浮力的大小与哪些因素有关

教学案例

——验证浮力的大小与物体排开液体的体积是否有关？

上课铃响了，科学老师端着一个有水的水槽走进教室，水槽里有三个橙色同规格的乒乓球，一个漂浮，一个悬浮，一个沉底。

学生：看到后感到既有趣又奇怪：为什么三个乒乓球会不一样呢？

教师：笑而不答，并且反问：“这三个乒乓球所受的浮力一样吗？”

学生：异口同声回答：“不一样。”

教师：哪个乒乓球所受到的浮力较大？为什么？

甲学生分析：“漂浮的乒乓球所受的浮力较大，因为漂浮的乒乓球所受到的浮力能够把乒乓球托在水面上，其余两个都不能。”

乙学生有不同的说法：“沉下的乒乓球所受的浮力较大，因为它的位置较深，所受的压强最大，所以所受的浮力也是最大的。”

教师：反问：“是这样吗？”

学生：开始怀疑自己的说法，但不知如何解释这种现象。

教师：“要想判断哪个乒乓球所受到的浮力较大，必须了解浮力的大小与哪些因素有关，请同学根据水槽的这个装置，大胆地提出自己的猜想。”

教师：板书浮力的大小与哪些因素有关？

乒乓球（物体）

水（液体）

学生：纷纷踊跃提出自己的猜想：

“与物体的密度有关，密度大的物体所受的浮力较大。”

“与物体的体积有关，物体体积越大所受的浮力就越大。”

“与物体的重力有关，物体的重力越大所受的浮力就越小。”

“与物体的深度有关，深度越深浮力越大。因为随深度的增加压强逐渐增大。”

“与物体的形状有关，形状不同所受的浮力也不同。”

“与液体的密度有关，液体的密度越大，对物体的浮力就越大。”

“与液体的体积有关，小浴盆没有游泳池的浮力大”

“与排开的液体体积有关，排开液体的体积越大，所受的浮力就越大”

“与液体的温度有关。”

…………

教师：板书学生的猜想浮力的大小与哪些因素有关？

乒乓球（物体）：物体的密度、物体的体积、物体的重力、物体的深度、物体的形状

水（液体）：液体的密度、液体的体积、排开的液体的体积、液体的温度教师：“根据实验室所提供的实验器材和课堂时间的限制，我们仅进行一个实验探究——排开的液体体积。用实验探究的结果来说明这个因素是否与浮力的大小有关，并检验你们的猜想是否正确。好！现在我们要分组分别完成这个因素的实验探究。”

教师：把这个探究性实验分不同的实验组，并提出问题：“如何测出物体所受的浮力大小呢？”

学生：回顾上节课所学的测量浮力的方法：先测出物体的重力G

物

，再测出

物体浸在水里时所受的拉力F

拉，物体所受到的浮力F

浮

=G

物

— F

拉

教师：“如何探究浮力与这个因素的关系呢？请同学们用变量控制法设计实验方案，即只让要探究的因素发生改变，其他因素保持不变。请各小组尽快地讨论出你们自己的实验设计方案，”

学生结合实验器材讨论实验方案，教师巡回指导。学生讨论几分钟后，各小组向全班汇报他们的实验设计方案，并修改实验设计方案。之后，教师出示参考

计的实验方案进行实验探究。对测量的实验数据要进行分析，看一看能够得出什么实验结论。”

学生进行实验探究，边实验边记录实验数据，教师巡回指导学生正确的实验操作方法。

过一段时间后，教师：“现在请各小组派一名同学汇报你们的实验结果和实验结论。”

第一组的学生把实验记录放在实物投影仪上显示出来并汇报实验结论：

教师：“哪位同学能够根据这个实验结论来分析水槽里的三个乒乓球所受的浮力的大小？”

学生思考了一会，恍然大悟：“悬浮和沉底的乒乓球所受到的浮力较大，而漂浮的乒乓球所受到的浮力较小。因为浮力的大小与排开的液体体积有关，漂浮的乒乓球排开的液体体积较小，所受到的浮力较小，悬浮和沉底的乒乓球排开的液体体积较大，所受到的浮力较大。”

教师“悬浮和沉底乒乓球哪个所受到的浮力较大？”

学生：“一样大。因为悬浮和沉底的乒乓球所排开的液体的体积相同，所以所受到的浮力也应该是相同。”

教师：“这个分析很有道理！悬浮和沉底乒乓球虽然排开的液体体积相同，但是两球的密度和在液体中的深度是不同的，这两个因素会不会影响物体所受的浮力大小呢？”

有的学生认为有关，有的学生认为无关。

教师：“最有发言权的是第二组和第三组，让他们的实验结果说话。”老师满怀期待地看着第二组的同学说：“我们先来看一看第二组的实验结果。”

