9.2 阿基米德原理 教学设计（表格版）-2025-2026学年北师大版（北京）（2024）物理八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦阿基米德原理核心知识，通过“东方红3”科考船排水量情境导入，衔接浮力产生原因旧知，引导学生从现象探究浮力大小决定因素，构建从感性到理性的学习支架。 以真实情境驱动探究，融合科学思维（公式推导、模型建构）与科学探究（分组实验验证），结合阿基米德故事渗透科学态度，突破“排开液体体积”理解难点，分层作业设计适配不同学情，助力教师高效教学，提升学生物理观念与探究能力。

《第九章 浮力：2 阿基米德原理》教案 学科 初中物理 年级册别 八年级全册 共1课时 教材 北师大版（北京） 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本节内容选自第九章“浮力”第二节，是学生在学习了浮力现象和浮力产生原因的基础上，进一步探究浮力大小的决定因素。阿基米德原理作为流体静力学的核心规律之一，具有承上启下的关键作用，不仅深化了学生对浮力本质的理解，也为后续学习轮船、潜水艇、气球等浮沉现象奠定理论基础。教材通过“东方红3”科考船引入排水量概念，结合实验探究与公式推导，引导学生从现象到本质，建立“浮力=排开液体重力”的定量关系，体现了物理学科从定性到定量的认知逻辑。 学情分析 学生已具备初步的观察力、动手能力和逻辑思维能力，对生活中的浮沉现象有直观感受，如木块漂浮、铁块下沉等。但对浮力大小如何确定缺乏系统认知，常误认为浮力与物体密度、体积或浸入深度直接相关。部分学生尚未建立起“排开液体质量”与“浮力大小”的等价关系，容易混淆浮力与重力、压力之间的关系。同时，学生对抽象的“排开液体体积”概念理解困难，尤其在非规则物体情境中易产生认知偏差。因此，教学需借助可视化实验、类比推理与真实情境任务，帮助学生突破思维障碍，实现从感性认识到理性建构的跃迁。 课时教学目标 物理观念 1. 能说出阿基米德原理的内容，并能用公式表达浮力与排开液体重力的关系： F浮 = G排液 = ρ液gV排液。 2. 能解释“排水量”作为衡量轮船大小指标的科学依据，理解其与浮力的等价性。 科学思维 1. 能通过对比正方体上下表面压强差，推理出浮力产生的根本原因，发展逆向思维与因果推理能力。 2. 能设计并实施验证阿基米德原理的实验方案，运用控制变量法与等效替代法进行科学探究。 科学探究 1. 能根据实验器材自主设计实验步骤，合理安排测量顺序，确保数据准确可靠。 2. 能在实验过程中观察现象、记录数据、分析误差来源，并提出改进建议。 科学态度与责任 1. 能体会阿基米德发现原理的历史背景，感悟科学家善于观察、勇于创新的精神品质。 2. 能关注浮力在现代科技（如科考船、热气球）中的应用，增强科技报国的责任意识。 教学重点、难点 重点 1. 理解并掌握阿基米德原理的表述及其数学表达式：F浮 = ρ液gV排液。 2. 掌握利用溢水杯收集排开液体并测量其重力的方法，能完成验证性实验。 难点 1. 理解“排开液体体积”并非物体体积，而是浸入部分所对应的液体体积，尤其对不规则物体难以直观判断。 2. 建立“浮力大小等于排开液体重力”的等价关系，克服“浮力取决于物体重力”或“深度影响浮力”的错误认知。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、合作探究法、讲授法、实验演示法 教具准备 弹簧测力计、金属块、溢水杯、小桶、细线、烧杯、水、量筒、电子秤、投影仪、多媒体课件 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入，激发探究欲望 【5分钟】 一、以“东方红3”科考船引出核心问题 （一）、创设真实情境 1. 