初中二年级物理《浮力原理》探究式教学设计

初中二年级物理《浮力原理》探究式教学设计

一、课程基础与设计理念

（一）课题：初中二年级物理《浮力原理》探究式教学设计

（二）课时安排：2课时（90分钟）

（三）授课对象：初中二年级学生

（四）教学内容分析：浮力原理是力学知识体系中的重要组成部分，是继质量、密度、二力平衡、压强之后，对力与运动关系的深化理解与应用。它承接了力的测量、力的示意图等基本技能，同时为后续学习浮力的利用（如轮船、潜水艇、气球和飞艇）以及高中阶段学习更复杂的流体力学知识奠定坚实基础。本节内容的核心在于通过实验探究，建立浮力的概念，理解浮力产生的原因，并最终掌握计算浮力大小的阿基米德原理。内容既包含具体的物理概念和规律，又蕴含丰富的科学方法，如控制变量法、等效替代法、分析归纳法等。

（五）学情分析：初二学生正处于形象思维向抽象思维过渡的关键期，他们对生活中“物体漂在水面上”、“游泳时感觉身体变轻”等现象有丰富的感性认识，但对浮力产生的原因、浮力的大小与哪些因素有关等问题缺乏系统、科学的理解。学生已具备初步的受力分析能力和基本的实验操作技能，这为本节的探究学习提供了可能。然而，浮力产生的原因（尤其是下表面受到向上的压力差）较为抽象，是学生认知的难点。学生的前概念（如“重的物体下沉，轻的物体上浮”、“只有液体才能产生浮力”）可能干扰新知识的建构。因此，教学设计的核心在于通过精心设计的、层层递进的实验活动，引导学生主动探究，经历科学发现的过程，自主建构知识，转变错误观念。

（六）核心素养导向的教学目标：

1.物理观念：

（1）形成浮力的概念，知道浮力的方向是竖直向上的，【基础】。

（2）理解浮力产生的原因是由于浸入液体（或气体）中的物体上下表面受到的压力差【难点】【重要】。

（3）掌握阿基米德原理的内容及其数学表达式F浮=G排=ρ液gV排，并能运用其进行简单的计算【核心】【高频考点】。

（4）理解物体的浮沉条件，并能解释生活中的相关现象【热点】。

2.科学思维：

（1）通过观察和实验，发展初步的观察能力和提出问题的能力。

（2）经历探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的过程，学习运用控制变量法设计实验、分析现象、归纳结论【重要】。

（3）通过推导浮力产生的原因和分析阿基米德原理的得出过程，培养逻辑推理能力和等效替代的思想。

3.科学探究：

（1）能够根据生活经验提出有关浮力大小影响因素的猜想。

（2）能小组合作设计实验方案，自主选择器材进行实验，并如实记录实验数据。

（3）能对收集的数据进行分析、论证，得出初步结论，并进行交流与评估【重要】。

4.科学态度与责任：

（1）在探究活动中激发对科学的求知欲和探索自然的兴趣。

（2）培养严谨认真、实事求是的科学态度和团队协作精神。

（3）通过了解浮力在生活、生产中的应用（如盐水选种、轮船），体会物理知识与科技进步、社会发展的紧密联系，增强STSE意识。

（七）教学重难点：

1.教学重点：

（1）浮力的概念及方向【基础】。

（2）阿基米德原理的探究过程及其内容【核心】。

2.教学难点：

（1）理解浮力产生的原因（压力差法）【难点】。

（2）设计实验定量探究F浮与G排的关系【难点】【重要】。

（3）对阿基米德原理公式F浮=ρ液gV排的灵活运用和理解，特别是V排的含义【高频考点】。

二、教学准备

1.教师准备：多媒体课件（包含潜水、热气球、轮船等视频，以及液体内部压强随深度变化的动画演示），弹簧测力计（每组2-3个），烧杯（大、中、小若干），水槽，水，酒精，盐水，乒乓球，石块，木块，铝块，铁块，细线，塑料袋，小瓶，压强计，阿基米德原理实验器（或自制器材：溢水杯、小桶、重物），多媒体展示台。

2.学生准备：预习教材，分组（4-5人一组），小组内明确分工（操作员、记录员、数据分析员、发言人）。

三、教学实施过程（核心环节）

第一课时：感知浮力，探究浮力产生的原因及影响因素

（一）创设情境，引入新课（约5分钟）

播放一组精心剪辑的视频：奥运会运动员在泳池中自由穿梭；万吨巨轮劈波斩浪，航行在浩瀚的海洋上；热气球载着游客缓缓升空，俯瞰大地美景；潜水艇悄无声息地在深海中巡航。视频画面壮丽，配乐激昂，迅速抓住学生的注意力。视频播放结束后，教师提出问题：“同学们，刚才我们看到了一系列令人惊叹的画面，无论是轻盈的运动员、巨大的轮船，还是庞大的热气球和潜水艇，它们都离不开一种看不见、摸不着的神秘力量。这种力量是什么？”学生齐声回答：“浮力！”教师顺势板书课题并引导学生：“关于浮力，你最想了解它的哪些奥秘呢？”引导学生提出诸如“什么是浮力？”“浮力有多大？”“浮力大小和什么有关？”等问题，从而明确本节课的探究方向，激发学生的内在学习动机。

