）层层展开，每一知识点均采用实验探究的方式让学生经历探究的过程，形成概念，掌握规律，发展学生的科学探究能力。

教科书在“观察与思考”栏目中首先设计了如何测量浮力，利用教科书图8-28，采用对比的方法，当用手托物块时测量物块重力的弹簧秤的示数变小，是由于手对物块有一向上的托力，当把物块浸没在液体中时，与此类似的是弹簧秤的读数也变小，表面液体对物体有一向上的托力。

教科书还对不同种类的液体进行实验，既可以得到普适性的结论，又可以让学生感受到不同密度的液体对同一物体的托力是不同的，表明这一托力与液体的密度有关。

这个托力在物理学上称为浮力。

由于学生已经经历了液体压强的教学，对橡皮膜凹凸程度的大小间接反映作用在橡皮膜上压力的大小有了正确的认知，所以教科书利用玻璃圆筒两端的橡皮膜来显现浮力产生的原因。

教科书通过两个小实验引导学生观察橡皮膜的凹凸程度，让学生根据液体内部压强知识判断作用在两橡皮膜上压力的大小、方向，从而形成浮力产生的原因是液体对物体向上和向下的压力差。

教科书在探究浮力产生原因的基础上进一步探究浮力的大小与哪些因素有关。

首先利用“观察与思考”中学生已经掌握的方法分析浸没在液体中的物块受到哪些力的作用，物块受到的浮力有多大。

其次通过学生的猜想与假设探究浮力的大小与物块排开液体体积（或质量、重力）之间的关系。

为了得到物块所排开的液体，采用溢水法收集液体，测量液体的重力，从而得到物块受到的浮力等于物块排开的液体所受到的重力。

教科书设计该实验时充分体现开放性，教科书并没有明确地给出探究的结果，而是通过填空让学生在探究的基础上自己填写，这些填空能够帮助学生有效地数据收集和处理实验数据，调动学生学习的积极性和主动性。

教科书设计的“你知道吗”栏目指出浸没在气体中的物体也受到浮力的作用，拓宽了学生的知识面，进一步加深学生对阿基米德原理的理解。

苏科版

“探究浮力的大小”实验在苏科版8年级下册中。

教科书通过图片展示让学生进行分析、归纳总结，得到浸没在液体中的物体、浮在液体表面的物体、浸在气体中的物体均受到浮力的作用，根据二力平衡知识掌握浮力的方向，从而形成浮力的概念。

活动10.9一方面能够让学生理解下沉的物体也受到浮力的作用，另一方面掌握如何测量下沉物体所受到浮力的方法，为后继的探究奠定基础。

活动10.10既巩固了测量浮力的方法，又能够让学生知道影响浮力大小的因素，为探究浮力的大小奠定猜想的基础。

在活动10.11中，教科书提供具体的实验步骤和相关图片，有利于培养学生的收集数据能力、分析论证能力。

教科书首先通过四张图片让学生观察与浮力相关的生活现象，既有浸在气体中的气球受到浮力，又有浮在液体表面的舰艇、人受到浮力，还有浸没在水中的乒乓球由于受到浮力的作用从水里升起。

在观察的基础上，结合二力平衡知识，分析得到浮力的概念。

对于下沉的物体是否受到浮力的作用，教科书设计了一个活动10.9，通过弹簧测力计读数的变化与二力平衡知识，学生能够形成下沉的物体也受到浮力的作用。

在此基础上，教科书设计探究影响浮力大小的因素实验，首先让学生根据自己的经验提出影响浮力大小的因素，进而提供相关实验器材、步骤和相关图片让学生进行操作并记录相关数据，通过对数据的分析、归纳得到浮力的大小与液体的密度有关，与物体排开液体的体积有关，排开的体积越大，受到的浮力越大，与浸没在液体中的深度无关。

通过活动10.10探究的结果，结合学生已经掌握的质量与密度、体积之间的关系，质量和重力之间的关系，学生易于形成浮力的大小与物体排开的液体的重力有关。

教科书通过五幅图片和具体的实验步骤让学生进行实验探究并收集相关数据，通过对数据的的分析、归纳，得到物体所受的浮力等于物体排开的液体所受到的重力。

教科版

“探究浮力的大小”实验在教科版8年级下册中。

教科书将探究浮力的大小分为两个密切联系的模块，首先通过实验探究浮力的大小与哪些因素有关，其次探究阿基米德原理。

教科书在处理阿基米德原理时采用“实验探究→理性探究→实验验证”的设计方式，注重在实验探究过程中的理论渗透，让学生经历“替代法”科学方法的教育，从而有助于学生更好地掌握阿基米德原理。