第二组的同学用实物投影仪展示他们的实验结果：

教师愕然，停顿了一下问道：“你们组的其他同学也是这个结论吗？”

第二组的同学肯定地回答：“是的。”

教师“请你演示一下你们的测量过程。”

学生在讲台上演示：先用测力计测物块的重力G

物

，把物体放在水中，没有浸没

时读一下测力计的示数F

拉1，把物体浸没水中后有读一下示数F

拉2

，计算浮力得

出结论：物体浸没的深度越深，它所受到的浮力就越大。

教师“请同学们说一说，他们的实验操作有没有问题？”

学生：“有问题，测浅处的拉力时，物体没有浸没在水中。”

教师：“很好，你观察很细致，很多同学在做实验时，都往往会忙着把实验完成，而不注意控制实验条件。”

教师边演示探究实验1边讲解：“在第一组的实验中，细心的同学可能已经观察到：在物体只有部分浸入液体中时，随着物体浸入液体越深，测力计的示数也不断向上移动，受到的浮力在逐渐增加。是因为物体排开液体的体积在逐渐增加。第二组的实验是当物体全部浸没液体以后，物体排开液体的体积不再发生变化，只是在物体浸没的深度这一个变量发生变化时，物体受到的浮力是如何变化的呢？

教师演示实验探究2，并让学生记录实验数据

教师：“物体的密度不同，浮力会改变吗？请看第三组的实验结果。”

第三组同学出示他们的实验结果：

大。”

教师：“请同学们思考一下，第三组根据上述的实验结果得出这样的结论是否合适呢？任何测量都是存在误差的，只不过误差有大有小，但在处理数据分析问题时，要把测量的误差考虑进去，如第三组计算两个浮力的数据有较小的差距有可能是测量的误差或读数误差造成的，这时我们可以把两个数据看成是非常接近

的。即同体积的铜块和铝块虽然密度不同，但所受到的浮力大小一样，说明物体在液体里受到浮力的大小与物体的密度无关。”

有的学生点头，有的学生出现不解的表情，教师看了看手表，剩余的时间不多了，就告诉学生：若对老师的这种处理数据的方法不理解，我们可以在课下用更多的实验来验证这个结论。

“请根据上述三个实验结果判断水槽中悬浮和沉底乒乓球所受的浮力的大小。”学生：“二者所受的浮力一样大，因为物体所受到的浮力与物体排开液体的体积有关，与浸没的深度无关，还与物体密度的大小无关。”

教师：“物体在液体中所受的浮力与物体的密度无关，与液体的密度有关吗？”第四组的学生展示实验结果：

教师：“球形的橡皮泥被捏成其他形状后浮力会不会改变呢？”

第五组同学出示他们的实验结果：

教师：“很好！请同学们把各个小组的实验探究结论汇总可以得到什么结论呢？”学生小结：“由实验得之：物体在液体中所受到浮力的大小与液体的密度有关，还与物体排开的液体的体积有关，而与浸没在液体中的深度无关，与物体的密度、形状无关。”

教师总结：“这节课我们通过五个探究性实验，找出了浮力的大小与物体排开液体的体积、液体的密度有关，而与浸没在液体中的深度无关，与物体的密度、形状无关。只要排开液体的体积越大，液体的密度越大，那么所受到的浮力就越大，这个浮力到底多大呢？也就是说，浮力与排开液体的体积、液体的密度之间有什么样的数量关系呢？这是我们下一节课所要学习的内容。至于为什么水槽里的三个乒乓球会出现漂浮、悬浮、和沉底的现象，等你们自己也制作出这种装置时，你们就自然会明白其中的科学道理。请同学们在家里动手制作一个这样的装置。”案例反思：

科学的核心是探究，本节课突出科学探究的学习方式，让学生通过手脑并用的探究活动，体验探究过程的曲折和乐趣，学习科学的方法，发展科学探究所需要的能力并增进对科学探究的理解。由于初中的学生思维发展处于由具体的形象思维向抽象的逻辑思维发展的阶段，在判断问题时，往往靠直觉，缺乏逻辑分析。而且在做实验时，缺乏变量控制的意识，只注重实验现象，不能透过现象看本质，也很难用准确的语言概括出实验结论。在本节课开始用有趣的实验激疑，使学生对自己的直觉判断产生怀疑，从而产生强烈的探究欲望，通过提出问题、建立假设、设计实验方案、实验探究、交流实验结果、得出结论，再应用实验结论来分

析解决面临的实际问题。这样可以促进学生把感性的认识上升为理性认识及理性认识的迁移，促进学生的抽象的逻辑思维的发展，提高学生的分析和解决问题的能力。对学生实验中出现的典型性的问题能够及时处理，使学生不仅学会正确的实验操作方法，而且学会正确处理数据得出正确的结论，使学生多项能力得到训练。