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五年级下科学教参(沉和浮)

发表时间:2015-1-5  浏览次数:5660  
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教科书整体结构表
修订后的教科书共32个单元,更好地体现了课程标准的要求。覆盖了生命科学、物质科学和地球与宇宙科学三大领域标准所规定的相关内容。教科书以科学概念和科学探究两大主线并行发展的方式建立了自己的整体结构。
书中每个单元后设置了资料库,是为了便于学生深入理解该单元的科学概念、丰富他们的已有经验和发展他们探究科学的兴趣,是科学课学习的重要组成部分,但仅供学生阅读。
本册教科书的教学目标与内容概要
五年级下册的学习内容,是由“沉和浮”“热”“时间的测量”和“地球的运动”四个单元组成的。
在“沉和浮”单元里,学生从物体的沉浮现象开始,在一系列的探究活动中,探寻物体沉浮的规律,研究影响沉浮的变量,最后形成有关沉浮现象的解释:一是用浮力和重力的关系解释沉浮现象,二是从密度的层面解释沉浮现象。
在“热”单元里,学生在三年级“温度与水的变化”的基础上,将继续观察热量变化过程中产生的物体的热胀冷缩现象,观察热量在物体中传递的现象,探索热量传递的规律,发现物体的导热性能是不同的,在生活中的应用也是不同的。
在“时间的测量”单元里,学生制作计时工具并进行观测和测量,了解人类计时仪器的发展史,及对“时间”的认识发展过程。认识计时工具的工作原理,感受计时工具的发展对人类生活和发展的影响,感受人类为了不断改进工具所作的不懈努力。
在“地球的运动”单元里,让学生经历人类对地球运动的探究过程,学习基于可观察到的现象和事实,运用相对运动、参照物、模拟再现等原理和方法进行推理、论证,不断地利用已知探究未知的方法,最终认识地球运动(自转和公转)的模式。
本册教科书,设计了许多探究活动,这对学生科学探究能力的培养是很有帮助的,教师要发展学生识别和控制变量的能力,继续学习运用对比实验进行探索的技能,要引导学生及时记录实验现象,进行分析整理,转化为证据,用科学探究活动帮助学生逐步建构科学概念。
在小学阶段,学生的思维将由形象思维向抽象思维发展,五年级学生的抽象思维,仍然需要直观形象的支撑,因此在思维发展的过程中,我们要从现象和事实出发,帮助学生进行概括总结,得出结论,发展学生的科学探究能力。
对情感、态度、价值观的培养,应该基于对证据意识的培养上,使学生能够不断地寻找证据来支持自己的假设,通过理性的思考和大胆的质疑,来发展学生的情感态度价值观。
本册教科书教学时要注意以下几点:
1.提供足够的材料让学生在动手动脑中完成探究任务。
2.帮助学生把现象、数据转化为证据,利用证据得出结论。
3.科学概念的构建不是一步到位的,需要长时间的学习才能达成,教师在教学过程中,不要急于求成,要一步一步打好基础,让学生的认识沿着概念形成的规律发展。
4.本册有许多动手制作的项日,一定要让学生亲自经历制作的过程,只有在手脑并用的过程中,才能发展学生的科学探究能力。
主要材料清单
“沉和浮”单元
小石块、泡沫塑料块、回形针、蜡烛、带盖的空瓶、萝卜、橡皮、木块、小刀、透明胶带、大小相同轻重不同的球、轻重相同大小不同的立方体、玩具潜水艇、橡皮泥、刻度量杯(底部带定滑轮)、钩码、垫圈、弹簧秤、马铃薯、酒精灯、木夹子、食盐、白糖、烧杯。
“热”单元
温度计、塑料袋、热水瓶、气球、水槽、试管、烧杯、烧瓶、橡皮塞、玻璃管、金属热胀冷缩演示器、酒精灯、铁架台、铁片、火柴、蜡烛、各种材料制成的杯子和调羹、毛巾、泡沫塑料块。
“时间的测量”单元
钟表、小木杆、自制日暑、量筒、塑料瓶、铁架台、螺帽、细线、木条。
“地球的运动”单元
乒乓球、手电筒、地球仪、铁架台、演示用时区图、陀螺。
各单元说明与教学建议
第一单元沉和浮
一、单元概述
石块放入水中,沉下去了;木块放入水中,浮起来了。沉和浮是学生见过的十分熟悉的现象。一方面,学生对于“沉和浮”有着丰富的生活经验。另一方面,对于“沉和浮”他们也有着许多似懂非懂的问题,例如“在水中,钢铁会沉下去,用钢铁制造的轮船却为什么能浮呢?”“潜水艇为什么既能潜入水下,又能浮出水面呢?”
人们对浮沉现象的关注已经有几千年了。表面上看是一些物体在液体中上浮而另一些物体下沉,实际上涉及了许多变量。这些变量包括物体的体积、重量和液体的密度,归根结底,物体在液体中的沉浮与它排开的液体的重量有关(阿基米德定律)。有许多人试图去寻找一个简单的规则来解释这个现象,如他们通常说:“重的物体下沉,轻的物体上浮”,这些不精确的概念同样存在于学生的认识中。
本单元将在一系列的探究活动中,让学生自己去解决有关沉和浮的许多问题。学生将探究不同物体的浮沉,形成他们关于对物体是上浮还是下沉现象的解释,而且能够明白物体与被放液体间的相互关系。当学生开始理解了他们所观察的结果之后,他们将鉴别出导致物体上浮或下沉的主要原因是什么。
学生描述的语言可能和科学家精确的定义不很相同,但通过这些探究可以修正或完善他们的想法,使他们在理解上得以提高。这个探究过程会使学生认识到他们也可以弄明白事物的规律。
本单元的核心概念是有关物质的密度,它是物质固有的特性之一。密度是物质质量与体积的比值,它与物质的质量和体积都有关。
本单元还有一些很重要的具体概念:当把物体放人一种液体,相同体积下物体与液体重量的不同将决定作用在物体上的浮力的大小。相同体积下,比液体重的物体会下沉,液体轻的物体会上浮。
本单元的编写思路是:从物体的沉浮现象开始,探寻物体沉浮的规律,继而研究影响沉浮的变量(体积大小、重量、液体的密度),最后形成适合小学生年龄特点的有关沉浮现象的本质解释。
本单元设计的对物体沉浮的解释有两条途径,一是用浮力和重力的关系解释沉浮现,二是用密度的概念解释沉浮现象。因为浮力的大小与液体的密度也有密切关系,因此,将物体的沉浮原因定位在物体的密度上。对五年级的学生来说,密度概念要求过高,因此,教科书没有直接出现密度概念,而是通过观察和实验,用同体积的重量作比较,帮助学生建立密度的前科学概念。
第1课从学生常见的现象开始。首先涉及到的是哪些物体在水中下沉,哪些物体在水中上浮,在观察现象的过程中,整理物体的沉浮与哪些因素有关。探究同一种材料构成的物体,在水中的沉浮与它的体积、重量没有关系,只与物体的密度有关,在这里埋下一个伏笔。
第2~3课研究沉浮与物体的轻重和体积大小的关系。相同体积下,重的物体容易沉;相同重量下,体积小的物体容易沉。
第4课是沉浮的应用,体现科学与技术之间的关系。
第5~6课,从另一个角度,即浮力和重力之间的关系,解释物体沉浮的原因。
第7~8课,探索液体密度对物体的沉浮影响,最终揭示本单元的核心概念:物体的密度不同,影响它们的沉浮。
资料库中的资料,将扩大学生的阅读面,同时渗透了物体密度的概念。在相同的体积下,一些物体比水重,一些物体比水轻,它们的沉浮与之相关。
当然,本单元只是研究了与沉浮现象有关的因素,并不能穷尽沉浮的规律。关于沉浮的进一步探索、浮力的计算等内容,将在初中的科学课中最终完成。
本单元的教学活动多是以矛盾冲突及产生的问题来引导和驱动的。如“马铃薯在水中是沉还是浮”一课,同一个马铃薯为什么在第一个杯子里是沉的,而在另一个杯子里却变浮了呢,学生在观察中发现了问题再进一步观察、分析,“可能两种液体不一样吧”——提出了推测;让我们来观察比较这两种液体有什么不一样,“可能是水中的白乎乎的东西引起的变化吧”——做个实验来验证一下……就这样使孩子们进人到像科学家那样探究科学的活动过程中。
在“造一艘小船”的活动中,也是通过“用这几种材料能制作什么样的船”“什么样的船能装更多的货”,以及探究过程中不断产生的“用什么方法保持船的平稳”“还有什么方法可以使我们的船装得更多”等一系列问题来指引学生们设计和制作小船,并不断改进小船的制作的。
学生们因为有这些不断产生的问题,才会持续进行观察研究活动。也正是因为他们能不断发现问题、解决问题,继而又产生新的问题,才会使他们变得越来越聪明
二、单元教学目标
科学概念
●物体在水中的沉浮与构成它们的材料和液体的性质有关。
●比同体积的液体重的物体,在液体中下沉,比同体积的液体轻的物体,在液体中上浮。
●同种材料构成的物体,改变它的重量和体积,沉浮状况不改变。
●不同材料构成的物体,如果体积相同,重的物体容易沉;如果重量相同,体积小的物体容易沉。
●物体在水中都受到浮力的作用,物体浸人水中的体积越大,受到的浮力也越大。
●当物体在水中受到的浮力大于物体受到的重力时就上浮,小于重力时就下沉。浮在水面的物体,浮力等于重力。
过程与方法
●通过简单的推测、实验设计和验证活动获得结果。
●经历一个典型的“观察一发现一推测一验证”的科学探究活动过程。
●按一定要求进行简单的设计和制作。
●学习用控制变量的方法,探索物体沉浮的原因。
●学会用弹簧秤测量物体在水中受到的浮力。
●利用浮力和重力的关系,解释物体在水中的沉浮现象。
●用画示意图的方法,表示浮力和重力的关系,解释物体在水中的沉浮。
●经历观察方法的设计、改进,通过实验获得数据并转化为证据的过程,培养逻辑思维能力。
●对观察研究结果进行简单的整理、分析和概括,形成科学概念。
情感态度价值观
●认识到物体的沉浮现象是有规律的,规律是可以被我们认识的。
●体验科学探究的乐趣,保持和发展探究周围事物的兴趣和好奇心。
●认识到科学和技术紧密相连,它们为人类的发展作出了巨大贡献。
●认识到阅读、收集更多的相关信息资料,能丰富自己的认识,修正、完善原有的认识。
●在实验中理解控制变量的科学方法和思想。
●感受人类创造发明的历程,激发创造欲望。
●懂得方法的改进有利于研究的顺利进行。
●学习利用数据分析解释现象,懂得数据的重要性。
●懂得确定一种物质的性质,需要有很多的证据
