初中物理八年级下册《浮力》单元学历案教案

初中物理八年级下册《浮力》单元学历案教案

设计者注：本学历案以“学习为中心”，遵循“逆向设计”原则，以发展学生物理核心素养为目标，整合科学探究与工程实践（SEP），旨在引导学生像物理学家一样思考，像工程师一样解决问题。案中“情境线”、“问题线”、“活动线”、“知识线”和“素养线”五线交织，贯穿始终，实现深度学习。

一、单元学习规划

（一）单元课标要求与核心素养解读

1.内容要求（依据《义务教育物理课程标准（2022年版）》）：

1.2.2.7通过实验探究，认识浮力。探究并了解浮力大小与哪些因素有关。

2.2.2.8知道阿基米德原理，能运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。

3.2.2.9经历探究浮力大小与哪些因素有关、验证阿基米德原理等实验过程，学习使用控制变量法，尝试评估实验方案的合理性，并能基于证据得出结论。

4.跨学科实践：涉及技术与工程（如潜水艇、浮船坞设计）、物质科学（密度、压强、力）等相关内容。

2.核心素养发展指向：

1.物理观念：形成清晰的“浮力”概念，理解“阿基米德原理”和“物体浮沉条件”，能将其与重力、二力平衡、压力、压强、密度等概念进行结构化关联，建构关于“力与运动”及“物质属性”的整合性认识。

2.科学思维：重点发展基于证据进行科学推理和论证的能力。经历“提出问题→猜想与假设→设计实验（控制变量）→获取证据→分析论证→解释交流”的完整探究过程。学会运用比较、分析、综合、归纳等思维方法，从定性到定量认识规律。培养运用物理模型（如受力分析图）解释复杂现象的能力。

3.科学探究与实践：掌握使用弹簧测力计测量浮力的“称重法”，能自主设计并完成探究影响浮力大小因素的实验，能合作完成验证阿基米德原理的定量实验。具备初步的实验误差分析意识和方案评估能力。尝试运用浮力知识进行简单的技术设计与制作（如密度计、浮沉子）。

4.科学态度与责任：激发对自然现象（如船舶漂浮、热气球升空）的好奇心和探究欲。在合作探究中养成实事求是、严谨认真的科学态度。理解浮力知识在航海、航空、气象、地质等领域的广泛应用，体会物理学的社会价值，培养将科学服务于社会的责任感。

（二）单元学习主题与课时安排

1.核心主题：揭秘“浸没之力”——从感知到驾驭浮力

2.本质问题：为什么有些物体能在流体中漂浮或悬浮，而有些则会下沉？我们如何定量地计算和定性地控制这种“举托之力”？

3.课时安排（共4课时）：

1.课时1：初识浮力——感知无处不在的“托举”

2.课时2：探因索果（一）——定性探究浮力的影响因素

3.课时3：寻根溯源（二）——定量验证阿基米德原理

4.课时4：驭力有道——物体的浮沉条件及其应用

（三）单元学习目标

学完本单元，学生将能够：

1.解释：用语言准确描述浮力的定义、方向，并能用受力分析图解释浮力产生的原因（压力差）。

2.测量：熟练运用“称重法”测量浸在液体中的物体所受浮力的大小。

3.探究与归纳：通过实验，归纳并口头及书面陈述影响浮力大小的因素（重点为排开液体的体积和液体密度），并阐释控制变量法的应用。

4.推导与计算：准确陈述阿基米德原理，并能从其数学表达式F浮=G排=ρ液gV排出发，进行有关浮力、密度、体积的简单计算。

5.分析与应用：基于二力平衡和密度比较，推导物体的浮沉条件（上浮、下沉、悬浮、漂浮），并用其分析解释轮船、潜水艇、热气球、盐水选种、密度计等生产生活现象的原理。

6.设计与评估：以小组为单位，设计并制作一个能实现可控浮沉的简易装置（如“浮沉子”），撰写简要设计报告，并进行展示交流。

（四）单元评价设计（嵌入式、表现性）

1.课前诊断性评价：通过“前置学习单”了解学生对浮力的前概念（如“轻的物体才受浮力？”）。

2.过程性表现评价（占比40%）：

1.3.课堂观察：参与讨论的积极性、提出问题的质量、实验操作规范性、合作交流有效性。

2.4.探究实验报告：重点评价“猜想与假设”的合理性、“数据记录与处理”的规范性、“结论得出”的科学性。

3.5.随堂练习与思维导图：评估概念理解和知识结构化水平。

6.成果性评价（占比60%）：

1.7.单元闭卷测试（40%）：覆盖概念、原理、计算及简单应用题。

2.8.“浮沉子”工程项目报告与展示（20%）：评价方案设计的创新性、原理运用的准确性、作品功能的实现度及团队合作。

二、分课时学历案详案

课时1：初识浮力——感知无处不在的“托举”