教师使用投影仪播放“东方红3”科考船，配以解说词：“这是我国自主研发的新一代深远海综合科学考察实习船，排水量达万吨级，是我国首艘获得静音科考级认证的大型海洋科研平台。” 2. 提问引导：同学们，你们知道‘排水量’是什么意思吗？为什么我们要用‘排水量’来衡量一艘轮船的大小，而不是用它的长度或重量呢？ 3. 引导学生思考：当船漂浮在海面上时，它受到哪些力的作用？这些力之间有何关系？ 4. 追问：如果把这艘船想象成一个巨大的‘浮起来的铁块’，那么它能浮起来的关键在于什么？是不是因为它轻？还是因为它排开了大量的水？ 5. 板书课题：第九章 浮力 第2节 阿基米德原理——“谁在托起万吨巨轮？” 二、回顾旧知，揭示矛盾冲突 （一）、提问复习：浮力是如何产生的？ 1. 回顾上节课知识：请一位同学描述“浮力产生的原因”。 2. 教师出示正方体浸没在液体中，引导学生分析受力情况： - 左右两侧面：压强相等，方向相反，合力为零。 - 前后面：同理，合力为零。 - 上下两表面：由于深度不同，压强不同，下表面压强大于上表面，故存在向上的净压力。 3. 强调结论：正是这个向上的净压力，就是我们所说的浮力。 4. 提出新问题：既然浮力是由液体对物体上下表面的压力差产生的，那浮力的大小究竟与哪些因素有关？能不能用一个公式来表示它？ 1. 观看图片，聆听介绍，思考“排水量”的含义。 2. 举手回答：“排水量可能是船排开水的质量。” 3. 尝试解释：船之所以能浮，是因为它排开了足够多的水，产生了足够的浮力来平衡自身重力。 4. 回忆并复述浮力产生的原因： “因为液体内部压强随深度增加，所以下表面受到的压强大于上表面，从而产生向上的压力差。” 5. 产生好奇：浮力到底有多大？有没有办法算出来？ 评价任务 排水量理解：☆☆☆ 浮力成因复述：☆☆☆ 问题提出：☆☆☆ 设计意图 通过国家重大科技成果“东方红3”科考船切入，将抽象物理概念置于真实世界背景下，激发学生的民族自豪感与学习兴趣；以“排水量为何重要”为驱动性问题，制造认知冲突，引发深度思考；通过图文结合的方式唤醒学生已有知识，自然过渡到本节课核心议题——浮力大小的决定因素，实现从“感知现象”到“追问本质”的思维跃迁。 探究新知，构建原理模型 【18分钟】 一、基于受力分析，推导浮力公式 （一）、分组讨论：分析正方体受力，计算浮力大小 1. 教师分发小组学习单，要求学生标注： - h₁：上表面深度， - h₂：下表面深度， - S：正方体底面积， - F₁：上表面所受压力，方向向下， - F₂：下表面所受压力，方向向上。 2. 引导学生回忆液体压强公式：p = ρgh，进而推出： F₁ = p₁S = ρ液gh₁S， F₂ = p₂S = ρ液gh₂S。 3. 指导学生计算浮力： F浮 = F₂ - F₁ = ρ液g(h₂ - h₁)S。 4. 提问：(h₂ - h₁)S 表示什么？ → 学生回答：是正方体浸没部分的体积，即排开液体的体积 V排液。 5. 得出最终结论： F浮 = ρ液gV排液。 6. 教师强调：此即阿基米德原理的数学表达形式，它表明浮力只与液体密度和排开体积有关，与物体形状、密度、浸入深度无关。 二、讲述历史故事，深化科学理解 （一）、播放微视频：阿基米德与王冠之谜 1. 教师播放一段3分钟的动画短片，讲述古希腊科学家阿基米德如何在洗澡时发现“身体进入水中导致水溢出”，由此想到用排水法测定王冠体积，成功揭穿金匠造假。 