 三、分课时教学建议
第1课物体在水中是沉还是浮
(一)背景和目标
生活中哪些物体在水中下沉,哪些物体在水中上浮,学生已经有一定的经验;物体为什么会上浮和下沉,学生也有他们自己的解释。
表面上看是一些物体上浮而另一些物体下沉,实际上是一些变量决定了物体的浮沉。这些变量包括物体的体积、重量和被放液体的密度。人们通常说:“重的物体下沉而轻的物体上浮”“所有的木材都会上浮”,这些表述都过于简化,生活中不难找到与这些说法相悖的例子。
如何在学生已有经验的基础上进行学习?这是本单元面临的问题,也是本节课开始探索的任务。从纠正学生的错误概念开始,通过一步一步地探索,让学生逐步明白现象背后的原因,认识到事物的规律。
猜想一个物体在水中是上浮还是下沉,是一项具有挑战性的任务,学生将想出许多原因。有些猜想基于物体材料本身,有的基于对熟悉物体先前的认识,有的会关注物体的体积大小、形状、重量或其他的一些特性。
学生很容易把沉浮的原因归结为物体的轻重和大小。鉴于此,教科书特地安排了同一种材料构成的物体,改变它们的重量和体积大小,沉浮状况不变的内容,从而纠正学生一些错误的前概念。
科学概念
●物体在水中有沉有浮,判断物体沉浮有一定的标准。
●同种材料构成的物体,改变它的重量和体积,沉浮状况不改变。
过程与方法
●对物体的沉浮做出预测,并用实验验证,做好记录。
●学会用切分和叠加物体的方法研究沉浮变化。
情感态度价值观
●认识到用实验验证猜想,能及时纠正自己的错误概念。
(二)教学准备
每组一个水槽、教科书上要求的一七种物体、一把小刀、to枚回形针、3块相同大小的小木块、记录表。
(三)教科书说明
本课由三部分组成,分别是“观察物体的沉浮”“观察更多的物体在水中的沉浮”“观察同种材料构成的物体在水中的沉浮”。
第一部分:观察物体的沉浮
教科书第2页的两幅图,是让学生进行一项简单的观察活动——观察砖块、木块在水中的沉浮,确定判断物体沉浮的标准。同时,规定了操作的方法:把物体轻轻从水面放入水里,而不是把物体扔进水中,也不是放在水面上。接下来要判断塑料块在水里的沉浮情况,由于学生对砖块、木块的沉浮经验十分丰富,一般不会出现判断错误,而对塑料块的沉浮经验普遍不足。所以,应先猜测塑料块的沉浮,然后根据操作要求,轻轻放入水中,观察它的沉浮状况。这里既是复习沉浮的标准,又为下一步的观察活动作了铺垫。
需要指出的是,若放人高密度聚乙烯(HDPE)塑料块,塑料块的大部分是浸入水中的,有些学生会把这种现象表述为“塑料块沉入水中了”,而不是表述为“塑料块是浮的”。因此,此项活动,也是进一步界定“(浮在水中的物体)只要物体的一部分露出水面,就说明这个物体是浮的”,从而避免出现悬浮的概念。
第二部分:观察更多的物体是沉还是浮
明确了观察沉浮的方法和标准,下面再来观察更多物体的沉浮情况。教科书安排了七种材料让学生进行观察。这七种材料是有结构的,有学生极易做出沉浮判断的材料,如石头、泡沫塑料等,也有他们较难判断沉浮的材料,如萝卜、蜡烛头等。
因此,在这部分观察活动开始前,教科书对观察活动提出了更高的、进一步的要求。即“先预测物体在水中是沉还是浮,说说预测的理由,再把它们放在水中观察”。根据已有的生活经验进行猜测,预想在观察中可能观察到的现象一这种观察前的推测,是科学研究的重要环节,进行初始的假想或推论,更是调动思维的必要条件。
学生的预测,展示的是他们对沉浮判断的初始概念,当实验结果与学生的初始概念产生冲突时,更容易引起学生的思考,从而发现并提出问题。所以,活动之后要求学生区分哪些预测是正确的哪些预测是错误的,结合自己的预测理由,进一步思考影响物体沉浮的因素有哪些是十分必要的。
在学生的经验中,影响物体沉浮的因素(变量)有以下几个:体积大小、轻重、形状、材料、是否空心等。这些因素有些是相互关联的,如大小、形状和是否空心。接下来的学习,将围绕这些变量,进行沉浮原因的探索。
第三部分:观察同种材料构成的物体在水中的沉浮
这部分内容研究的是材料对沉浮的影响,实际上指向物质的密度概念,但在此处不出现密度概念。
教科书用橡皮和萝卜作为研究材料,进行实验研究。在不少学生的初始概念中,物体越小,重量越轻,就越容易浮起来。因此,学生会认为把橡皮切得很小的时候,会浮起来。实验结果与学生的推测相反,这对学生的学习兴趣和思维发展都有好处。
切分橡皮和萝卜的方法,不限于教科书提供的方法,只要能够大致切分成差不多大小就可以。实验中使用小刀的时候,应提醒学生注意安全。
橡皮和萝卜不能无限制地切小,切分得太小,会出现浮在水面上的情况,这是因为水的表面张力的原因,出现这种情况将会对教学产生不利的影响,会改变探索的方向。
如果找不到能浮在水面的萝卜,可以用苹果等代替。
通过橡皮和萝卜的实验,学生会初步明白,同种材料构成的物体,把它们的体积变小,它们在水中的沉浮状况是不变的。
同样,做回形针和木块的实验是对前一部分的逆向思考。通过实验学生会明白,同种材料构成的物体,把它们的体积增大,它们的沉浮状况也不会改变。
把这两个实验连起来观察,学生能够得出这样的结论:同种材料构成的物体,改变它们的体积大小,在水中的沉浮是不会改变的。可见,这部分内容隐含着材料本身的质地(物质的密度)与物体在水中的沉浮有关系的道理。
(四)教学建议
1.观察物体的沉浮。
一开始,教师可以让学生回忆曾经看到过的物体沉浮情况,了解学生的经验。
然后出示砖块,演示把砖块轻轻放入水里,观察它的下沉过程,板书:沉;出示木块,演示把木块轻轻放入水里,观察它的沉浮,板书:浮。这里确定了沉和浮的参照标准。
接着,出示塑料块,让学生猜测塑料块放入水中,是沉还是浮。猜测后,把塑料块轻轻放入水中,观察塑料块的沉浮状况,并指出像塑料块这样,只要物体有一小部分接近或者露出水面,都属于浮的情况。
2.观察更多物体在水中的沉浮。
把小石块、泡沫塑料块、回形针、蜡烛、带盖的空瓶、萝卜和橡皮放在桌上,让学生预测,哪些物体会沉,哪些物体会浮,并把预测结果和预测的理由填入表格;然后给学生发水槽,进行实验观察验证,并把实验结果填入表格中。这里的顺序不要调换,如果一开始把水槽和物品全部放在桌上,学生有可能直接进行实验,而跳过了预测和思考沉浮理由的过程。
比较预测结果与实验结果,有没有出现预测错误,思考这是为什么?同时全班讨论,我们在预测时,判断物体沉浮的依据是什么?影响物体沉浮的因素有哪些?把这些因素全部罗列在黑板上,以备在后面的活动中进行研究。
3.观察同种材料构成的物体在水中的沉浮规律。
(1)提问:这块橡皮在水中是沉的,萝卜是浮的,把它们切成一半大小,它的重量和体积减小了多少?它在水中的沉浮会发生变化吗?如果切成四分之一大小、八分之一大小,又会怎样呢?
(2)让学生把预测结果填写在表格里,并写上预测理由。
(3)演示切分橡皮的方法,提醒学生使用小刀要注意安全。为了保护桌面不受到小刀的划伤,可以在桌面垫上硬纸板或者木板。
(4)学生操作,记录实验结果并思考其中的原因。
(5)提问:我们对橡皮和萝卜进行了切分,得到了沉浮的一些规律;如果反向思考,把同种材料构成的物体进行叠加,沉浮会发生变化吗?
(6)教师给每小组提供一些回形针和小木块,让学生按照教科书第4页的方法进行操作,并把结果记录在表格上。
(7)汇报实验结果,讨论:同一种材料构成的物体,在水中的沉浮规律有什么特点。
 第2课沉浮与什么因素有关
(一)背景和目标
本课延续上一课的研究内容,继续探索物体在水中的沉浮与哪些因素有关。学生已经知道,同一种材料构成的物体,改变自身的重量和体积,在水中沉浮的情况不变。但是根据经验和预测,学生们仍然会认为物体的沉浮会与它们的重量和体积有关。这里面有着怎样的关系?我们怎样帮助学生梳理清楚其中的关系?
教科书从上一节课的内容引入,继续探索影响沉浮的其他原因。对学生来说,物体的重量和体积是最直观、最直接的影响因素,因此本课的探索就从物体的重量和体积切入。
如果学生能意识到重量和体积正在同时影响着沉浮的时候,我们就可以帮助学生通过变量控制的实验来探索其中的秘密。教科书中提供了可控的材料:相同体积不同重量的球和相同重量不同体积的立方体,意图通过特定的材料,探究出影响沉浮的因素,得到有关物体沉浮的规律。
同时,教科书还设计了利用小瓶子继续研究相同体积下重量是怎样影响物体沉浮的实验,也为探索潜水艇沉浮的原理作了很好的铺垫。潜水艇的设计很好地体现了科学原理和科学技术之间的有机结合。
科学概念
●物体的沉浮与自身的重量和体积都有关。
●不同材料构成的物体,如果体积相同,重的物体容易沉;如果重量相同,体积小的物体容易沉。
●潜水艇应用了物体在水中的沉浮原理。
过程与方法
●用控制变量的科学方法,探索物体沉浮的原因。
●学习用分析的方法研究影响沉浮的因素。
情感态度价值观
●在实验中理解控制变量的科学方法和思想的意义。
●感受科学原理应用于实际的巨大作用。
(二)教学准备
每组一个水槽、教科书上要求的一七种物体、一套相同体积不同重量的球、一套相同重量不同体积的立方体、小瓶子、“潜水艇”。
(三)教科书说明
教科书从前一节课的内容引入,提出了不同材料构成的物体,它们的沉浮与轻重、体积大小有关吗的问题,引导学生关注、分析前一节课的材料和实验结果。
第一部分:分析物体在水中的沉浮规律
这里所说的物体指的是不同材料构成的物体。物体在水中的沉浮与什么有关?在前一节课已引出了对这一问题的讨论。学生的讨论结果可能会是这样的:物体的沉浮与物体是不是空心的有关;与它的轻重有关;与它的大小有关……物体的沉浮和它的轻重、大小是怎样的关系呢?轻的浮、重的沉;大的浮、小的沉;或者是大的沉、小的浮。
是这样的吗?教科书引导学生们先来进行两项前期观察结果的整理活动。
1.把几种物体按体积大小顺序排列在实验桌上,再标出它是沉的还是浮的。想一想:物体的沉浮和它的体积大小有关系吗?
2.把几种物体按轻重顺序排列在实验桌上,再标出它是沉的还是浮的。想一想:物体的沉浮和它的轻重有关系吗?
