本方案以“浸入—排液—受力”为主线,把阿基米德原理抽象公式转化为可视的水面变化、排开液体体积和力的箭头。学生通过调节物体体积、密度、液体密度和浸入深度,即时看到浮力、视重和浮沉状态的变化。挑战任务从定性观察浮沉,到定量探究浮力与排开液体体积的关系,再到应用称重法和探索悬浮条件,难度逐步递进,帮助初中生建构完整的阿基米德原理概念。
阿基米德原理:F浮 = G排 = ρ液·g·V排
称重法:F浮 = G − F视(F视为浸入后弹簧测力计示数)
浮沉条件:ρ物<ρ液 上浮,ρ物=ρ液 悬浮,ρ物>ρ液 下沉
· 浮力只由液体密度 ρ液 和排开液体体积 V排 决定,与物体密度、浸没后深度无关。
· 漂浮时 F浮 = G,物体排开液体的重力等于自身重力。
· 单位换算:1 g/cm³ = 1000 kg/m³,1 dm³ = 0.001 m³,故 ρ(g/cm³)×V(dm³) 恰为千克数,×g(10) 即得牛顿