（二）实验感知，建立浮力概念（约12分钟）

1.浮力的体验活动：请每位同学将桌上的乒乓球按入水中，感受手掌受到向上的托力。再请一位同学将石块用细线悬挂，用手托住石块，感受手对石块的支持力。随后，将石块缓慢浸入水中，引导学生观察弹簧测力计示数的变化。学生观察到测力计示数变小了。

2.构建浮力概念：教师提问：“当石块浸入水中时，弹簧测力计的示数为什么会变小？是谁‘帮助’石块分担了一部分重力？”引导学生分析得出：水对浸入其中的石块施加了一个向上的托力，这个力就是浮力。进而给出浮力的定义：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。

3.【基础】浮力的测量方法（称重法）：教师引导学生思考，如何测量这个看不见的浮力的大小？通过受力分析（物体静止：F拉+F浮=G），学生可以推导出：F浮=G-F拉。教师强调，这是测量浮力最基本、最直接的方法之一，称为“称重法”【重要】。并请学生分组测量石块完全浸没在水中时所受浮力的大小。

4.【基础】浮力的方向：教师引导学生观察悬挂在弹簧测力计下的石块，无论烧杯如何倾斜，浸入水中的部分所受浮力的方向总是与重力方向相反，从而通过二力平衡的知识推断出浮力的方向是竖直向上的。教师进行演示实验，用细线悬挂一个乒乓球，将细线的上端固定在铁架台上，然后让球浸入水中，观察细线始终处于竖直方向，直观地证明浮力的方向竖直向上。

（三）深入探究，揭示浮力产生的原因（约15分钟）【难点】

1.引发认知冲突：教师提出问题：“是不是只要物体浸在液体中，就一定会受到浮力呢？”随后进行演示实验：将一个透明塑料瓶（去底）瓶口向下，将一个乒乓球放入其中，用手堵住瓶口，向瓶中注满水。学生观察到乒乓球沉在水底，并未上浮。松开堵住瓶口的手，水从瓶口流出，乒乓球迅速上浮。这一现象与学生刚建立的“浸在液体中的物体受浮力”的观念产生强烈冲突，瞬间点燃了学生的探究热情。

2.理论分析推导：教师引导学生回忆液体压强的特点（液体内部向各个方向都有压强，且压强随深度增加而增大）。然后，引导学生对浸没在液体中的一个立方体（假想模型）进行受力分析。结合多媒体动画演示：立方体的前后、左右四个侧面，在液体中深度相同，受到的压力大小相等、方向相反，相互平衡。但上下表面所处的深度不同，下表面深度更大，受到液体向上的压强大于上表面受到的向下的压强。又因为受力面积相同，所以下表面受到向上的压力F向上大于上表面受到向下的压力F向下。

3.得出原因结论：教师引导学生总结，浮力产生的根本原因就是：浸在液体中的物体，其上下表面受到液体对它的压力差。即：F浮=F向上-F向下。这个压力差就是浮力。教师进一步解释刚才的乒乓球实验：当瓶口被堵住时，乒乓球上表面受到水的压力，而下表面只有大气压（较小），几乎没有受到水向上的压力，因此压力差向下，球被“压”在底部；松开瓶口后，水流入乒乓球下部，下表面受到水向上的压力，产生了向上的压力差，球便上浮。这一分析过程，将抽象的“压力差”概念具体化、可视化，有效突破了难点【重要】。

（四）科学猜想，设计实验探究浮力大小的影响因素（约18分钟）【重要】【高频考点】

1.引导猜想：教师展示几个生活现象：（1）人在游泳池里感觉身体变轻，但越往深处走，感觉越明显；（2）相同大小的木块和铁块，木块能漂着，铁块却下沉；（3）在死海中，人可以悠闲地漂浮在水面上。引导学生结合刚才称重法测浮力的体验，小组讨论：浮力的大小可能跟哪些因素有关？鼓励学生大胆猜想，并将猜想写在黑板上。学生可能提出的因素有：物体的密度、物体的形状、液体的密度、物体排开液体的体积（或深度）、物体的质量等。