这里的活动隐含着如何做观察记录和整理信息的教学意义。经过排列整理,学生们很快就会“发现”物体的沉浮与物体的轻重、体积大小并无他们所想象的那种关系。
当预想的结果与实际观察的事实产生矛盾时,我们怎么想呢?这有两种可能:或许是我们的观察有误;或许是物体的沉浮与物体的体积大小、轻重是没有关系的(即我们的推测有误)。学生们对于“物体的沉浮和它的体积大小、轻重是无关的”这样的结论,大多表示半信半疑。事实上,物体的沉浮和它的体积大小、轻重都是有关的,其中本质的原因是物体的密度,但是这里还不适合出现密度这个概念,因此就用重量和体积这两个变量进行描述,这是符合学生的认知规律的。正因为是这两方面的因素同时影响着物体的沉浮,在不考虑体积大小的情况下,就很难看出物体的沉浮与轻重的关系;同样,在不考虑轻重的情况下,也很难看出物体的沉浮与体积大小的关系。所以,要探究物体的沉浮是否和它的轻重有关系,就要对可能影响它沉浮的“体积大小”因素加以控制;同理,探究物体的沉浮是否和它的体积大小有关系时,就要对可能影响它沉浮的“轻重”因素加以控制,这就是科学上的变量控制的思想,也是这节课要求学生学习的变量控制实验的方法。
第二部分:控制其他因素进行研究
教科书提出了一个问题“当我们对这些物体进行比较时,为什么看不出它们的轻重、体积大小与沉浮之间的关系”,希望引导学生讨论猜测:可能是重量和体积在同时影响物体的沉浮,从而顺利地引出控制一个因素(变量),研究另一个因素(变量)作用的活动。同时,教科书以介绍科学家常用的方法,出示变量控制的研究方法。教科书这部分的后两项观察活动就是按这样的思路设计的。
1.把一组大小相同的球体按轻重顺序排列在桌上,推测它们的沉浮,再放进水里观察。
2.把一组轻重相同的立方体按体积大小顺序排列在桌上,推测它们的沉浮,再放进水里观察。
结果怎样?物体的沉浮和物体的轻重有关系吗?物体的沉浮和物体体积的大小有关系吗?是什么关系呢?
原来,不同材料构成的物体,在体积相同的情况下,重的物体容易沉,轻的物体容易浮;在重量相同的情况下,体积小的物体容易沉,体积大的容易浮。这就是学生所能理解的重量与体积对沉浮的影响。到此为止,学生对物体重量、体积与沉浮的关系有了更进一步的认识,向科学概念迈进了一步。如果再进一步,希望学生感受到“体积大、重量小的物体容易浮;体积小、重量大的物体很容易沉。”这样,学生科学概念的发展更加深入。
教科书第5页最下面一行的问题“当我们用这两组材料进行研究时,为什么能够看出物体的轻重、体积大小对沉浮的影响呢?”意在提醒学生反思我们的研究过程,认识到变量控制实验的意义和作用,体会科学研究方法的重要性。
在该课的学习活动过程中,学生对物体沉浮的有关认识经历了“发现——否定——再否定——再发现”这样一个不断冲突、不断修正的过程。
第三部分:用小瓶子研究沉浮
这个活动是前面活动的延续。空的小瓶子是浮的,小瓶子的好处是可以控制体积不变,往瓶子里加水的过程中,逐步改变瓶子的重量,在不断的实验过程中,学生可以直观地看到重量是怎样影响沉浮的,从而加深对体积相同,重的物体容易沉这个概念的理解。
教科书第6页中间,一个小瓶子悬浮在水中,这种现象,在理论上是成立的,实际操作过程中,学生是很难做到的,因此这里不要求学生做出悬浮的小瓶子,只要求学生观察到,瓶子中的水超过某一个限度,小瓶子就会下沉,这其中也隐含着密度的概念,这里的密度是小瓶子的平均密度。当平均密度大于水的密度时,小瓶子就下沉。
到这里为止,教科书提出要求,希望学生能够整理所学内容,得出不同材料构成的物体,在水中的沉浮规律,作进一步强化。
第四部分:潜水艇的原理
有了小瓶子活动的铺垫,学生对潜水艇的原理能够比较容易理解。不过,小潜水艇是学生十分喜欢的玩具,尽管学生理解了原理,还是要让学生进行实际操作,甚至亲自制作简易潜水艇,这样有利于激发学生的学习兴趣,培养学生的动手能力。
(四)教学建议
1.分析物体在水中的沉浮规律。
这个活动展开,要利用上一节课的材料和实验记录单,把七种物体放在桌上,进行观察,你能看出沉浮与什么因素有关吗?怎样说明物体的沉浮和它的轻重、体积大小有没有关系?
(1)把泡沫塑料块、萝卜、空瓶子、小石块、回形针、橡皮、蜡烛等物体按体积大小顺序排列在实验桌上,再用小卡片标出它是沉的还是浮的。想一想,物体的沉浮和它们的大小有关系吗?
(2)把泡沫塑料块、萝卜、空瓶子、小石块、回形针、橡皮、蜡烛等物体按轻重顺序排列在实验桌上,再用小卡片标出它是沉的还是浮的。想一想,物体的沉浮和它们的轻重有关系吗?
(3)为什么看不出它们与沉浮之间的关系?
2.控制其他因素进行研究。
首先要让学生讨论得出可能是物体重量和体积在同时影响着它们的沉浮,遇到这样的情况怎么办?希望学生能够应用以前学过的方法,思考出控制其中一个因素进行研究的方法。如果学生想不出来,教师可以告诉学生,科学家遇到这种情况时所采用的方法,顺势对学生进行科学方法和科学思想的教育。
(1)把一组大小相同的球体按轻重顺序排列在桌上,推测它们的沉浮,再放进水里观察。结果怎样?
(2)把一组轻重相同的立方体按大小顺序排列在桌上,推测它们的沉浮,再放进水里观察。结果又怎样?
(3)思考:从这两组材料的实验中,我们得到什么结论?
(4)为什么用上一节课的物体进行比较,看不出物体的大小对沉浮的影响?用这两组材料,能够观察到物体的轻重、体积与沉浮之间的关系?
3.用小瓶子继续研究沉浮规律。
这项活动,可以让学生独立完成,教师只要提出任务即可。选择的空瓶子要能够浮在水面上,然后给学生提供滴管,让学生找到加多少水,小瓶子就开始下沉的临界线,标注记号。最后让学生讨论:在这个活动中,我们明白了什么。从而强化物体的体积不变,重量增加,沉浮会发生改变的结论。
再跟前面的实验结合起来,整理不同材料构成的物体在水中的沉浮规律。
4.潜水艇的秘密。
关于潜水艇的原理,可以让学生观察教科书上的插图进行讨论,也可以提供多媒体资料,向学生介绍。当学生理解了潜水艇的原理之后,接下来的活动还是相当重要的,一是要让学生动手操作小潜水艇,体验潜水艇的沉浮现象;二是要提供自制简易潜水艇的制作方法,让学生在课外自己制作潜水艇,提高他们的兴趣,发展动手操作能力。必要的时候,还可以跟“造一艘小船”一课结合起来,举办自制小船的展览会。
 第3课橡皮泥在水中的沉浮
(一)背景和目标
前面已经研究了物体沉浮的规律,学生也知道了在体积不变的情况下,改变物体的重量能够改变物体在水中的沉浮状态。本课将用学生熟悉的橡皮泥作为研究材料,使橡皮泥在水中浮起来,并探索其中的原因,从而帮助学生理解钢铁制造的轮船为什么能够浮在水面上。
学生对橡皮泥是比较熟悉的,一些学生或许在生活中已经有了类似的经验,能够把橡皮泥做成船的形状,浮在水面上。但是,一般的学生都不会去考虑其中的原因,本课将带领学生用实验数据揭开其中的秘密。
实心的橡皮泥沉入水底,船形橡皮泥却能浮在水面上,原因是船形橡皮泥浸入水中的体积增大了。这里引入了测量橡皮泥排开的水量的活动,通过比较各种形状橡皮泥排开的水量,揭示沉浮变化的基本原因。
科学概念
●改变物体排开的水量,物体在水中的沉浮可能发生改变。
●钢铁制造的船能够浮在水面上,原因在于它排开的水量很大。
过程与方法
●用刻度杯测量橡皮泥排开的水量。
●把橡皮泥制作成不同的形状,使之能够浮在水面上。
●根据橡皮泥排开的水量,做出沉浮判断。
情感态度价值观
●认识到认真细致地采集数据的重要。
●在探求原因的过程中,懂得证据的重要性。
(二)教学准备
每组一个水槽、若干橡皮泥、一只刻度杯、记录表。
(三)教科书说明
本课由三个部分组成。第一部分是“观察实心橡皮泥的沉浮”;第二部分是“让橡皮泥浮在水面上”;第三部分是“测量橡皮泥排开的水量,探索橡皮泥上浮的原因”。
第一部分:观察实心橡皮泥的沉浮
教科书第7页,展示了一块橡皮泥的四种形状,把它们放入水中都会沉入水底。不同形状的橡皮泥,重量没有改变,学生很容易理解。因为橡皮泥既没有增加也没有减少,形状不影响重量。这是一个铺垫性的活动。
把一块橡皮泥改变成不同形状,它的体积发生变化了吗?这对于学生来说没有经验,怎么办?得想办法测出不同形状的橡皮泥的体积是多少。怎样测出橡皮泥的体积呢?把橡皮泥放入盛水的刻度杯中,就能测出它的体积。比较几种不同形状的实心橡皮泥,会发现体积没有变化。
所以,改变橡皮泥的形状,重量没有变,体积也没有变,它的沉浮状况不会发生变化。
这个测量橡皮泥体积的活动,为后面测量排开的水量做好了铺垫。
第二部分:让橡皮泥浮在水面上
怎样让橡皮泥浮在水面上?学生是有经验的。教科书第7页提供了一种形状,实际上学生会创造出很多不同的形状,它们都有共同之处:空心的或者是船形。教科书要求学生通过亲自动手,做出能浮在水面的橡皮泥,这里有技术上的要求。当学生做出一些能浮在水面上的橡皮泥后,就会思考了,是什么原因使橡皮泥浮起来的?橡皮泥的重量没有改变,改变的因素可能就是浸人水中的体积了。
第三部分:测量橡皮泥排开的水量
怎样测量橡皮泥浸入水中的体积呢?教科书第8页提出了测量橡皮泥排开的水量的方法。称作“排开的水量”是为了与“排水量”相区别,“排开的水量”指的是物体排开的水的体积,而“排水量”通常指的是物体排开的水的重量。
教科书第8页出示的是用烧杯测量排开的水量,烧杯的刻度还不够精确。测量排开的水量的工作必须细致,观察刻度时视线应与水面持平。排开的水量的计算方法是,放入物体后的刻度数减去原来的水量等于物体排开的水量。
教科书第8页的表格中,要测量五种形状橡皮泥的排开的水量。其中“实心团”和“沉的形状”两者排开的水量是相同的,其他三种形状排开的水量也相同。比较沉的形状排开的水量与浮的形状排开的水量,可以发现:沉的形状排开的水量小,即浸入水中的体积小;浮的形状排开的水量大,即浸入水中的体积大。从数据中可以看出,橡皮泥浮起来的原因在于它的重量不变,而浸入水中的体积增大。
知道了这个道理,学生也就能够理解钢铁造的轮船为什么能够浮在水面上了。这里要求学生能够以自己的语言,来解释轮船浮在水面上的原因。
(四)教学建议
1.观察橡皮泥的沉浮。
这项活动只能用一块橡皮泥做实验。市面上有各种品牌的橡皮泥,教师要多加挑选,选择放在水中不会化掉的橡皮泥做实验,否则会影响实验效果,影响精确度。
对于不同形状的橡皮泥,重量是否改变,学生一般不会有异议。但是体积是否发生变化,学生肯定会有不同意见,此时教师要抓住机会,让学生思考如何比较不同形状的橡皮泥的体积,从而引出采用盛水的刻度杯来测量橡皮泥的体积的实验。
这里可以把测量橡皮泥排开的水量的活动提前,让学生亲自动手测量记录,这项活动为后面的测量船形橡皮泥排开的水量打下了基础。
经过测量后,要求学生总结:橡皮泥的形状改变之后,重量不变,体积也不变,因此沉浮状况保持不变。
2.让橡皮泥浮在水面上。
此活动要求学生继续探索改变橡皮泥的形状,让它浮在水面上。教学时可以完全放手,让学生探索。例如采用竞赛的形式,提供学生多块橡皮泥,让学生做出尽可能多的
形状。然后观察各种能浮的形状有什么特点,不能浮的形状有什么特点,初步感受它们
与沉浮之间的关系。
思考:同一块橡皮泥,在改变其形状后,有的为什么能够浮在水面上呢?