教科书在探究浮力的大小之前，学生已经掌握了浮力的概念，如何测量物理受到浮力的大小，知道浮力产生的原因。

为了探究浮力的大小，教科书首先设计了“原型”并配以图片，从该“原型”中可以发现浮力的大小与排开液体的体积有关。

教科书设计卡通人物的对话，让学生进行有根据的猜想与假设，培养学生猜想与假设的能力，猜想不是胡思乱想，而是根据已有的知识和经验对问题可能解决的方案作出假设判断的过程。

通过大小不同的船装载货物多少的不同猜想浮力的大小与物体的体积有关，通过木块的漂浮和铁块的下沉猜想浮力的大小与物体的密度有关，通过浮力产生的原因分析猜想浮力的大小与深度有关，通过物体浸在液体中才产生浮力猜想浮力的大小与液体的密度有关……

根据以上猜想，教科书提供多种物体（体积相同的铁块和铜块，较大地体的铁块）和不同密度的液体（水和浓盐水）由学生自主探究，让学生有意识地运用控制变量法，得到浮力与浸在液体中物体的体积有关，与物体的密度无关。

教科书在处理阿基米德原理教学内容时采用“实验探究→理性探究→实验验证”的设计方式，为了让学生体认到浸没在液体中的物体受到的浮力等于物体排开的液体受到的重力，专门设计了装满水的塑料袋实验，用替代法从理论的角度阐明相同体积的固体所受到的浮力与装满水的塑料袋所受到的浮力相同，并且都等于装满水的塑料袋所受到的重力，为溢水法做好铺垫。

教科书对这一理论推导的结果采用实验验证的方法让学生自主设计并完成实验，进一步巩固阿基米德原理。

教科版之所以采用验证性实验，基于以下两点考虑，第一，这个实验本身容易产生较大的误差，学生难以探究出定量的规律；

第二，从科学方法教育的角度来看，学生难以想到溢水法。

三、实验拓展

（一）实验成功的条件

探究浮力的大小教学实验原理是阿基米德原理，要确保该实验成功必须考虑以下三个因素：

第一确保被物体排开的液体恰好全部收集在小桶中，因此在实验之前要在溢水杯中装满水，物体应缓慢浸没在液体中，避免液体表面的波动，为了防止水沿烧杯外壁流出而不流入小桶，可在烧杯的倒口处涂抹凡士林；

第二确保浸没在液体中的物体仅受到重力、浮力和弹簧的弹力作用，因此浸没在水中的物体不能与杯壁接触；

第三确保物体在浸没液体前后其重量不发生变化，因此物体应选择不易吸水的物质如金属、石块等；

第四确保弹簧测力计的示数在物体浸没液体前后变化较大，这样读数误差较小，因此应该最好选择密度比液体密度稍大的物体。

（二）实验学习质量的检定

探究浮力大小实验的实验过程、步骤、数据处理是考查的重点。

该实验还可以进行拓展，例如2009年广州市初中毕业生学业考试物理试卷第25题，不仅考查该实验本身的数据处理，而且将该实验拓展成“研究体积相同的不同物体，浸没在水中时所受浮力与重力的关系”、“研究质量不同的同一类物体，浸没在水中时所受浮力与重力的关系”，通过列表数据、图像法得到“一切浸没在水中的物体所受的浮力皆相等”、“一切浸没在水中的物体所受浮力与其所受重力成正比”结论让学生自主评估这些结论是否正确并说出理由，还考查学生的数据推断能力。

例如，某人在探究“浮力的大小等于什么”时，用弹簧秤、塑料块、烧杯、小桶等进行实验操作测量，如图a、b、c是其中的三个步骤示意图，还差一个步骤图d，才能完成探究任务，则d是测量什么物理量的？

设四个图中弹簧秤的读数分别是F1、F2、F3、F4。

由四个图中哪两个图的弹簧秤的读数可以求出塑料块受到的浮力？

被排开液体的重力为是多少？

实验结果能不能验证阿基米德原理？