【学习目标】

1.通过列举生活实例和体验活动，能说出浮力的定义，并判断浮力的施力物体和方向。

2.通过观察与分析实验，能利用液体压强和压力知识，推导并解释浮力产生的原因（压力差）。

3.通过教师指导，能正确使用弹簧测力计，掌握“称重法”测量浮力的技能。

【评价任务】

1.（对应目标1）在“情境感知”环节，能准确列举3个以上不同类型的物体受浮力作用的实例，并口头描述浮力方向。（观察评价）

2.（对应目标2）在“成因探秘”环节，能完成“思考与推导”任务，用文字或图示说明正方体在水中上下表面压力差与浮力的关系。（纸笔评价）

3.（对应目标3）在“测量初探”环节，能规范操作，用“称重法”测出钩码在水中受到的浮力，并记录数据。（技能评价）

【资源准备】

教师：多媒体课件、演示用大弹簧测力计、木块、乒乓球、去底矿泉水瓶（瓶口朝下，配橡皮膜）、底部贴有橡皮膜的规则长方体（可视模型）、水槽、水、盐。

学生（每组）：弹簧测力计、铁架台、烧杯、水、盐、小桶、轻质细线、金属块（如钩码）、木块、塑料块、橡皮泥。

【学习过程】

环节一：情境线导入——从“反常”现象出发（5分钟）

驱动性问题：将木块和铁块同时放入水中，木块浮，铁块沉。是水“拒绝”托起铁块吗？

学生活动1（体验与观察）：

1.用手将空塑料瓶压入盛水的水槽中，感受手受到的向上“顶”的力。

2.观察教师演示：用细线将乒乓球拴住，贴近去底矿泉水瓶的瓶口内壁，向瓶内倒水，乒乓球并不上浮；当瓶口浸入水槽水面以下，水涌入瓶内，乒乓球迅速上浮。

师生对话与目标1达成：

1.提问：塑料瓶浸入水中时，你感受到了什么力？方向如何？

2.提问：乒乓球在哪种情况下获得上浮的力？这个力来源于什么？

3.引导学生归纳：浸在液体（或气体）中的物体，受到液体（或气体）对它竖直向上的托力，这个力叫做浮力。施力物体是液体（或气体），方向总是竖直向上。

环节二：问题线深入——浮力从何而来？（15分钟）

核心问题：液体施加的这个向上“托举”的力，其微观本质是什么？

学生活动2（模型分析与推理）：

1.回顾：液体内部压强特点（P=ρgh，同深相等，向各方向）；压力与压强关系（F=PS）。

2.观察教师演示模型：一个规则长方体浸没在水中。利用多媒体动画或带橡皮膜的长方体模型，展示其前、后、左、右四个侧面所受压力大小相等、方向相反，合力为零。

3.思考与推导（目标2评价任务）：

1.4.任务单问题：比较长方体上、下表面所处的深度h上和h下，推导P上和P下的大小关系。

2.5.推导并比较上表面所受向下压力F下压=P上·S，和下表面所受向上压力F上顶=P下·S的大小关系。

3.6.结论：F上顶______F下压（选填“>”、“<”或“=”），这个压力差的方向是______。

4.7.最终得出：浮力实质上是浸在液体中的物体，其上下表面受到液体的压力差。

设计意图：将浮力与已学的压强知识建立强关联，实现知识的结构化，破除浮力的神秘感，深化理解。

环节三：活动线核心——如何测量这个“无形”的力？（20分钟）

过渡问题：压力差计算复杂，我们能否用更简单的方法“称”出浮力的大小？

学生活动3（实验探究：“称重法”测浮力）：

1.技能学习：教师规范演示“称重法”步骤。

1.2.步骤一：用弹簧测力计在空气中测出物体重力G。（强调调零、竖直、视线平视）

2.3.步骤二：将物体浸入液体中（部分浸入或浸没），读出此时弹簧测力计示数F拉。

3.4.步骤三：计算浮力：F浮=G-F拉。

5.分组实验（目标3评价任务）：

1.6.任务1：测量金属块（如钩码）浸没在水中时的浮力F浮水。

2.7.任务2：将金属块部分浸入水中，观察F拉变化，感受浮力变化。