3.测量比较橡皮泥排开的水量。
(1)思考把一块橡皮泥做成不同形状,沉浮情况发生变化,是什么因素造成的。
(2)把橡皮泥船放人刻度杯使之浮在水面上,观察水面指示的刻度。把船形橡皮泥排开的水量记录在表格中。
(3)将实心橡皮泥排开的水量数据,与船形橡皮泥排开的水量数据进行比较。
(4)分析是什么原因使船形橡皮泥能够浮在水面上。
(5)解释钢铁制造的轮船,为什么能够浮在水面上。
 第4课造一艘小船
(一)背景和目标
船的发明是人类的伟大创造,自从有了船,人类的活动范围大大扩大,人类的物资运输和交流也大大增加。可以说,船与我们的生活紧密相关。
大部分学生对船比较熟悉,许多学生有乘船的经验,有折纸船的经验。学生知道船的作用,因此也很乐意来设计制造一艘自己的小船。
前面的学习内容,让学生明白了船为什么能浮在水面上的原因,也知道了船排开的水量越大,越容易浮在水面上,装载的货物也就越多。
本课引导学生通过制造一艘橡皮泥小船,研究相同重量下,怎样增加船排开的水量,从而达到更大的装载量。在动手操作过程中,学生会遇到一些困难,如怎样保持船身的
稳定和平衡,如何装载更多的货物。这些问题的解决只有在具体的操作过程中,不断地
调试才能达成,因此对学生技能的发展是很有帮助的。
本课还引导学生用其他的材料造船,设计出更多的船,来激发学生的学习兴趣。希望学生能够按照设计的计划进行有日的的活动,进一步加强科学和技术的联系。最后举办船的展览会和回忆船的发展史是活动的延续,希望学生保持对科学、技术的兴趣。通过回忆船的发展历史,了解人类的发明创造过程,激发心中的创造欲望。
科学概念
●相同重量的橡皮泥,浸人水中的体积越大越容易浮,它的装载量也随之增大。
●科学和技术紧密相连,它们为人类的发展作出了巨大贡献。
过程与方法
●探索用橡皮泥造船,不断改进船的形状,增大船浸人水中的体积。
●按自己设计的方案制造小船,并不断改进。
情感态度价值观
●体会不断改进设计对结果的影响。
●感受人类创造发明的历程,激发创造欲望。
(二)教学准备
每组一个水槽、若干橡皮泥、若干垫片、玻璃弹子、船的发展史图片或多媒体资料。
(三)教科书说明
本课有五个部分,分别是“用橡皮泥造船”“哪艘船装载的货物多”“设计制造其他
的船”“办个船的模型展览会”和“船的发展史”。
第一部分:用橡皮泥造船
用橡皮泥造一艘小船,对学生来说已经不是难事,如果重复这样的活动,对学生的发展没有多大的意义。因此,教科书提出了新的要求:怎样造出一艘装载量比较大的小船呢?这就需要运用前面所学的知识进行思考。每组的橡皮泥数量相等,重量相等,不能在重量上做文章,只有在增大浸入水中的体积这一点上动脑筋,浸入水中的体积越大装载量就越大。橡皮泥是很容易改变形状的,这就为学生的动手留下了很大的空间。这个活动,不仅仅要让学生造出一艘船,更要引导学生怎样利用限定的材料造出一艘大船,把动手和动脑有机地结合起来。
第二部分:哪艘船装载的货物多
船造好了,究竟哪艘船装载量大,需要检验,这也是一个验证的过程。教科书第9页,提供了用垫圈作为货物进行验证的方法。垫圈有大有小,垫圈的选择要与橡皮泥船的装载量相匹配,一般一艘橡皮泥船,最多能够装载20个垫圈,这样大小的垫圈比较理想,在课堂教学中容易比较装载量。
如果采用玻璃弹子作为装载的货物,就会遇到玻璃球滚来滚去的问题。这会使船不能很平稳地浮在水面上,而发生倾斜,也就影响了装载量。怎样保持船的平稳呢?教科书提示学生“把船分隔成几个船舱试试”。这也使我们的学习活动与生活实际联系了起来。
“还有什么方法可以使我们的船装载得更多?”这是一个更为开放的问题,目的是让学生思考的角度更加开阔,为改变液体会改变沉浮埋下伏笔。
第三部分:设计制造其他的船
通过观察研究,学生们已经明白了一些物体沉浮的道理。现在,他们要用学到的知识和获得的经验来造一艘其他的小船。
要造一艘什么样的小船呢?造这艘小船需要什么材料?可以先拟订一份造船的计划。教科书在这部分通过图片和文字向学生们介绍了造船的计划和实施步骤,引导学生们在课前完成一艘小船的制作。课堂上,主要来演示介绍自己的小船,并交流一下有哪些需要改进的地方。造小船是在课前进行的,因此,上一课结束时要让学生们课外先自学这部分内容,在本节课前完成一艘小船的制作。
当然,这部分的学习内容也可以在课内进行。如果是这样,那么本课就需安排两课时来完成教学。
第四部分:船的展览会
第五部分:船的发展史
这两个活动可以结合起来进行。这是对学生进行科学史教育的好机会,也是“造一艘小船”教学成果的展示活动,又是沉和浮单元教学的后续课外活动。
让学生们课外去收集各种船只的图片、模型及有关的文字资料,加上自己设计制作的小船,就可以办一个船的展览会了。参观自己办的展览会,交流收集的各种资料,了解更多的船的作用和特点以及船的发明发展史,这将是十分有趣也是很有意义的活动。它将促进学生对技术的理解,对技术发展与人们生活关系的理解。这项活动,可以作为考核学生的依据之一。
教科书第11页,船的图片(从左到右、从上到下)分别是:木筏、独木舟、明轮、帆船、气垫船、远洋货轮、现代客轮、航空母舰。
(四)教学建议
1.用橡皮泥造船。
这项活动,可以采用比赛的形式进行。要让学生明白,制造一艘橡皮泥小船容易,不容易的是利用相同数量的材料,制造出装载货物较多的小船,让学生感觉到有一定的难度,会激发学生的挑战意识。
在学生动手制作之前,可以讨论,运用所学知识,怎样才能制造出装载量比较大的小船。教师要挑选比较理想的橡皮泥,即浸在水中不会化掉的橡皮泥,提供给各组的橡皮泥数量和重量要相等,让学生在公平的情况下竞争。
2.哪艘船装载多。
(1)等各组完成制造小船之后,组织讨论怎样比较每一只船的装载量。
(2)建议用适当大小的垫圈作为货物,来检验小船的装载量。
(3)放人垫圈的时候,动作要轻,分布要均匀。
(4)边放垫圈边记录数量,可以重复几次检验,取放得最多的一次的数值。
(5)把各组的最大装载量写在黑板上,比较其中的差别。
(6)让装载量最大的小组介绍经验。
3.设计制造其他的船。
这项活动可以在课前布置学生完成,也可以在课堂中完成计划的制订和小船的设计,然后交流学生的设计,相互补充、完善。
如果事先布置学生自制小船,课堂上可以展示自制的小船,进行试航,讨论小船的优点和缺点,提出改进的意见。
如果事先没有布置学生自制小船,就可以以小组讨论的形式,画出小船的设计图,列出所需的材料,写出制作的步骤,再全班交流。制作的任务在课外完成,学生最好能自己独立完成,也可以请父母或者亲戚朋友帮助。等适当时候,举办船的展览会。
4.办个船的模型展览会,船的发展史。
(1)把课前收集到的有关船的图片、资料在小组内交流。
(2)选择学生收集的图片,按照船的发展史,把图片排列在黑板上。
(3)观看船的发展史的图片或录像,谈谈自己的体会。
(4)另外,可以把学生制作好的小船和收集到的有关船的图片、资料在实验室作长期展出交流。
第5课浮力
(一)背景和目标
第1课到第4课,学生通过探究了解了构成物体的材料、重量、体积大小对沉浮的影响,实际上学生在探索的过程中,已经感受到了浮力的存在。本课开始,学生将把注意力放在浮力上,来研究物体沉浮的秘密。
当一个物体放入水中时,它就受到了水对它向上的推力,即浮力。不管物体是下沉还是漂浮,它们都受到水的浮力。如果向上的浮力大于向下的重力,物体将上浮;如果向上的浮力小于向下的重力,则物体下沉。
当学生将泡沫塑料块完全浸入水中受到的浮力与受到的重力进行比较时,他们会发现泡沫塑料块受到的浮力大于重力,寻找到物体为什么在水中上浮的原因。
学生通过测量比较泡沫塑料块受到的浮力大小,还会发现,不同大小的泡沫塑料块完全浸入水中,体积越大,受到的浮力就越大。他们就此也会明白浮力的大小与浸入水中的体积有关。
科学概念
●上浮物体在水中都受到浮力的作用,我们可以感受到浮力的存在,可以用测力计测出浮力的大小。
●物体浸入水中的体积越大,受到的浮力也越大。
●当物体在水中受到的浮力大于重力时就上浮,浮在水面的物体,浮力等于重力。
过程与方法
●学会用弹簧秤测量泡沫塑料块在水中受到的浮力。
●运用浮力和重力的概念,解释物体在水中的沉浮。
情感态度价值观
●懂得方法的改进有利于研究的顺利进行。
●懂得数据在分析解释现象过程中的重要性。
(二)教学准备
每组一个弹簧秤、三块大小不同的泡沫塑料块、一个底部带小滑轮的精确刻度杯、细线、记录表。
(三)教科书说明
本课有四个部分,分别是“感受浮力”“测量一块泡沫塑料块的浮力”“测量不同大
