(三)制定计划,设计实验。
教师再次提问:如何设计实验证明上述的猜想是否正确?
教师可提示学生采用以前用过的变量控制法设计探究实验的方案,学生在教师的引导下,根据本小组的猜测讨论详细的实验方案,并在实验报告上填写所需的实验器材和合理的实验步骤,设计记录数据的表格,完成方案的设计。由小组代表上台交流介绍本小组的实验方案,全体师生参与可行性认定后,产生四个探究实验方案,如下:
a.比较等体积的不同物块浸没在同一液体中受到的浮力大小来分析浮力与物体密度、重力是否有关;
b.比较同一物块浸没在液体中不同深度处的浮力大小来分析浮力与物体浸没深度是否有关;
c.比较同一物块浸没在不同液体(如酒精、浓盐水等密度差异较大的液体)中的浮力大小来分析浮力与液体的密度是否有关;
d.比较同一物块浸没与部分浸在液体中的浮力大小来分析浮力与物体浸在液体里的体积(即物体排开液体的体积)是否有关。
(四)进行实验,收集证据。
每组学生按照自己的实验设计从教师事先准备好的实验器材(等体积的各种物块、弹簧秤、水、浓盐水、酒精、细线、深水杯、大烧杯、刻度尺等)中选择所需的器材,利用弹簧秤法(F浮=G物-F拉)测不同情况下的浮力,在表格中记录数据。
(五)分析证据,得出结论。
学生通过数据的分析,分别得出结论:
a.物体受到的浮力大小与物体的密度、物体的重力无关;
b.物体受到的浮力大小与物体浸没在液体里的深度无关;
c.物体受到的浮力大小与液体的密度有关,液体密度越大,物体受到的浮力也越大;
d.物体受到的浮力大小与物体浸在液体里的体积(即物体排开液体的体积)有关,物体排开液体的体积越大,受到的浮力越大。
(六)交流与评价。
每个小组轮流汇报实验过程和结果,经过认定后,汇总为:浮力的大小与液体的密度、物体排开液体的体积有关,而与物体的重力、物体的密度、物体浸没在液体中的深度无关。液体的密度越大,物体排开液体的体积越大,受到的浮力越大。
由此可以分析木球从水底浮至水面的过程中浮力大小的变化。
(七)再创情景,再次设问。
教师给出一个不规则的石块,系上细线后让石块浸没在水中,并设问:这个石块现在所受的浮力具体有多大呢?
我们已探究出浮力大小和液体密度、排开液体体积有关,那么三者有没有确定的数量关系呢?
引导学生用弹簧秤吊着体积不同的金属块,浸没在盛满水的溢杯里,用空杯盛接从溢杯里被金属排出的水,观察金属块渐入水中直至浸没时弹簧秤读数及空杯中水量的变化。
让学生分析、比较后得出结论:浮力大——排开水多;浮力小——排开水少。 教师接着提出问题:浮力大小和排开的水的多少是否有必然联系?从而引导学生用实验去进一步探究物体排开液重和所受浮力之间的关系。
学生在亲手用弹簧秤测得被物体排开的水重后,惊奇地发现浸在液体里的物体所受的浮力,竟和排开的水重正好相等,从而探究出阿基米德原理:“浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开液体的重力”。接着教师再引导学生讨论如何去计算石块及船所受到的浮力。
在上述的过程中,以教师的演示为引子,创设出一个个问题情景,引起学生的注意,并在引导学生进行探究设计,而在探究过程中,也以问题的形式逼迫学生思考,从而使学生在探究能主动探索,让学生在解决问题的同时,学习物理知识与技能,并体验科学探究的乐趣,感悟科学家的科学思想和科学方法,从而培养学生的创新意识、探索精神和实践能力。
又如焦耳定律的教学中:
(师)同学们都知道,白炽灯、电炉、电饭锅通电后会发热,电流通过导体产生的热量和哪些物理量有关呢?
(生)思考后提出猜想:可能和导体两端电压的大小、通过导体的电流的大小、导体的.电阻大小、通电时间的长短等有关系。
(师)其实U、I、R三个量之间有一定的关系(纯电阻)。我们只讨论产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。请思考,如何设计相关实验进行验证?