3.8.任务3：尝试测量木块在水中所受浮力。（引导学生思考：木块漂浮时，F拉=0N，如何测G？启发后续漂浮条件学习）

9.数据记录与思考：

物体

空气中重力G/N

浸入液体中时拉力F拉/N

浮力F浮/N

金属块（浸没）

木块（漂浮）

（？）

0

（？）

10.初步结论：通过“称重法”，我们可以间接测量出浮力。物体浸入液体中时，弹簧测力计减小的示数就等于它所受的浮力大小。

环节四：学后反思与迁移（5分钟）

反思问题：

1.我能否向家人清晰地解释“游泳时为什么会感到身体变轻”？

2.用“压力差”解释浮力产生的原因时，我是否考虑到了物体侧面受力的情况？

3.“称重法”的适用条件是什么？如果一个物体放入液体中时测力计示数增加，可能是什么原因？

课后实践：寻找家中三种不同的物体（如苹果、钥匙、泡沫块），预测它们放入水中是否受浮力以及浮力方向，并动手验证你的预测。

课时2：探因索果（一）——定性探究浮力的影响因素

【学习目标】

1.基于生活经验和逻辑推理，能提出关于“浮力大小可能与哪些因素有关”的合理猜想，并说明猜想依据。

2.在教师引导下，能针对其中一个猜想（如与排开液体体积的关系），设计出采用控制变量法的初步实验方案。

3.通过小组合作实验，能收集有效证据，归纳并表述“浮力大小与物体排开液体的体积、液体的密度有关”的结论。

【评价任务】

1.（对应目标1）在“猜想大会”环节，能提出至少2个有依据的猜想，并记录在实验报告猜想部分。（报告评价）

2.（对应目标2）在“方案设计”环节，能参与小组讨论，口头描述如何控制变量来验证“浮力与浸入深度（实为排开体积）的关系”。（观察评价）

3.（对应目标3）能规范完成探究实验，记录多组数据，并在实验报告结论部分准确陈述影响因素。（报告与观察综合评价）

【资源准备】

教师：演示用弹簧测力计、大圆柱体（可分段标识体积）、水、浓盐水、酒精、体积相同的铜块和铝块、多媒体互动白板。

学生（每组）：弹簧测力计、铁架台、烧杯（2个）、水、浓盐水、圆柱体（或长方体，侧壁有体积刻度）、体积形状相同但材料不同的金属块（如铜、铝）、细线、实验报告单。

【学习过程】

环节一：问题线启动——猜想与假设（10分钟）

驱动性问题：人在泳池中，走到深水区身体感觉更“轻”；死海中人可以轻松漂浮。浮力大小究竟由什么决定？

学生活动1（头脑风暴：猜想大会）：

1.个人思考：根据上节课测量浮力的经验和生活现象，独立思考可能的影响因素，将猜想及依据写在报告单上。

2.小组分享与论证：组内轮流发言，陈述自己的猜想（如：物体浸入的深度、物体的形状、物体的密度、液体的种类、物体排开水的多少等），并尝试用已有知识或实例进行简单论证或反驳。

3.班级聚焦：教师引导，将众多猜想归类聚焦到几个核心可探究的变量上：

1.4.物体因素：浸入液体的深度（h）、物体的形状、物体的密度（ρ物）、物体排开液体的体积（V排）。

2.5.液体因素：液体的密度（ρ液）。

3.6.环境因素：（通常忽略）。

目标1达成关键：强调“有依据的猜想”，避免天马行空。例如，“猜想与深度有关”的依据是“在泳池里越深感觉越轻”；“猜想与液体有关”的依据是“死海浮力大”。

环节二：活动线核心——设计实验与探究（25分钟）

核心问题：如何用实验证明我们的猜想？如何确保实验的公平性（控制变量）？

学生活动2（探究一：浮力与物体浸入体积及深度的关系）：

1.方案设计（目标2评价任务）：

1.2.教师提问：要探究浮力与“浸入深度”是否有关，我们需要改变什么？必须保持什么相同？（改变深度h，保持物体、液体、浸入时的横截面积相同——实为控制V排变化规律已知）