小泡沫塑料块的浮力”和“解释上浮的原因”。
第一部分:感受浮力
学生在平时的经验中,已经有了浮力的感受,当学生在游泳时能够感受到水对身体的浮力,当学生用救生圈游泳时,更能感受到水的浮力。这些对浮力的感受是无意识的。学生在前面内容的学习中,也不自觉地感受到了浮力。因此,浮力一词的出现,就从学生的平时感受出发。首先是回忆手指压小船的感觉,调动已有的学习经验;然后是把一
块泡沫塑料块压入水中,直接感受水的浮力。
当学生感受了浮力之后,教科书给出了浮力的描述性定义,这个定义是在学生感受浮力的基础上给出的,因此只要求学生能理解、会使用浮力一词,并不要求学生掌握关于浮力的精确定义。同时,教科书告诉学生:当泡沫块静止浮在水面时,它受到的浮力等于它受到的重力,且方向相反。这个结论是直接告诉学生的,希望学生能够理解、接受。为了帮助学生更好的理解浮力和重力的关系,教科书第12页提供了一幅示意图,用图示的形式帮助学生理解。图示上,浮力和重力的箭头都从物体的重心出发,方向相反,大小相等。理解这张示意图的意思,是接下来学习的基础,因此必须让学生明白图示的意义。
第二部分:测量一块泡沫塑料块的浮力
泡沫塑料块在水中受到了水的浮力,这个浮力有多大?这是学生很自然产生的问题。要知道重力有多大,可以用测力计测量,同样道理,浮力有多大,也可以用测力计测量,关键是怎样测量泡沫塑料块的浮力呢?这是一个测量中遇到的难题。教科书提出希望学生进行讨论,思考出测量泡沫塑料块受到浮力大小的方法。
寻找方法的思路是这样的:用弹簧秤测量浮力,弹簧秤只能测量拉力,泡沫塑料块浮在水面上,弹簧秤又不能测量压力,怎么办?能不能把弹簧秤放在水下拉呢?这种方ㄓ植恍校∪绻氩怀龇椒ǎ炭剖樵诘?/span>13页提供了测量泡沫塑料块浮力的方法:在杯子底部装上一个小滑轮或者一个小钩子,再利用一根细线绕过钩子,一端系住泡沫塑料块,一端挂在弹簧秤的钩上,就可以测出它的浮力了。
这个测量方法的思考,是有一定的难度的,教师要适当地引导,或者让学生看教科书中的插图,按照插图安装测量装置。
教科书第13页的插图给出了测量的方法,也给出了测量浮力时的操作要求:拉线时,弹簧秤最好能接近垂直,如果歪斜的话,有可能出现较大的误差。图上的水槽最好能换成专门的杯子:带小滑轮的精确刻度杯。因为,这项活动不但要测量浮力,还要测量泡沫塑料块浸入水中后排开的水量,没有刻度的水槽是完不成这个任务的。
当学生读出弹簧秤上的拉力数值时,是不是等于知道了泡沫塑料块受到的浮力?不是!怎样转换成浮力的数值?教科书提供了示意图,标出了浮力、重力和拉力之间的关系。在这里浮力等于重力加上拉力。这幅示意图是给学生看的,为的是帮助学生理解三者的关系。图示中还可以把重力和拉力合起来,与浮力的箭头处在同一条直线上,方向相反。
学生掌握了测量方法之后,教科书提出了测量泡沫塑料块三种状况下的浮力大小:小部分浸入水中、大部分浸入水中和全部浸入水中。目的是找到泡沫塑料块受到的浮力大小与浸入水中的体积之间的关系,即体现物体排开水的体积越大,受到的浮力也越大的规律。
第三部分:测量不同大小泡沫塑料块的浮力
通过上一个活动,我们发现同一块泡沫塑料块浸入水中的体积越大,受到的浮力也越大。那么大小不同的泡沫塑料块,完全浸入水中,它们受到的浮力大小相同吗?这个活动与前面的活动是一种有机的结构,体现了思维递进。测量的方法与前面相同,这个实验可以让学生自主操作,测量记录的数据填入表格,把浮力大小与排开的水量进行比较,找出其中的规律。到此为止,我们应该总结泡沫塑料块受到的浮力大小与排开的水量之间的关系,也就是与浸入水中的体积大小的关系。教科书中“泡沫塑料块受到的浮力大小,主要与什么因素有关”这个问题,就是对本课活动的总结。
第四部分:解释上浮的原因
学生通过实验知道了泡沫塑料块在水中受到的浮力与它浸入水中的体积有关,浸入水中的体积(排开的水量)越大,受到的浮力就越大。完全浸入水中受到的浮力远远大于它本身的重量,因此一松手,泡沫塑料块就浮起来了。等到浮在水面上之后,泡沫塑料块为什么不再向上冒?因为此时它浸入水中的体积很小了,受到的浮力也很小。小到与它受到的重力相等,因此就不再上浮,也不下沉。
如果学生能够用浮力和重力的关系,解释泡沫塑料块的上浮原因和静止原因,说明学生已经掌握了浮力、重力和物体沉浮的关系了。
(四)教学建议
1.感受浮力。
让学生切身感受到浮力,是本课开始的基础。教师要提供一些能浮的物品,让学生感受,为继续探索沉浮的秘密打下基础。
(1)观察泡沫塑料块、木块、空瓶子、小船浮在水面的情况,用手指轻轻按压小船,有什么感觉?分别把泡沫塑料块、木块、空瓶子压入水中,有什么感觉?
(2)出示关于浮力的描述性定义。
(3)生活中我们什么时候感受到水的浮力?
(4)出示教科书上浮力和重力的示意图,讲解示意图的含义。
2.测量一块泡沫塑料块的浮力。
学生知道了泡沫塑料块要受到水的浮力作用,把它压入水中,它所受到的浮力有多大?在这里,教师要鼓励学生进行讨论:怎样测出泡沫塑料块受到的浮力大小?
(1)讨论怎样测出泡沫塑料块的浮力,交流测量的方法。
(2)教师根据学生讨论的情况,演示规范的测量方法,讲解注意的地方。特别要讲清楚浮力的计算方法,可以让学生看教科书第13页的示意图,理解浮力等于重力加拉力的道理。
(3)学生测量泡沫塑料块浸入水中的浮力,按照教科书的要求测量三种状况,分别把测量结果(拉力大小和排开的水量)记录在表格中。
(4)分析拉力、浮力和排开的水量之间的关系,得出浸入水中的体积(排开的水量)越大,物体受到的浮力就越大。
3.测量不同大小泡沫塑料块的浮力。
教师要准备三块不同大小的泡沫塑料块或者三块不同大小的木块,让学生预测:如果把大小不同的泡沫塑料块或者木块,完全浸入水中,它们受到的浮力大小相同吗?
根据前一个活动所获得的结果,可以推断大小不同的物体完全浸入水中,受到的浮力大小不一样。这个活动,可以让学生参照前一个活动的测量方法,独立自主完成测量,把测量结果填入记录表中,并分析浮力大小与体积大小之间的关系。
让学生把前后两个测量活动中所得到的数据进行分析,泡沫塑料块在水中受到的浮力大小与什么因素有关?有怎样的关系?
分析了排开的水量与浮力之间的关系之后,再让学生观察物体的自重与它所受到的浮力大小进行比较,发现浮力大于重力,所以就能解释教科书最后提到的一个问题了。
总之,要引导学生观察数据、分析数据,从数据中得出有用的结论,完善学生的科学概念
 第6课下沉的物体会受到水的浮力吗
(一)背景和目标
学生对浮在水面上的物体受到水的浮力,比较容易理解。对沉入水中的物体是否受到水的浮力,没有把握。但是,学生会有一些生活经验,如游泳时感觉到自己的身体会被水托起来,在水井中打水时,会感觉到装满水的水桶在未离开水面时要比提出水面轻许多。这些经验提醒学生,下沉的物体在水中也会受到水的浮力。
本课引导学生继续探索浮力与物体沉浮之间的关系。教科书提出了要学生自己设计实验验证猜想的活动,在思维的发展和能力的要求上更进了一步。同时,通过测量下沉的物体受到的浮力大小,引导学生发现,下沉的物体受到的浮力大小与浸入水中的体积有关,这与前一节课的内容联系起来,可以形成完整的概念:物体在水中受到的浮力大,与物体浸入水中的体积(排开的水量)有关,浸入水中的体积越大,受到的浮力也就越大。
科学概念
●下沉的物体在水中都受到浮力的作用,我们可以感受到浮力的存在,可以用测力计测出浮力的大小。
●下沉的物体浸入水中的体积越大,受到的浮力也越大。
●当物体在水中受到的浮力小于重力时就下沉。
过程与方法
●设计实验验证下沉物体在水中受到了浮力作用,用弹簧秤测量下沉物体受到的浮力大小。
●画示意图,运用浮力和重力的概念,解释物体在水中的沉浮。
情感态度价值观
●体验实验验证的重要意义。
●懂得数据在分析解释现象过程中的重要性。
(二)教学准备
每组一个弹簧秤、一个钩码、一个底部带小滑轮的精确刻度杯、三块大小不同的石块或砖块、细线、记录表。
(三)教科书说明
本课有三个部分,分别是“下沉的物体是否受到水的浮力”“测量下沉的物体受到的浮力大小”和“用浮力和重力的关系解释沉浮现象”。
第一部分:下沉的物体是否受到水的浮力
这是一个学习中很自然地产生的问题。当学生测量了上浮物体受到水的浮力作用时,很自然地提出了一个疑问:下沉的物体是否受到水的浮力?教科书第15页提供了一个学生生活中常见的情形:从井中提水时,在水中的水桶总是比离开水面的水桶要轻,这是什么原因?是否说明水桶在水中同样受到了水的浮力作用?