2. 提问互动： - 为什么洗澡时水会溢出来？ - 阿基米德是怎么想到用排水法来解决问题的？ - 他发现的规律是什么？ 3. 教师总结：阿基米德发现，物体浸入液体中排开的液体体积，等于物体自身的体积；而浮力大小，等于排开液体所受的重力。这就是著名的阿基米德原理。 4. 板书原理原文： “浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力。” 1. 小组合作，在图上标注各物理量，完成受力分析。 2. 根据教师提示，逐步推导出：F浮 = ρ液g(h₂ - h₁)S。 3. 思考并回答：(h₂ - h₁)S 是排开液体的体积。 4. 记录公式：F浮 = ρ液gV排液。 5. 听讲并思考：为什么说这个公式说明浮力与物体本身无关？ 6. 了解阿基米德发现原理的故事，体会科学源于生活、源于观察。 评价任务 公式推导正确：☆☆☆ 历史理解到位：☆☆☆ 原理表述完整：☆☆☆ 设计意图 采用“从具体到抽象”的教学路径，先通过受力分析建立数学模型，再由模型提炼出物理规律，培养学生从微观受力出发进行宏观推理的能力；结合历史典故，赋予科学原理人文温度，帮助学生理解“科学发现往往源于日常观察”，提升科学素养；通过小组协作与师生互动，强化对“浮力仅与ρ液、V排液有关”的深刻认知，有效突破“浮力与物体重力相关”等常见误区。 实验验证，深化规律认识 【12分钟】 一、设计实验方案，明确操作流程 （一）、提出任务：如何验证阿基米德原理？ 1. 教师展示实验器材：弹簧测力计、金属块、溢水杯、小桶、细线、烧杯、水。 2. 分组任务：每4人一组，围绕两个核心问题展开讨论： ① 如何测量金属块在水中所受的浮力？ → 引导学生回忆：浮力 = 重力 - 拉力（即空气中读数减去水中读数）。 ② 如何收集并测量排开液体的重力？ → 引导学生思考：必须使用溢水杯，让物体浸入时，溢出的水正好流入小桶，然后称量小桶+水总重，再减去空桶重，得到排开水重。 3. 教师提供实验设计模板，指导学生填写： - 实验目的：验证阿基米德原理。 - 实验步骤： a. 用弹簧测力计测出金属块在空气中的重力G； b. 将溢水杯装满水，使水面刚好与溢水口齐平； c. 用细线悬挂金属块，缓慢浸入水中，直至完全浸没； d. 收集溢出的水于小桶中； e. 用弹簧测力计测出金属块在水中时的拉力F； f. 用电子秤测出小桶和溢出水的总重G总； g. 测出空桶重G空，计算排开水重G排 = G总 - G空； h. 比较F浮与G排是否相等。 4. 强调注意事项： - 溢水杯必须装满水，避免未满导致溢出量不准； - 物体不能触碰杯底或杯壁； - 必须待水停止流动后再读数。 二、开展实验操作，记录数据分析 （一）、分组实验，教师巡视指导 1. 学生按步骤操作，教师巡回指导，重点关注： - 溢水杯是否装满？ - 金属块是否完全浸没？ - 数据记录是否规范？ - 是否出现明显误差？ 2. 指导学生将数据填入表 3. 鼓励学生换用不同物体（如石块、塑料块）或不同液体（如盐水）重复实验，观察结果是否一致。 1. 小组讨论，制定实验方案，明确分工：一人负责读数，一人记录，一人操作，一人监督。 2. 完成实验设计表格，确认每一步操作的可行性。 3. 动手实验，严格按照步骤操作，注意细节。 4. 准确记录各项数据，计算浮力与排开水重，并进行比较。 