标题 | 漂浮的胡萝卜 |
范文 | 李佩宁 据说古希腊希耶隆二世制造了一顶金王冠,但他怀疑金匠偷了他的金子,在王冠中掺了等重的银。于是他请阿基米德来鉴定,但是不能破坏王冠。阿基米德琢磨累了去洗澡,当他踏进澡盆看到溢出来的水时灵光一现,找到了揭开王冠秘密的法宝:当把物体完全浸没在水中时,相同重量不同材质的物体体积不同,那么排水量自然也不一樣。豁然开朗的阿基米德起身直奔大街,以至于忘了他自己没穿衣服。之后,他通过实验证明王冠的确掺假了。此后,阿基米德经过深入研究发现了浮力原理,即阿基米德定律。 一、课程重点 浮力现象在生活中随处可见,比如:人仰卧不动作亦可悬浮于水上、烧开水时气泡上升、钓鱼用的浮标、气球、救生衣、船、筏、浮桥,等等。浮力还是学生将来学习力学的重点内容。为了能让学生更好地理解浮力现象,对浮力的学习产生兴趣,需要用一些有趣的方式研究浮力,尝试在动态中研究浮力,并准确记录实验数据。在此基础上掌握规律并利用规律。 【涉及领域】物理、数学、生物 【建议年级】四年级 【建议时间】80分钟 二、课程任务 让学生首先了解浮力在生活中的各种现象和应用,了解鱼和潜艇的原理,尝试使用给定的材料制作不同的沉浮状态。然后通过对这种状态进行逐渐深入的了解和科学测量,进而掌握平衡状态的数学规律。最后尝试利用规律创造更加复杂的悬浮状态,并展示说明。 三、课程步骤 1.导入(15分钟) 浮力是在液体或气体中的物体受到的竖直向上的力,浮力的本质是压强差。请学生回顾生活中的浮力现象与应用。首先是浮力与个人感受。请学生思考,为什么游泳过后从水中出来,会觉得身体很重?(因为在水中身体所受的重力和浮力抵消,身体适应了浮力,上岸后浮力消失,会感觉身体格外沉重。)然后让学生进行头脑风暴,分组汇总生活中的浮力现象,可能会包括:茶叶浮在水上、氢气球浮在空中、鸭子在水中游泳、轮船在水中航行、木块漂浮在水面上、空气中的灰尘在漂浮、抽水马桶水箱里的浮子等。可以让各小组汇报头脑风暴的结果。最后请学生进阶思考以下问题。 (1)漂浮的物体受到浮力的作用不会沉入水底,沉入水底的物体是否也受到了浮力的作用? (2)同样的物体,在1米深和10米深的水下所受的浮力,哪个大? (3)人在空气中是否受到浮力的作用?你能感受到吗? (4) 如何让人受到的浮力变大? 2.物体的沉浮条件(15分钟) 为学生讲解鱼在水中沉浮的原理。鱼的体内有鱼鳔,鱼可以改变鱼鳔的体积。鱼鳔体积变化导致鱼身体大小变化,使鱼所受浮力随之改变,而鱼的质量不变,重力就不会变,因此浮力的改变导致了合力的改变,使鱼可以自由沉浮。 为学生讲解鱼沉浮原理的应用——潜艇。潜艇的两侧有水舱,充水时潜艇下降;排水时潜艇上升。排水靠的是压缩空气。潜艇的水舱像鱼鳔一样,可以改变空气的体积,但潜艇外形不变,因此和鱼的沉浮稍有不同。水舱注水和放水,使潜艇重量发生变化,但潜艇的外形不变,浮力不变,所以同样可以导致潜艇所受合力发生变化,使潜艇可以沉浮。 教师可以播放相关视频,如《90秒告诉你潜艇下潜的原理》《谁“煮”沉浮,液体的密度小实验》等。请学生思考:在上述讲解与试验中有哪些变量?它们都是怎么变化的?(体积——鱼能够通过鱼鳔改变体积;重量——潜艇可以通过注水与放水改变重量;密度——不同液体的密度明显不同。) 3.挑战任务(30分钟) 【宣布任务】请找到一种办法,让胡萝卜在水里浮起来。请各组设计、制作出来,并说明原因,完成工作单(见图1)。向各组分发材料,并呈现评价量规(见表1)。 【材料】胡萝卜、量勺、塑料杯、盐、糖、面粉、小苏打、水、刻刀、热熔胶枪、牙签 请学生在执行挑战的过程中注意以下问题: (1)小组内如何分工合作? (2)哪些可溶物的溶液能使胡萝卜浮起来? (3)为什么有的溶液无法使胡萝卜浮起来? (4)在这个任务中,各种变量可以怎样控制? (5)把所发现的规律用自己的话说出来。 4.总结与反思(20分钟) 在任务展示环节或展示之后,除了要求各组介绍设计原理以外,进一步组织学生讨论: (1)能用组合方式完成任务吗?(如多溶剂) (2)你的想法是否受到了鱼和潜艇的限制?能用更简单的方式完成任务吗?(如把胡萝卜挖空) (3)你们小组中谁的贡献最大,为什么? (5)你们组从其他组借鉴了什么?为什么? (6)没有完成挑战的原因是什么?如果再做一次,你们会怎样改进? 可向学生提出扩展挑战任务,使用同样的材料,用不同方法再次制作一个悬浮的胡萝卜。 (责任编辑 郭向和) |
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