2.聚焦问题，筛选猜想：教师引导学生分析，有些猜想可能与浮力并无直接关系（如物体的质量、密度，可以通过实验来证伪），并将探究的重点聚焦于两个最核心的猜想：浮力的大小可能与液体的密度有关；浮力的大小可能与物体排开液体的体积（或物体浸入液体中的深度）有关。

3.设计实验方案（控制变量法）：教师提出问题：“当一个物理量可能与多个因素有关时，我们应采用什么方法进行研究？”学生回答：“控制变量法。”

（1）探究浮力与液体密度的关系：教师引导学生明确，需要控制什么变量相同（同一物体，浸入液体的体积相同），改变什么变量（液体的种类，如水、酒精、盐水）。实验如何操作？如何比较浮力大小？学生讨论得出：用弹簧测力计吊着同一物体，分别浸没在水、酒精、盐水中相同深度，比较弹簧测力计示数减小的多少（即浮力大小）。

（2）探究浮力与物体排开液体体积的关系：教师引导学生思考，如何改变物体排开液体的体积？学生讨论得出：可以让同一物体从接触液面开始，逐渐浸入水中，直至完全浸没，观察弹簧测力计示数的变化情况。在此过程中，物体浸入液体的体积（即排开液体的体积）在变化，但液体密度不变。需要特别注意的是，要区分“深度”和“排开液体体积”这两个变量。当物体完全浸没后，继续增加深度（但不碰底），排开液体的体积不变，如果此时浮力大小不变，则说明浮力与深度无关，只与排开液体的体积有关【热点】【难点】。

4.分组实验，收集证据：学生根据设计的方案，分组进行实验，并将实验数据记录在自行设计的表格中。教师巡回指导，关注学生的操作规范（如弹簧测力计的使用、读数）、变量控制是否严谨，并引导学生观察并记录关键现象。

5.分析论证，得出结论：实验结束后，各小组汇报实验数据和分析结果。通过全班交流，共同归纳出初步结论：

（1）浮力的大小与液体的密度有关。在排开液体体积相同时，液体的密度越大，物体受到的浮力越大。

（2）浮力的大小与物体排开液体的体积有关。在同种液体中，物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大。

（3）当物体完全浸没在液体中后，浮力的大小与物体浸入的深度无关。

（4）通过补充实验（如将同一块橡皮泥捏成不同形状浸没水中测浮力），得出浮力与物体的形状无关。从而修正和深化了对浮力影响因素的认识。

第二课时：定量探究阿基米德原理，应用与拓展

（一）复习导入，提出新问题（约3分钟）

教师通过提问引导学生回顾上节课的结论：“通过上节课的探究，我们知道了浮力的大小与液体的密度ρ液和物体排开液体的体积V排有关。那么，这两个因素之间有没有什么内在的联系？浮力的大小F浮与ρ液和V排有没有一个简洁的定量关系呢？”从而引出本节课的核心探究任务——阿基米德原理。

（二）深度探究，建构阿基米德原理（约25分钟）【核心】【难点】

1.启发猜想，明确探究方向：教师引导学生思考，“排开的液体”意味着什么？当物体浸入液体中时，液面会上升，说明物体占据了本来属于液体的空间，把一部分液体给“挤”走了。这部分被挤走的液体，我们称之为“排开的液体”。教师进一步引导：浮力的大小会不会和物体所排开的这部分液体有关呢？比如，浮力的大小可能等于排开液体的重力？这个大胆的猜想，直接指向了F浮与G排的关系。

2.设计定量实验方案（等效替代思想）：

教师提出问题：“如何设计实验，来检验F浮是否等于G排？”这要求实验能够同时测量出物体所受的浮力F浮和物体排开液体的重力G排。引导学生小组讨论，设计实验方案。

讨论焦点：如何收集物体排开的液体，并称量其重力？学生可能会想到用容器接住溢出的水。教师顺势介绍“溢水杯”的原理和使用方法——将液体加至溢水口，物体浸入后，排开的液体就会从溢水口流出。实验的基本思路是：