评价任务 方案合理：☆☆☆ 操作规范：☆☆☆ 数据准确：☆☆☆ 设计意图 通过“做中学”让学生亲身经历科学探究全过程，培养严谨的实验态度和数据处理能力；设置“换用不同物体和液体”的拓展任务，引导学生从特殊走向一般，验证原理的普适性；通过小组合作，促进交流与协作，提升团队意识；实验后的数据分析环节，帮助学生建立“实证意识”，理解科学结论必须建立在可重复的实验基础上。 迁移应用，解决实际问题 【7分钟】 一、应用原理，解答实践问题 （一）、解读“东方红3”科考船的排水量 1. 教师展示问题：“某科考船设计吨位为5602吨，空船排水量为1680吨。求该船满载时所受浮力。” 2. 引导学生分析： - “吨位” = 满载排水量 - 空船排水量 = 5602 t - 满载排水量 = 5602 + 1680 = 7282 吨 = 7.282 × 10⁶ kg - 根据阿基米德原理：F浮 = G排 = m排g = 7.282×10⁶ × 10 = 7.282×10⁷ N 3. 板书解答过程，强调单位换算与科学记数法。 二、拓展思考：人体在空气中也受浮力？ （一）、提出挑战性问题 1. 教师提问：“每个人在空气中都会受到浮力作用，但为什么我们感觉不到呢？” 2. 给出条件：某同学排开空气体积为0.07 m³，空气密度ρ空 = 1.29 kg/m³，g = 10 N/kg。 3. 引导学生计算： F浮 = ρ空gV排 = 1.29 × 10 × 0.07 = 0.903 N G人 ≈ ρ水gV = 1000 × 10 × 0.07 = 700 N 4. 结论：浮力仅为0.903 N，远小于人的重力（约700 N），因此几乎无法感知。 5. 强调：浮力虽存在，但微弱到可忽略，只有在密度差异大或体积大的物体（如气球）中才显著。 1. 理清题意，理解“吨位”与“排水量”的关系。 2. 逐步演算，得出满载浮力为7.282×10⁷ N。 3. 思考：为什么人在空气中感觉不到浮力？ 4. 动手计算浮力与重力，发现浮力极小，从而理解“感知不到”的原因。 评价任务 计算正确：☆☆☆ 解释合理：☆☆☆ 联系生活：☆☆☆ 设计意图 将抽象原理应用于真实工程案例，提升学生解决现实问题的能力；通过“人体浮力”这一反常识问题，打破“浮力只存在于水中”的固有印象，拓展认知边界；引导学生进行数量级比较，培养估算与批判性思维，真正实现“从物理走向生活”。 课堂小结，升华科学精神 【3分钟】 一、梳理知识体系，形成结构化认知 （一）、引导学生回顾本课核心内容 1. 教师提问：“今天我们学到了什么最重要的规律？” 2. 学生回答后，教师板书知识树： - 浮力产生原因：液体压强差 → 向上压力大于向下压力。 - 阿基米德原理：F浮 = G排液 = ρ液gV排液。 - 应用：轮船排水量 = 浮力大小；气球升空靠空气浮力。 二、致敬科学家，传承科学精神 （一）、总结阿基米德的伟大贡献 1. 教师深情总结： “阿基米德不是坐在实验室里发明原理的，他是从澡盆里的一次偶然发现开始，用智慧照亮了人类对自然的认知。他的故事告诉我们：科学就在生活中，只要用心观察，人人皆可成为探索者。” 2. 布置一句寄语：“愿你们像阿基米德一样，永远保持好奇，永远相信观察的力量。” 1. 回答问题，复述阿基米德原理及其实验验证过程。 2. 在教师引导下构建知识框架，完成思维导图。 3. 听讲并铭记：科学源于生活，源于思考，源于坚持。 评价任务 知识整合：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆ 语言表达：☆☆☆ 设计意图 通过结构化小结，帮助学生将零散知识点系统化、网络化，形成清晰的知识图谱；通过情感升华，将科学教育与价值观教育融合，激发学生的科学志向与社会责任感，落实“立德树人”根本任务。 作业设计 一、基础巩固 1. 