2.3.更精准的提问：当物体逐渐浸入时，深度h增加，同时什么量也在同步增加？（排开液体的体积V排）我们真正想探究的是浮力与h的直接关系，还是与V排的关系？

3.4.引导优化猜想：浮力可能与物体排开液体的体积（V排）有关。使用带体积刻度的圆柱体，可以直接读出V排。

5.分组实验与数据收集：

1.6.步骤：用“称重法”测量圆柱体部分浸入（如1/4、1/2、3/4）和完全浸没时在水中的浮力，同时记录对应的V排（可从刻度读取或计算）。

2.7.数据记录表（示例）：

状态

重力G/N

拉力F拉/N

浮力F浮/N

排开液体体积V排/cm³

空气中

0

0

1/4浸入

1/2浸入

浸没

浸没更深

（同浸没）

8.分析与发现（目标3评价任务）：

1.9.关键观察点1：从部分浸入到完全浸没，V排增大，F浮如何变化？

2.10.关键观察点2：完全浸没后，继续向下浸（改变深度h），V排变了吗？F浮变了吗？

3.11.初步结论1：浮力大小与物体排开液体的体积（V排）有关，V排越大，浮力越大。物体浸没后，V排不变，浮力与深度无关。

学生活动3（探究二：浮力与液体密度的关系）：

1.迁移设计：若要探究浮力与液体密度（ρ液）的关系，应控制哪些变量不变？（同一物体、浸入体积相同即V排相同）改变什么？（液体种类）

2.分组实验：

1.3.用“称重法”测量同一金属块完全浸没在水和浓盐水（或酒精）中时的浮力。

2.4.提醒：更换液体时，需擦干物体表面。

5.数据对比与结论：

1.6.比较F浮水和F浮盐水。

2.7.初步结论2：浮力大小与液体的密度（ρ液）有关，在V排相同时，ρ液越大，浮力越大。

学生活动4（证伪探究：浮力与物体密度、形状的关系）：

1.（可选或教师演示）用体积相同的铜块和铝块，浸没水中，比较浮力。（发现浮力相同）

2.将一块橡皮泥捏成不同形状（球体、长方体、船形），先后浸没水中，比较浮力。（发现浸没时浮力相同；但漂浮时船形排开体积大，浮力大，为下节课伏笔）

3.结论3（阶段性）：浮力大小与物体的密度、材料无关，与浸没时的形状也无关（但漂浮物体形状影响V排）。

环节三：知识线梳理与反思（5分钟）

梳理：通过今天探究，我们发现浮力大小主要与两个因素有关：液体的密度（ρ液）和物体排开液体的体积（V排）。

反思问题：

1.我们今天“控制变量”做得成功吗？在哪个环节最有可能产生误差？

2.既然浮力与ρ液和V排有关，那么是否存在一个定量的计算公式？它可能是什么形式？（启发下节课）

课后延伸：设计一个家庭实验，只用一杯水、一个透明杯子和一枚鸡蛋，如何让鸡蛋在不同深度悬浮？（通过加盐改变ρ液）

课时3：寻根溯源（二）——定量验证阿基米德原理

【学习目标】

1.通过阅读史料或教师讲述，能复述阿基米德原理的发现故事，体会科学发现源于对生活的深入观察和思考。

2.通过小组合作完成定量实验，能验证F浮=G排，即浮力等于物体排开液体所受的重力。

3.能准确表述阿基米德原理的内容及公式（F浮=G排=ρ液gV排），并理解其适用范围。

【评价任务】

1.（对应目标1）能简要说出阿基米德鉴定皇冠故事中蕴含的物理思想。（口头评价）

2.（对应目标2）能规范完成实验操作，准确测量并记录F浮与G排的数据，在报告单上完成数据对比与误差分析。（实验报告评价）

3.（对应目标3）能独立或合作完成2-3道涉及阿基米德原理的简单计算题，并解释原理表述中“浸在”的含义。（纸笔评价）

【资源准备】

教师：阿基米德原理发现故事动画或PPT、演示用溢水杯、小桶、弹簧测力计。

学生（每组）：溢水杯、小桶（接水用）、弹簧测力计、铁架台、细线、待测物体（不规则石块或金属块）、烧杯、水、干抹布、实验报告单（含详细步骤和数据表）。

【学习过程】

环节一：情境线引入——跨越千年的智慧（5分钟）

驱动性问题：我们知道了浮力与ρ液、V排有关。两千多年前，一位智者不仅想到了这一点，更找到了它们之间精确的定量关系。他是谁？他是如何想到的？