教科书没有直接回答这个问题,而是引导学生通过设计实验,来验证自己的推测。根据前一节课的学习内容,这样的实验验证,学生通过思考能够完成任务。希望学生的设计,能够借鉴前一节课的成果,用示意图的方法展示自己的设计思路。如图:
然后通过实验验证,得到下沉的物体确实受到了浮力作用,受到的浮力大小可以这样计算:浮力=重力-弹簧秤拉力。
第二部分:测量下沉的物体受到的浮力大小
这项测量活动,意在探究下沉的物体受到的浮力是否会有大小?如果浮力有大小,是什么原因造成的。
根据前一节课所学的内容推测,物体受到的浮力大小,是由浸入水中的体积大小(排水的重量)决定的,可以推测下沉的物体浸入水中的体积多少也会影响浮力的大小,所以设计了下沉物体“小部分浸入水中”“大部分浸入水中”和“全部浸入水中”的测量项目。通过测量,发现一个下沉物体浸入水中的体积越大,受到的浮力也越大。
同样,大小不同的物体完全浸入水中,它们在水中受的浮力大小也与物体排开水的体积有关,体积(排开的水量)越大,受到的浮力越大。分析测量的排开的水量和浮力的大小对比,学生就能发现这个规律。
到现在为止,联系前一节课的内容,我们可以把物体在水中受到的浮力大小规律统一起来,即物体在水中受到的浮力大小与浸入水中的体积(排开的水量)有关,浸入水中的体积(排开的水量)越大,受到的浮力也越大。
第三部分:用浮力和重力的关系解释沉浮现象
教科书提出让学生用示意图画出石块和泡沫塑料块在水中的受力情况,这种情况在小学科学的学习中是第一次出现,对学生的抽象概括能力的要求是很高的。用图示来表述解释,可以更加清晰地展示学生的思维和概念的形成过程,有助于训练学生的抽象概括能力,也有助于理解沉浮现象与浮力的关系,构建起正确的概念。参考示意图如下:
(四)教学建议
1.下沉的物体是否受到水的浮力。
本课的学习可以从前一节课的内容导入,提问:浮在水面上的物体会受到水的浮力作用,那么,沉入水中的物体会受到水的浮力作用吗?让学生想一想生活中是否有这样的情形,并进行推测。如果学生找不到生活中的例子,教师可以出示一个系有细线的钩码,让每组学生把钩码浸入人水中,体验一下钩码是否受到了水的浮力?你有什么感受说明钩码受到了水的浮力?
手的感觉是不太准的,我们能否设计一个实验来验证自己的推测呢?小组讨论设计验证方法,特别要求把自己的方法用图示画出来。
交流学生的设计计划,并按照计划验证,汇报结果。
2.测量下沉的物体受到的浮力大小。
学生已经验证了下沉物体也受到了水的浮力作用,而且在实验的过程中,有可能会发现:刚浸入水中时,弹簧秤上的读数大,等把物体完全浸入水中后,弹簧秤上的读数会变小一点。是不是下沉的物体在水中受到的浮力大小会变化呢?是不是跟上浮物体受到浮力大小的原因差不多呢?这就引出了测量下沉物体受到浮力大小的活动。
两组测量活动可以在一个时间段完成,具体可以参照这样的顺序进行:
(1)测量钩码在空气中受到的重力(重量),记录在表格中。
(2)测量钩码分别浸入水中不同位置时对弹簧秤的拉力,记录在表格中。
(3)计算钩码受到的浮力大小,与钩码排开的水量进行比较,找出其中的联系。
(4)分别测量大、中、小三块石块完全浸入水中时受到的浮力大小,记录在表格中。
(5)计算石块受到的浮力大小,与它们排开的水量进行比较,找出其中的联系。
(6)分析两次测量所得的数据,找出下沉的物体在水中受到的浮力大小的规律。
3.用浮力和重力的关系解释沉浮现象。
参照教科书第12页的示意图,试着用物体在水中的受力示意图来解释沉浮的原因,并配合用公式表示物体沉浮的原因
 第7课马铃薯在液体中的沉浮
(一)背景和目标
学生对沉浮的关注,一般落在物体本身,很少会关注到液体的性质,液体对沉浮的影响对学生来说是个意外的发现。在日常生活中,学生也很少有这样的经验。影响物体沉浮的因素不仅仅有物体本身的重量和体积(密度),而且还有液体的密度。本课将展开对另一个变量的研究,向学生展示一个新的探索项目。联系本单元的第1课,继续研究影响物体沉浮的因素。
本课主要研究不同浓度的液体,对马铃薯沉浮的影响。调制一杯能使马铃薯浮起来的液体,可以使学生看到只有在液体中溶解足够多的物质时,马铃薯才能浮起来,渗透了改变液体密度会影响物体沉浮的概念。
科学概念
●液体的性质可以改变物体的沉浮。
●一定浓度的液体才能改变物体的沉浮,这样的液体有很多。
过程与方法
●经历一个典型的“观察——发现——推测——验证”的科学探究活动过程。
●通过加热液滴和调制液体来探索未知液体的性质。
●学会给液滴加热的技能。
情感态度价值观
●懂得确定一种物质的性质,需要有很多的证据。
(二)教学准备
每组一个马铃薯、酒精灯、木夹子、小铁片、浓盐水、40克食盐、40克白糖、2只烧杯、一根筷子。
(三)教科书说明
本课分四个部分,分别是“马铃薯的沉浮”“观察比较两种液体”“调制一杯使马铃
薯浮起来的液体”和“阅读资料”。
第一部分:马铃薯的沉浮
把同一个马铃薯分别放入装有盐水和清水的水杯中。结果马铃薯在清水的杯子里沉,放入另一杯液体中的马铃薯浮。这个现象,很明显地指向一个变量:液体。因为马铃薯是同一个,液体的量是相同的,影响沉浮的因素只能是液体了。学生事先并不知道这个杯里的水是不同的,他们对所观察到的沉浮现象,往往会沿着物体的沉浮与物体重量和体积的关系来做解释。这个现象,使学生认识到影响马铃薯沉浮的因素可能与所浸入的液体有关。
教科书中三个孩子讨论的结果是液体的不同可能引起浮力的变化,这与前面所学的内容联系起来了。
第二部分:观察比较两种液体
虽然学生已经知道一种液体是清水,但是用肉眼观察两种液体差别不大,不知名的液体不能随便尝。究竟另一种液体有什么特点呢?这会引起学生强烈的探究欲望。他们会试着做自己的猜测(或解释)。
怎样比较两种液体的区别?教科书提供了“液滴加热”的观察实验。各取一滴液体来观察一下:把液体滴在铁片上,在酒精灯火焰上加热,观察比较液滴变干后留下的痕迹。加热后,其中一块铁片上会留下比较明显的白色颗粒物。
这里的“液滴加热”的观察实验,采用木夹夹着铁片在酒精灯火焰上加热的实验设计。这是出于安全考虑,当然也可以用木柄的金属调羹来加热液滴。如果用生日蜡烛来加热,也是可以的。这样可以贴近儿童的生活,让学生们感受到科学离我们并不遥远,增强他们探究科学的兴趣,启发他们在课外进行科学探究活动。
加热后出现白色颗粒说明什么?说明液体中溶解了物质,是不同于清水的液体。当然仅仅只有白色物质这个证据,学生是无法判断出是什么液体的。是什么液体并不重要,重要的是让学生继续思考:是不是只要水中溶解了物质就能够使马铃薯浮起来呢?
第三部分:调制一杯使马铃薯浮起来的液体
当学生发现液体中含有溶解的物质后,肯定会想到,是不是只要水中溶解了物质就能够使马铃薯浮起来呢?我们来调制一杯盐水试试看。这样学生就卷入到了推测和验证活动中去了。实际上,并不是只要水中溶解了物质就能够使马铃薯浮起来的,浓度不够、液体的密度不够大,马铃薯是不会浮起来的。因此,学生在调制的过程中,一次次地加盐,马铃薯没有立即浮起来,当食盐溶液的密度超过马铃薯的密度时,马铃薯才浮起来。
这个过程需要学生经历,这样的经历对学生情感态度的培养是很有好处的。
教科书第18页一位小女孩的话“再做一杯糖水试试看”,提醒我们不能仅仅局限于用食盐做实验,要调制不同的液体来检验学生的猜想,这样对学生形成严谨的思维有很大的帮助。
当实验成功之后,学生会反思:原来马铃薯沉浮改变的原因是液体发生了变化。那么液体发生了怎样的变化呢?学生在这节课里,只能探索到液体里溶解了其他物质,溶解了其他物质之后,液体为什么能使马铃薯浮起来,这个原因将在下节课里继续探索。
第四部分:阅读资料
教科书中提供的“淹不死人的湖——死海”的一段文字资料,或许会成为学生解释
马铃薯沉浮的“理论依据”。
纵观全课,学生经历的是一个十分典型的“观察——发现——推测——证实”的科学探究过程。这对他们形成科学的研究思想和方法是很有帮助的。我们在教学中应重视
这一过程的展现,并让学生去亲历。
(四)教学建议
1.观察马铃薯的沉浮。
教师要选择小一些的马铃薯做演示实验,这样马铃薯能够放入杯子中。首先推测马铃薯放入水中是沉还是浮,然后把马铃薯轻轻放入清水中,观察它的沉浮状况。接着把马铃薯从清水杯中拿出、擦干,轻轻放入另一个杯子中,观察它的沉浮。
怎样解释马铃薯在不同杯子中的沉浮?影响马铃薯沉浮的原因是什么?怎么解释马铃薯的沉浮现象?
教师演示所用的液体,可以是食盐溶液,也可以是糖溶液,也可以是其他的溶液,为的是不让学生一下子猜中答案。为了防止学生尝,溶液必须是无毒的。当然要教育学生,对于不知名的液体,不能随便用尝的方法辨别。
2.观察比较两种液体。
(1)观察两杯液体有什么不同。
(2)做液滴加热实验,教师先指导加热的方法,然后从两个杯子里各取几滴液体,分别滴在铁片上加热,比较液滴变干后留下的痕迹。
(3)观察两种留下的痕迹,有什么不一样,两种液体一样吗?能使马铃薯上浮的液体有什么特点?
3.调制一杯使马铃薯浮起来的液体。
此项活动可以按照以下顺序进行教学。
(1)提问:是不是只要水中溶解了物质就能够使马铃薯浮起来呢?