请写出阿基米德原理的文字表述和公式表达。 2. 一个体积为500 cm³的金属块完全浸没在水中，求它受到的浮力大小。（ρ水=1.0×10³kg/m³，g=10N/kg） 3. 一艘轮船的排水量为2×10⁴吨，它满载时受到的浮力是多少牛顿？ 二、综合应用 4. 某同学在做“验证阿基米德原理”实验时，发现测得的浮力略大于排开液体重力，请分析可能的原因有哪些？（至少写出三点） 5. 一根长10m、横截面积为0.01m²的铁柱竖直放入水中，求其下端距离水面5m时受到的浮力。（假设铁柱完全浸没） 三、拓展探究 6. 阅读材料：热气球上升的原理是利用空气对它的浮力。若一个热气球的体积为2000m³，内部空气温度升高，密度降低至0.8kg/m³，外部空气密度为1.29kg/m³，求该热气球受到的浮力。若气球总重为10000N，能否起飞？请说明理由。 7. 请你设计一个实验，利用家中常见物品（如脸盆、塑料瓶、小石子、秤等），验证“物体所受浮力等于排开液体重力”这一规律，并简要写出实验步骤。 【答案解析】 一、基础巩固 1. 阿基米德原理：浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。公式：F浮 = ρ液gV排液。 2. V = 500 cm³ = 5×10⁻⁴ m³，F浮 = 1.0×10³ × 10 × 5×10⁻⁴ = 5 N。 3. m排 = 2×10⁴ t = 2×10⁷ kg，F浮 = 2×10⁷ × 10 = 2×10⁸ N。 二、综合应用 4. 可能原因：① 溢水杯未装满，溢出水量偏少；② 物体未完全浸没；③ 读数时视线未水平；④ 水中有气泡附着在物体表面；⑤ 小桶未干燥，含水。 5. V = 10 × 0.01 = 0.1 m³，F浮 = 1.0×10³ × 10 × 0.1 = 1000 N。 三、拓展探究 6. F浮 = ρ外gV = 1.29 × 10 × 2000 = 25800 N > 10000 N，能起飞。 7. 答案示例：① 用脸盆盛水至边缘；② 将小石子放入水中，收集溢出水；③ 用秤称空桶重和桶+水重，差值即排开水重；④ 用弹簧测力计测石子在空气中重力和水中拉力，差值为浮力；⑤ 比较两者是否相等。 板书设计 第九章 浮力 第2节 阿基米德原理 ---------------------------------------- 【情境导入】 “东方红3”科考船——排水量 = 浮力大小？ 【核心原理】 F浮 = G排液 = ρ液gV排液 ↑ ↑ ↑ 浮力 排开液体重力 液体密度、排开体积 【实验验证】 ① 测 G、F → F浮=G-F ② 收排开水 → 称 G总、G空 → G排=G总-G空 ③ 比较：是否相等？ 【应用拓展】 → 轮船：排水量 = 浮力 → 气球：空气浮力 → 升空 → 人体：浮力极小，不可感知 【科学精神】 “观察生活，点燃科学之光”——阿基米德 教学反思 成功之处 1. 以“东方红3”科考船为真实情境主线，贯穿全课，极大提升了学生的学习兴趣与代入感。 2. 实验环节设计科学，学生参与度高，数据一致性良好，验证效果显著。 3. 通过“人体浮力”等反常识问题，有效打破了学生对浮力的片面认知，实现了思维进阶。 不足之处 1. 部分学生在实验操作中仍存在“溢水杯未装满”“读数不及时”等问题，需加强实验规范训练。 2. 对“排开液体体积”的理解仍有个别学生模糊，尤其是不规则物体，后续需补充更多实例。 3. 课堂时间分配略显紧张，最后拓展环节学生发言较少，建议压缩讲解时间，增加互动。 学科网（北京）股份有限公司 $