师:同学们好,今天让我们一起来学习沪粤版教材八年级下册第九章第二节阿基米德原理。提到阿基米德,大家都很熟悉,就是那个说“给我一个支点,我能撬动整个地球”的人。关于他杠杆方面的理论我们已经学过了,今天来学习他在浮力方面的研究成果。首先,来看这样一则故事。
相传,叙拉古国王命人用金子做了一顶王冠,他怕工匠偷工减料,就让阿基米德检查王冠是不是纯金做的,还不能损坏它。同学们,如果让我们去检查,该怎么办?
生:可以利用之前学过的密度知识,先用天平测出物体质量,再测出王冠体积,用质量除以体积算出王冠密度,和黄金密度比较,就能判断王冠是不是纯金制成的。
师:阿基米德也是这么想的。当时测量质量的天平已有,但测量形状不规则的王冠体积难住了他。他整天思索如何准确测出王冠体积,直到有一天,阿基米德去洗澡,随着身体进入浴桶,水从桶边溢出。他看到这个现象后,从浴桶中一跃而出,奔向街头狂呼“找到了”。他找到了测量不规则物体体积的方法,即物体浸在液体中的体积等于物体排开液体的体积。这个方法我们在学习量筒时就接触过。
解决了国王交给他的任务后,阿基米德没有停下研究的脚步。经过深入研究,他在《浮体论》一书中写道,物体浸在水中所失去的重量等于其排开水的重量,也就是物体在水中受到的浮力等于其排开水的重力,这就是阿基米德原理。他是怎么得到这个结论的呢?我们不妨尝试一下他的思路。
第一步,在9.1认识浮力中,我们知道物体浸在液体中的体积越大、液体密度越大,物体受到的浮力就越大。第二,物体浸在液体中的体积等于物体排开液体的体积,可记作V浸 = V排。第三,既然V浸 = V排,那么影响浮力的两个因素就可改写为物体排开液体的体积V排和液体密度ρ液。也就是说,排开液体的体积越大、液体密度越大,物体所受浮力越大。进一步思考,排开液体的体积V排和液体密度ρ液的乘积是什么物理量呢?再乘上g,排开液体的体积V排和液体密度ρ液相乘就是排开液体的质量,再乘以g就变成了排开液体的重力。所以可以说,浮力越大,排开液体的重力越大。
那么,浮力和排开液体的重力究竟存在什么关系呢?大家大胆猜想一下。
生:浮力极有可能等于排开液体的重力。
师:如何验证我们的猜想?最好的办法就是做实验。做实验前,我们得思考一些问题。比如,如何测量物体受到的浮力?同学们回想一下,上节课9.1认识浮力里有没有学过测量浮力的方法?是什么方法?
生:可以用称重法来测量浮力,即用测力计测出物体的重力记为G物,再将物体浸入液体中,记录测力计此时的示数记为F示,那么物体所受浮力F浮 = G物 - F示。
师:还有一个问题,如何收集排开的液体,从而测出排开液体的重力?大家请看,利用视频中的方法就可以收集被排开的液体,物体排开的液体全部溢出,被空杯收集,这种方法叫做溢水法,实际上也是排水法的一种,这个杯子叫做溢水杯。好了,接下来准备做实验,同学们思考一下需要准备哪些器材?
生:需要弹簧测力计、物体、溢水杯、小桶、清水、食盐水。
师:关于实验器材,提醒一下,弹簧测力计在使用之前要做什么?溢水杯在使用前又该怎么做?
生:弹簧测力计使用前要校准,溢水杯使用前要装满水,这样才能保证排开的液体全部溢出。
师:如果溢水杯在使用前没有装满水会怎样呢?大家看,这是一个没有装满水的溢水杯,液面没到溢水口,这是空杯和物体。我们把物体放进没装满水的溢水杯观察。同学们看到了什么?
生:如果溢水杯在使用前没有装满水,也就是没到溢水口,会导致排开的液体没有全部溢出,甚至几乎不溢出,从而导致收集到的液体少于排开的液体,最终影响实验结果。