(2)每个小组调一杯盐水试试,马铃薯在盐水中能上浮吗?注意调制盐水的要求,取100毫升水,往杯子里一次次加盐,食盐溶解后,放人马铃薯检验是否浮起来,并做好记录,直到马铃薯浮起来为止。这里不希望学生一下子把全部食盐倒入杯中,如果这样,学生就探索不到液体浓度与马铃薯沉浮的关系了。
(3)如果时间允许,让学生用同样方法,制作一杯糖水进行检验,或者制作更多的溶液进行检验。
(4)思考:从实验现象和结果分析,怎样的液体才会使马铃薯浮起来。
(5)阅读本课的资料,我们从中明白了什么
 第8课探索马铃薯沉浮的原因
(一)背景和目标
本课是这一单元的最后一课,将直接揭示物体沉浮的秘密一密度。在前面所学的内容中,已经隐含了有关物体的密度概念,鉴于五年级学生的知识储备和认知水平,始终没有出现密度一词,而是从物体的重量和体积两个变量去描述密度概念,这是符合学生的认知水平的。
本课从相同体积的物体的重量比较中,指向密度概念。通过固体与液体的密度比较,
液体与液体的密度比较,最后把物体的沉浮现象归结为密度原因。因此密度是本单元的
核心科学概念。至于用浮力与重力的关系来解释沉浮现象,最终也归结为物质密度的原
因,因为液体的密度不同,才引起浮力的大小变化。
尽管如此,本课仍然没有出现密度一词,本单元也没有出现密度一词,统一用相同体积下的不同重量来描述隐含着的密度概念。
科学概念
●不同液体对物体的浮力作用大小不同。
●比同体积的水重的物体,在水中下沉;比同体积的水轻的物体,在水中上浮。比同体积的液体重的物体,在液体中下沉;比同体积的液体轻的物体,在液体中上浮。
过程与方法
●通过简单的推测、验证活动获得数据,并转化为证据,培养逻辑思维能力。
●整理所学的知识,进行概括总结,形成科学概念。
情感态度价值观
●认识到物体的沉浮现象是有规律的,规律是可以被我们认识的。
(二)教学准备
每组一个钩码、一个马铃薯、一个弹簧秤、一杯清水、浓盐水、糖水、酒精、量筒、天平、图片。
(三)教科书说明
本课有五部分,分别是“测量钩码在不同液体中受到的浮力大小”“推测与验证”“判断塑料块的沉浮”“沉浮原理的应用”和“整个单元的总结”。
第一部分:测量钩码在不同液体中受到的浮力大小
本课从前一节课留下的问题切入:马铃薯在不同的液体中受到的浮力有大小?因为用马铃薯做实验不太方便,实验的效果不是很明显,所以教科书提出用钩码来做验证实验。因为测量下沉物体在水中受到的浮力已经学过,所以,这里只是应用所学的方法,继续研究不同液体产生的浮力有什么不同。
经过实验,我们发现钩码在不同的液体里,受到的浮力确实有差别,实验结果说明了我们的预测是正确的。同理推测,马铃薯在不同的液体里,受到的浮力也有大小。如果反向思考,既然看到马铃薯在液体中浮起来,就说明它受到的浮力大于重力,而马铃薯在清水中下沉,说明它所受到的浮力小于重力。
这是用浮力和重力的关系,来解释马铃薯沉浮的原因。
那么,马铃薯在不同的液体中受到的浮力为什么会不同呢?教科书继续引导学生探究其中的秘密。
第二部分:推测与验证
为了解决学生心中的疑问,教科书根据学生的这一问题来设计活动:先让学生们推测,同体积的浓盐水和清水轻重一样吗?盐水重还是清水重?与同体积的马铃薯比较,它们的重量相同吗?这个活动,直接把原因指向物质的密度。
怎么比较同体积的马铃薯、浓盐水与清水的轻重?
这里有两方面的问题需要解决:第一是怎样获得与马铃薯同体积的浓盐水和清水?马铃薯的体积就是它完全浸入水中排开的水量,只要测出马铃薯的体积,就可以用量筒量出同体积的浓盐水和清水;第二,体积相同的马铃薯、浓盐水和清水,它们的重量差异很小,凭手掂的感觉是不能准确地比较出来的,这又需要天平来测量。这两种测量仪器的使用要向学生们做一简单说明。
根据测量的数据进行比较,我们能发现什么?原来马铃薯比同体积的清水重,而比同体积的浓盐水轻,这就是造成马铃薯沉浮变化的原因,这也是密度的概念。如果联系前一节课的实验,马铃薯在淡盐水中没有浮起来,说明淡盐水比同体积的马铃薯要轻。
这个结论的得出,仅仅有这样的证据是不够的,还需要进一步验证。
第三部分:判断塑料块的沉浮
这部分的活动,既是进一步验证前一个活动的证据,也是巩固用同体积的物体比重量的概念,巩固密度的前概念。
教科书首先让学生进行判断,然后实际做实验进行验证。通过再一次验证,最后可以得出:马铃薯、塑料块(物体)比同体积的液体重,下沉;比同体积的液体轻,上浮。完成沉浮现象的最终解释,也是本单元的核心概念。
第四部分:沉浮原理的应用
教科书提供了三幅图和比重计的照片。在生产上,比重计一般是测量比较液体的密度的,根据比重计在液体中沉浮状况的比较,测出液体的密度,判断液体的质量。另外三幅图,展示的是各种固体、液体相互之间的沉浮关系,可以看出物质的密度不同,沉浮都不一样。在第20页右下角的烧杯中,标有汞,就是水银,“变性酒精”是一种纯酒精中掺入变性物质和有色染料的酒精,与食用酒精相区别,防止误用,它的密度为0.8克/厘米3。
第五部分:整个单元的总结
教科书提出两个关键的问题,帮助学生梳理整个单元的核心概念,促进学生关于沉浮的科学概念的构建。
学生的回答可以有不同的层次,显现出不同学生的发展水平。
希望达到的最佳水平是:物体在水中的沉浮与同体积的水的重量有关,物体比同体积的水重,下沉;比同体积的水轻,上浮。
同理,物体在液体中的沉浮与同体积的液体的重量有关,物体比同体积的液体重,下沉;比同体积的液体轻,上浮。
当然也可以用浮力和重力的关系,来描述物体的沉浮规律:物体受到的浮力大于重力,上浮;物体受到的浮力小于重力,下沉。
(四)教学建议
1.测量钩码在不同液体中受到的浮力大小。
这个活动是从前一节课的内容引入的。前一节课研究了不同液体对物体沉浮的影响,而没有涉及到不同液体对物体沉浮影响的原因分析。本课从液体产生的浮力角度进行分析,“是不是马铃薯在不同液体中受到的浮力有大小?”这是学生的推测,这个推测是有根据的,因此可以讨论,怎样用实验验证自己的推测。
因为用马铃薯做实验验证有许多不便之处,因此我们用钩码代替马铃薯。按照第6课学过的方法,分别测量钩码在清水、浓盐水、糖水和酒精中受到的浮力大小。然后把数据进行比较,验证原来的推测。
根据钩码受到的浮力大小,进一步类推马铃薯在不同的液体中受到的浮力大小情况,从而验证学生原来的推测。
在这个分组实验中,建议测量钩码在酒精中受到浮力大小的活动,只要有一个小组完成即可,这样可以节约实验材料,又不影响验证的结果。
2.推测与验证。
这个活动是为了探索“是什么原因导致马铃薯在不同的液体中受到的浮力有大小”。
(1)思考不同液体中,影响马铃薯浮力大小的原因是什么?
(2)从马铃薯和液体的重量去比较会有什么结果?比较重量的前提条件是什么?引导学生思考要在同体积的情况下比较重量。
(3)推测同体积的清水和浓盐水重量是否相同,进一步推测与同体积的马铃薯比较,重量是否相同。
(4)如果要验证我们的推测,那么怎样比较同体积的马铃薯、清水和浓盐水的轻重?
(5)用天平比较同体积的马铃薯、清水和浓盐水的轻重,得出数据,并分析结果。让学生明白“马铃薯比同体积的清水重,而比同体积的浓盐水轻,这就是造成马铃薯沉浮变化的原因”。
3.判断塑料块的沉浮。
这个活动直接承接前面一个活动的结果,实际上是应用前面实验的成果,反过来再来验证前面实验的结论。
(1)观察教科书提供的资料,判断塑料块在不同液体中的沉浮情况,并说说判断的理由。
(2)教师要提供材料,让学生进行验证。验证可以用演示实验,也可以用分组实验的方式进行。
(3)观察教科书第20页中间的2张图片,根据这些物体的沉浮关系,我们能判断这些物体的轻重吗?注意:判断轻重的前提条件是同体积。
4.沉浮原理的应用。
比重计的作用可以教师讲解为主,或者用多媒体课件配合讲解。
5.整个单元的总结。
这个活动比较重要,这是对整个单元的科学概念的梳理和总结。教学时,教师可以从简单到复杂进行梳理,从现象到本质进行梳理。可以设计一些有层次的问题进行整理:
(1)怎样用浮力和重力的关系,来解释物体的沉浮现象?
(2)不同材料构成的物体,在水中的沉浮有什么规律?
(3)石块在水中的沉浮与什么因素有关?(同体积的石块与水的轻重比较有关)
(4)木块在水中的沉浮与什么因素有关?(同体积的木块与水的轻重比较有关)
(5)物体在水中的沉浮与什么因素有关?(同体积的物体与水的轻重比较有关)
(6)物体在液体中的沉浮与什么因素有关?(同体积的物体与液体的轻重比较有关)
四、评价建议
评价应该成为单元整体和每一节课中自然产生的教学活动。平时教师的观察非常重要,要及时记录表现突出的学生,给予积极的评价,每个单元结束时,学生可以完成我评价和纸笔测验。
(一)评价要求
1.学生在课堂教学过程中,乐意以各种不同形式参与到一系列的观察研究活动中甚至获得各种观察研究活动的经历。
2.学生能在小组或班级里交流自己的观察研究发现;能获得关于物体沉浮与物体积、重量关系的认识,感受到物体沉浮与液体的关系;能解释一些简单的沉浮现象。
3.学生能按要求设计、制作出简单的小船和“潜艇”。
4.在本单元的教学过程中及单元教学结束后,学生能对相关的观察实验活动和资料信息产生更大的兴趣。如:制作浮沉子、收集各种船的图片、资料等。
(二)评价方法
1.教师观察:平时留意学生的各方面表现,记录一些典型事例,作为对学生的整体印象。
2.记录单:学生画的示意图、计划单等,收集整理,装订成册,便于检查。
3.学生作品:根据学生制作的作品和作业进行评价。
4.材料准备:希望学生自己准备一些简单的材料,从中可以看出学生的态度。
5.记载突出表现:在课堂教学和课外,学生有突出的表现,随时记录在评价本上。
6.学生的自我评价:采用问卷形式,对本单元的学习过程进行调查。
7.纸笔测验:灵活运用本单元的知识技能,不考死记硬背的文字条日。
(三)本单元可以在以下几个方面给予特别关注
1.学生掌握的科学概念是否清楚明白。
2.学生用弹簧秤测量物体的浮力是否准确熟练。
3.学生能否自制一艘小船。
4.学生观察实验中的记录数据是否完整。
5.学生能否用自己的语言准确地解释物体的沉浮规律。
6.学生的分析综合水平是否提高。[
 五、参考资料
密度