学生活动1（科学史浸润）：

观看动画或听教师讲述“阿基米德与皇冠”的故事。重点突出：

1.问题起源：如何鉴别皇冠是否纯金而不损坏它？

2.灵感瞬间：浴盆中水溢出的现象。

3.核心思想：物体浸入水中排开的水的体积等于物体的体积；浮力可能与排开水的重量有关。

目标1达成：讨论：阿基米德的灵感来源于什么？他的思考方式对我们有什么启发？（观察生活→建立联系→提出假设）

环节二：活动线核心——定量实验验证（30分钟）

核心问题：我们能否用实验验证“浮力大小等于它排开的液体所受的重力”？

学生活动2（实验：验证阿基米德原理）：

1.原理与器材认知：

1.2.原理：分别测出物体所受浮力F浮和它排开液体所受重力G排，比较二者大小。

2.3.关键器材“溢水杯”的作用：确保物体浸入时排开的液体全部被收集。

4.实验步骤指导与分工：

【步骤A：测量浮力F浮】

①用弹簧测力计测出物体在空气中的重力G。

②将溢水杯装满水至水刚好从溢口流出。

③将物体缓慢浸入溢水杯中（可用小桶接水），直至完全浸没（不碰底壁）。

④待水不再溢出时，读出此时弹簧测力计示数F拉。

⑤计算浮力：F浮=G-F拉。

【步骤B：测量排开水重G排】

①用弹簧测力计测出空小桶的重力G桶。

②将溢水杯溢出的水全部接入小桶中。

③用弹簧测力计测出小桶和水的总重G总。

④计算排开水重：G排=G总-G桶。

5.分组实验与数据记录（目标2评价任务）：

1.6.强调：操作轻柔，避免水溅出；读数时视线与刻度平视。

2.7.数据记录表：

物理量

符号

测量值/N

计算值/N

物体在空气中重

G

物体浸没水中时拉力

F拉

物体所受浮力

F浮=G-F拉

空小桶重

G桶

小桶与水总重

G总

排开水重

G排=G总-G桶

比较

F浮____G排

8.分析与论证：

1.9.计算F浮与G排，比较二者大小（允许存在较小实验误差）。

2.10.思考误差来源（如：水未完全接住、读数误差、水面表面张力等）。

3.11.实验结论：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力。

环节三：知识线建构与表述（10分钟）

学生活动3（原理表述与公式推导）：

1.文字表述：基于实验结论，精确陈述阿基米德原理。

1.2.内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。

2.3.关键讨论：“浸在”包括哪几种情况？（部分浸入、浸没、悬浮、漂浮）

4.公式推导与深化（目标3达成）：

1.5.已知：F浮=G排。

2.6.又：G排=m排g=ρ液V排g。

3.7.因此：F浮=G排=ρ液gV排。

4.8.公式理解“三要素”：

1.5.9.ρ液：液体的密度（与物体密度无关）。

2.6.10.V排：物体排开液体的体积（不一定等于物体体积V物）。

1.3.7.11.当物体浸没时：V排=V物。

2.4.8.12.当物体部分浸入或漂浮时：V排<V物。

5.9.13.g：常数（通常取9.8N/kg或10N/kg）。

14.简单计算与应用：

1.15.示例1：计算体积为100cm³的铁块完全浸没在水中所受浮力。（强调单位换算：1cm³=10⁻⁶m³）

2.16.示例2：一艘船从河流驶入大海，是浮起一些还是沉下一些？为什么？（用公式分析：F浮不变（重力不变），ρ液增大，则V排减小，故船身上浮。）

环节四：反思与前瞻（5分钟）

反思问题：

1.阿基米德原理公式F浮=ρ液gV排，与我们上节课得出的定性结论（与ρ液、V排有关）是如何呼应的？

2.如果物体浸没在酒精中，公式中的ρ液应代入什么？如果物体只有一半体积浸入水中，V排应代入多少？

课后挑战：尝试用阿基米德原理和密度公式，推导出“物体密度（ρ物）与液体密度（ρ液）之比”和“物体浸入体积（V排）与物体总体积（V物）之比”的关系。为下节课学习浮沉条件做铺垫。