（1）用弹簧测力计测出物体在空气中的重力G物。

（2）用弹簧测力计测出空小桶的重力G桶。

（3）将溢水杯装满液体（使水面恰好与溢水口相平）。

（4）将物体浸入溢水杯的液体中（可以部分浸入，也可以完全浸没），同时用空小桶收集从溢水口排出的液体。读出此时弹簧测力计的示数F拉。

（5）用弹簧测力计测出盛有排出液体的小桶的总重力G总。

（6）计算出物体所受浮力F浮=G物-F拉。

（7）计算出物体排开液体的重力G排=G总-G桶。

（8）比较F浮和G排的大小。

教师强调此实验的关键是：溢水杯中的液体必须加满，以保证物体排开的液体全部溢出并被收集，这是实验成败的关键之一【重要】。

3.分组实验，收集数据：

学生分小组进行实验，鼓励学生改变实验条件，多测几组数据，使结论更具普遍性。例如：

（1）改变物体浸入液体的体积（部分浸入、完全浸没）。

（2）改变液体的种类（水、盐水）。

（3）换用不同材质（体积相同但质量不同）的物体（如铁块、铝块）。

学生在操作过程中，教师巡视指导，提醒学生轻拿轻放，避免水溅出，读数时视线要与弹簧测力计刻度盘垂直，并如实记录数据。

4.分析数据，归纳结论：

实验结束后，各小组将实验数据通过实物投影或板书在全班展示。教师引导学生分析各组数据，寻找共性。学生惊讶地发现，无论哪种情况，物体所受浮力F浮几乎都等于它排开的液体所受的重力G排。在误差允许的范围内，这个关系是成立的。

教师总结：早在两千多年前，古希腊伟大的科学家阿基米德就已经发现了这个规律。这就是著名的阿基米德原理。引导学生用自己的语言完整地表述该原理：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。教师板书原理，并给出数学表达式：F浮=G排。

（三）理论深化，推导公式与讨论适用范围（约10分钟）【高频考点】

1.公式推导：教师引导学生由G排=m排g，而m排=ρ液V排，进一步推导出阿基米德原理的常用公式：F浮=G排=ρ液gV排。

2.强调公式中各物理量的含义：

（1）ρ液：表示液体的密度，单位是kg/m³。

（2）V排：表示物体排开液体的体积，单位是m³。这是理解公式的【难点】和【高频考点】。教师需要强调V排与V物（物体的体积）的区别和联系：只有当物体完全浸没时，V排=V物；当物体部分浸入时，V排<V物。并通过画图、举例等方式帮助学生辨析。

（3）g：常数，一般取9.8N/kg或10N/kg。

（4）该公式也表明，浮力的大小只与液体的密度ρ液和物体排开液体的体积V排有关，而与物体的质量、密度、形状、在液体中的运动状态等无关【重要】。

3.拓展适用性：教师提问：“阿基米德原理只适用于液体吗？”引导学生回忆课堂引入的热气球，得出结论：该原理同样适用于气体。此时，F浮=ρ气gV排，其中ρ气是气体的密度，V排是物体排开气体的体积。

（四）学以致用，解释现象与解决实际问题（约15分钟）【热点】【应用】

1.解释生活现象：

（1）解释轮船原理：钢铁制造的轮船为什么能浮在水面上？引导学生分析，轮船是“空心”的，这使得它能排开更多的水，即V排很大，根据F浮=ρ液gV排，可以获得巨大的浮力，从而漂浮。

（2）解释潜水艇原理：潜水艇是如何实现上浮和下潜的？引导学生分析，潜水艇是通过改变自身重力（向水舱内注水或排水）来实现浮沉的。当重力大于浮力时下沉，等于时悬浮，小于时上浮。

（3）解释密度计原理：展示密度计，提问：为什么密度计的刻度是“上小下大，上疏下密”？引导学生从漂浮状态（F浮=G）和阿基米德原理（F浮=ρ液gV排）两个角度分析，得出ρ液与V排成反比的关系。

2.例题精讲，规范解题：

出示例题：一个体积为300cm³、质量为0.25kg的实心物体，它的密度是多少？如果将它浸没在水中，它受到的浮力是多大？松手后，物体会处于什么状态（上浮、下沉还是悬浮）？

教师带领学生分析解题步骤：（1）求密度，判断物体与水的密度关系；（2）求浮力，由于浸没，V排=V物，用F浮=ρ水gV物计算；（3）比较F浮与G的大小，或比较ρ物与ρ水的大小，判断浮沉状态。通过此题，综合运用了密度、重力、阿基米德原理、浮沉条件等知识，并规范了解题格式【高频考点】。

（五）课堂小结与作业布置（约7分钟）

1.课堂小结：请学生自主回顾总结，通过本节课的学习，你有哪些收获？（从知识、方法、情感态度等角度）。教师在此基础上进行提炼和补充，形成完整的知识结构图。

2.课后作业：

（1）基础性作业（必做）：完成课后练习题，运用阿基米德原理解释2-3个生活中的浮力现象。

（2）探究性作业（选做）：利用身边的材料（如橡皮泥、矿泉水瓶、吸管等），动手制作一个“浮沉子”或一个小小船模，并探究如何控制它的浮沉。下节课进行展示和交流，分享制作原理和体会。此作业旨在将课堂学习延伸至课外，培养学生的创新实践能力。

四、板书设计

初中二年级物理《浮力原理》探究式教学设计