1.密度指的是某种物质的质量和它的体积的比值,即单位体积的某种物质的质量,一般用符号ρ表示,单位为千克/立方米。其数学表达式为ρ=m/V。在国际单位制中,质量的单位是千克,体积的单位是立方米,所以用1立方米物质的质量作为物质的密度。对于非均匀物质则称为“平均密度”,如地球的平均密度为5500千克/立方米。重量(G)和质量(m)之间的关系是G=mg(g=9.8牛/千克)。
2.常见物体的密度。
3.密度的应用。
密度在科学研究和生产生活中有着广泛的应用。对于鉴别未知物质,密度是一个重要的依据。例如,稀有气体氢及氖、氢、氛等就是在研究和测定氦气密度的过程中发现的。农业上在选种时可根据种子在水中的沉、浮情况进行选种:饱满健壮的种子因密度
大而下沉;瘪壳和其他杂草种子由于密度小而浮在水面。在工业生产上如淀粉的生产以
土豆为原料,一般来说含淀粉多的土豆密度较大,故通过测定土豆的密度可估计淀粉的
产量。又如,工厂在铸造金属物之前,需估计熔化多少金属,可根据模子的容积和金属
的密度算出需要的金属量。
目前常见的塑料制品粗略地可分为有毒、无毒两大类。其中有毒的如聚氯乙烯(PVC)密度为1.4g/cm3,聚苯乙烯(PS)密度为1.0~1.09g/cm3,这两种塑料的密度均大于水,不会浮在水面。而无毒的聚乙烯、聚丙烯的密度均小于水。利用不同种类塑料制品在水中的沉浮情况可以区分有毒和无毒塑料。
浮力
浮力是指流体(液体、气体、胶体等)作用于浸在流体里的物体(全部或部分)的向上托起的力。浮力起因于流体内部的压强随深度的增加而增加。如果把固体浸在液体中,固体侧面受到的压力互相平衡,下面受到的压力总大于上面受到的压力,所以它所受到的合力总是竖直向上的。
浮力的大小等于物体所排开的液体的重量,所以浮力与液体的密度有关。例如,铁块在水中是下沉的,但却能在水银中浮起。
阿基米德定律
阿基米德定律又称“阿基米德原理”。浸在流体中的物体(全部或部分)受到的浮力,其大小等于物体所排开的流体受到的重力。浮力的方向总是竖直向上,并以被排开流体体积的形心为作用点。这一定律是希腊学者阿基米德于公元前8世纪发现的,故称“阿基米德定律”。
阿基米德定律是流体力学的一条重要规律,有广泛的应用。用来测定液体密度的比重计,就是根据这一定律制成的。
漂浮
漂浮是指物体有一部分体积在液体里,另一部分体积露出液面。例如,一般树木、冰块等都属于漂浮的物体,这种物体也叫做“浮体”。浮体可以静止在液面上,也可以在液面上水平运动,例如轮船,船从河里驶入大海,船是沉下些还是浮上些?有人认为海水的密度比河水的密度大,所以船在海水中受到的浮力将比河水中受到的浮力大。此种观点是错误的。根据阿基米德定律,浮力的大小,不仅决定于液体的密度,而且还决定于物体所排开的液体的体积。因此,只有在排开相同体积的液体时,液体的密度越大,对物体产生的浮力才越大。船所排开的液体的体积是变化的,所以液体的密度大,对物体所产生的浮力不一定大。船无论是在河里,还是在海里,都是浮在液面上。根据浮体的平衡条件,河水或海水对船的浮力都应等于船的重力,又因船的重力不变,所以,河水对船的浮力等于海水对船的浮力,可见,同一浮体不论放在什么液体中,其所受浮力都等于它的重力。
浮体浸入液体里的体积与浮体重力成正比,与液体密度成反比。故同一物体在密度不同的液体里漂浮,排开液体的体积不同,浸入深度也不同。这就是比重计的原理,也是轮船在淡水里和海水里航行时吃水深度(浸入的深度)不同的原因。
悬浮
悬浮是指物体在液体中既不沉底,又不露出液面,即悬浮物体的体积全部在液体里。悬浮或静止的漂浮是一种平衡状态。悬浮条件与漂浮条件,形式上虽然相同,即F=f-
G物,但内容含义不同。悬浮的物体完全浸入液体里,这时物体所受的浮力是最大的浮力。漂浮情况,物体所受浮力,肯定不是最大的浮力。悬浮的物体,可在液体中的任何位置停留,例如鱼及潜水艇就可悬浮于水中。又如,浮沉子的重力等于浮力时,即可悬浮于水中。悬浮在液体中的物体或漂浮在液面上的物体,它们受到的浮力一定等于物体的重力。
排水量
船的大小是用排水量来表示的。是指船装满货物后排开水的重量,也就是船满载后受到水的浮力。根据物体漂浮的条件,即可得出下列公式:排水量(浮力)=船自身的重量+满载时货物的重量。
吃水线
吃水线表示轮船浸入水中的深度,在船旁用油漆画上很多水平横线,用以表示不同载重时的吃水深度。最高吃水线表示最大的安全载重量。
潜水艇
潜水艇在水中可以自由浮沉,因此它是军事上的一种重要舰艇。它可以潜入水下航行,进行作战或侦察,是根据阿基米德原理制造的。当它潜水和上浮时是靠改变它自身
的重力来实现的。潜水艇的侧面有水舱,当需要它下潜时,使水舱充水,于是艇身重力
增大,潜艇就逐渐下沉。当水舱中充入适量的水时,潜艇就能在水中任何位置上停留,
此时潜艇的重力等于浮力。当潜艇需要上浮时,可用压缩空气将水排出,当艇身的重力
减小到小于浮力时即浮出水面。
比重计
比重计是根据阿基米德定律和物体浮在液面上平衡的条件制成的,是测定液体密度的一种仪器。它用一根密闭的玻璃管,一端粗细均匀,内壁贴有刻度纸,另一头稍膨大呈泡状,泡里装有小铅粒或水银,使玻璃管能在被检测的液体中竖直的浸入到足够的深度,并能稳定地浮在液体中,也就是当它受到任何摇动时,能自动地恢复成垂直的静止位置。当比重计浮在液体中时,其本身的重量跟它排开的液体的重量相等。于是在不同的液体中浸入不同的深度,所受到的浮力相同,比重计就是利用这一关系刻度的。液体比重计的长管子上,常标有下列数字标度…0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3…当液体比重计在液体中沉至0.9的标度时,便能立刻知道所量度的液体密度为0.9。这种仪器只会沉到被其所排出之液体的重量恰好等于它自身重量的那种深度为止。因此,液体比重计在比重较轻的液体里,比在较重的液体里要下沉得更深。例如,它在酒精里,就会比在掺水的酒精里下沉得更深;在纯牛奶里比在掺水的牛奶里较浅。将比重计依次插入比重渐减的各种液体里,如硫酸(1.8),水(1.0),醚(0.717)等,则其下沉的深度逐渐加深。因此较大的比重必位于标度的下部,较小的比重则位于其上部。标度本身当然先要经过校准,并且还要依照各种液体的比重来校准,或者直接依照所测定液体的特殊性质,如酒类的酒精成分,牛奶里的脂肪成分,硫酸里的纯酸成分等等来校准。常用的比重计有两种。一种用来测量密度大于1的液体的密度,称“重表”。它的下端装的铅丸或水银多一些。这种比重计的最小刻度线是气”,它在标度线的最高处,由上而下,顺次是1.1、1.2、1.3…把这种比重计放在水里,它的大于1的标度线,全部在水面下。另一种用来测量密度小于1的液体的密度,称“轻表”。它的下部装的铅丸或水银少一些,这种比重计的最大标度线是“1”这个标度线是在最低处,由下而上顺次是0.9、0.8、0.7…把这种比重计放在水里时,它小于1的标度线全部在水面上。使用时,应注意根据液体的密度大于1还是小于1来选用比重计。目前中学课本不再讲比重而是讲密度,但在测密度时仍使用比重计,所测数值无大差异。
气体的浮力
气体的浮力与液体同理,物体在空气中时,亦失去与物体相同体积的空气重量。故物体在空气中称得的重量,并非其真正的重量,但因其所差甚小可忽略不计。不仅在空气中如此,物体在任何气体中,均受到气体的浮力。
轮船的发展过程
古代的轮船像车一样,有两个车轮似的轮子,装在船的两侧或尾部,在轮子周围装有若干桨板,用人力转动轮子,桨板不断向后拨水使船前进。所以轮船也称“车船”或“明轮船”。
自从蒸汽机出现后,就有人设想用蒸汽机带动明轮,推动船只行驶。1802年,英国人薛明敦采用瓦特改进的蒸汽机,建造了“夏洛蒂·邓达斯号”机动轮船,由于当时用的是马拉船只,机动船遭到马拉船业主的反对,只好搁置不用。这件事被在英国考察的美国科学家富尔顿知道了,他制造了类似的“克莱蒙特号”船,定期航行在纽约至奥尔巴尼之间,成了第一艘机动轮船。
机动轮船出现后,人们对瑞士科学家伯努利提出的螺旋推进器产生了极大兴趣。1836年,英国的“阿基米德号”使用了螺旋推进器,那是一个木制的长长的像螺丝钉的螺杆。开始试验时,它以每小时4海里的航速航行。突然,水中的障碍物碰断了螺杆,只剩了一小截。正当造船工程师史密斯急得不知所措时,这船却意外地加快了速度。这事启发了造船工程师们,他们把长螺杆变成短螺杆,又把短螺杆变成叶片状,于是在1845
年,制成了英国的“大不列颠号”——世界上第一艘螺旋桨推进船。
1845年,动力相当的“响尾蛇号”螺旋桨轮船和“爱里克托号”明轮船进行了竞赛。英国海军把两艘船的船尾用粗缆绳系起来,让它们各朝相反的方向驶去。“响尾蛇号”的螺旋桨飞快地旋转,“爱里克托号”的明轮猛烈地向后拨水。先是互不相让,但过了一会儿,“响尾蛇号”就把“爱里克托号”拖走了。从此,螺旋桨轮船就取代了明轮船。
航空母舰
航空母舰是最高大的军舰,舰体长度大的可达300多米,宽度从30多米到80米不等,舰体的高度从40多米到70多米。
航空母舰还以重出名,排水量小的有近2万吨,大的达9万吨。
因为舰上装有大功率的动力装置,所以跑得还挺快。一艘9万吨级的航空母舰,有30万匹马力的动力装置。一艘航空母舰等于一个庞大的武器库。有用于进攻的舰载歼击机、舰载攻击机、舰载反潜机;还有预警机、侦察机、加油机、救护机等。这些舰载飞机各有各的用途和特点,相互有机地结合成一个整体,去完成各种战斗任务。航空母舰上的电子设备有雷达、声呐、热力测向仪;有无线电台、通讯机、卫星通信系统,以及导航仪等。
航空母舰按排水量的大小分类:6万吨以上为大型,2万吨至6万吨为中型,2万吨以下为小型。航空母舰具有攻击威力大,航海性能好,抗沉性能强等优点,但也有目标大,容易遭袭击等弱点。
气垫船
气垫船主要有两种形式:全浮式和侧壁式。全浮式气垫船船底四周用柔性围裙围封,防止气垫里的空气大量外溢。全浮式气垫船一般采用空气螺旋桨推进,也有采用喷气推
进的。这种气垫船能完全离开水面行驶,也可以在陆地上、沼泽地行驶,具有良好的两
栖性能。侧壁式气垫船的两边有刚性侧壁伸入水中,首尾用柔性幕封闭,阻止气垫里的
空气溢出。这种气垫船同全浮式的相比,逐出的空气少,消耗的动力也小。一般采用水动力螺旋桨或喷气推进。但不能在陆地上行驶。
气垫船的航速很快,全浮式的可达每小时200千米,侧壁式的也可达每小时150千米。
气垫船也有缺点,如在高速航行时气垫压力不均匀,容易发生事故。在恶劣的气候条件下,难以保持完全气垫状态航行。特别是全浮式气垫船,容易受风的影响等。