课时4：驭力有道——物体的浮沉条件及其应用

【学习目标】

1.通过对浸没或漂浮物体进行受力分析，能推导出物体的浮沉条件（F浮与G物，或ρ物与ρ液的关系）。

2.能运用浮沉条件，解释轮船、潜水艇、热气球、密度计等常见装置的工作原理。

3.能综合运用阿基米德原理、浮沉条件及密度知识，解决简单的综合性问题。

4.通过“浮沉子”或“盐水选种”等小型项目实践，体验运用物理知识解决实际工程问题的过程。

【评价任务】

1.（对应目标1）能完成学习单上的受力分析图，并正确写出物体上浮、下沉、悬浮和漂浮时的力与力、密度与密度之间的关系式。（纸笔评价）

2.（对应目标2）在“原理探秘”环节，能选择1-2个实例，用浮沉条件清晰地解释其工作原理。（口头与图示评价）

3.（对应目标3）能独立完成至少3道综合应用题，解题过程规范，逻辑清晰。（习题评价）

4.（对应目标4）能以小组为单位，成功制作并操作一个“浮沉子”，并在项目报告中阐明其工作原理。（项目成果评价）

【资源准备】

教师：潜水艇模型（或仿真动画）、热气球升空视频、密度计、一碗清水、一些食盐、一个生鸡蛋。

学生（每组）：小玻璃瓶（或口服液小瓶）、大可乐瓶（装满水）、潜水艇原理演示模型（带胶管和注射器）、橡皮泥、吸管、刻度尺、彩笔、项目设计单。

【学习过程】

环节一：问题线驱动——从受力到状态（15分钟）

驱动性问题：既然所有浸在液体中的物体都受浮力，为什么会有漂浮、悬浮、下沉之分？决定其最终“命运”的关键是什么？

学生活动1（理论推导：浮沉条件的两种表述）：

1.受力分析（从“力”的角度分析）：

1.2.情境：将一实心物体浸没在液体中后释放。

2.3.学生画图分析：物体受到哪两个力？（竖直向下的重力G，竖直向上的浮力F浮）

3.4.比较F浮与G的大小关系，判断运动状态：

1.4.5.若F浮>G→合力向上→物体上浮（最终会部分露出液面，达到漂浮）。

2.5.6.若F浮<G→合力向下→物体下沉（最终沉底）。

3.6.7.若F浮=G→合力为零→物体可以静止在液体中任何深度（悬浮）。

7.8.漂浮是上浮的最终静止状态，此时F浮'=G，但物体部分露出，V排<V物。

9.密度比较（从“物质属性”角度分析）：

1.10.引导：对于实心物体，其重力G=ρ物gV物。浸没时，浮力F浮=ρ液gV排=ρ液gV物。

2.11.将F浮与G的比较，转化为ρ液gV物与ρ物gV物的比较，约去g和V物，得到：

1.3.12.若ρ液>ρ物→则F浮>G→物体上浮（最终漂浮）。

2.4.13.若ρ液<ρ物→则F浮<G→物体下沉。

3.5.14.若ρ液=ρ物→则F浮=G→物体悬浮。

15.总结与辨析：

1.16.两种表述是等价的，适用于不同情境。“力”的条件更具普适性（适用于任何物体，包括空心）；“密度”条件更简洁（仅适用于实心均匀物体）。

2.17.辨析“悬浮”与“漂浮”：

1.3.18.共同点：F浮=G，物体静止。

2.4.19.不同点：悬浮时，物体完全浸没，V排=V物，ρ物=ρ液；漂浮时，物体部分浸没，V排<V物，ρ物<ρ液。

环节二：知识线应用——工程与自然中的智慧（20分钟）

核心问题：人类如何利用浮沉条件，让钢铁巨轮航行，让潜水艇深潜，让热气球翱翔？

学生活动2（原理探秘与模型制作）：

应用一：轮船（“空心法”改变平均密度）

1.现象：钢铁密度远大于水，为何能浮？

2.原理分析：将钢铁做成空心船体，增大排开水的体积V排，从而获得巨大的浮力。当F浮=G总（船+货）时，轮船漂浮。

3.概念学习：“排水量”的含义（轮船满载时排开水的质量）。

应用二：潜水艇（改变自身重力）

1.模型演示：观察潜水艇模型，操作注水和排水。

2.原理分析：通过水箱充水和排水，改变潜水艇的总重力G。下潜时（G增大，使G>F浮），上浮时（G减小，使G<F浮），悬浮时（G=F浮）。

应用三：热气球（改变浮力）

1.视频观察：热气球升空、悬停、下降。

2.原理分析：加热球囊内空气，使ρ热空气<ρ冷空气→F浮>G总→升空；停止加热，则浮力减小，下降。

3.知识迁移：这是气体浮力的应用，同样遵循阿基米德原理。

应用四：密度计（测量