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物理應用
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  • 是浮還是沉
  • 力與壓力(第四冊第六章)
  • 壓力與浮力
  • 45分鐘
  • 林宣安老師
  • 一、 學生藉操作中理解在液體中,深度愈深,壓力越大。
    二、 讓學生藉實驗中感受浮力的大小與液面下體積和液體密度有關。
    三、 學生能從操作中了解物體密度小於液體密度時,物體能浮起來,反之則會沉下去。
  • 透明塑膠管(長約60cm、直徑4cm)、塑膠瓦楞板x2(20cm x 10cm)、2吋氣球(水球)、鐵製墊片(內徑0.5cm、外徑1.3cm)、錫線、水、磁鐵、熱熔膠、剪刀
  • 檔案下載
    教案-是浮還是沉.pdf | 是浮還是沉PPT.pdf |
  • 時間 教學活動流程 教學資源
  • 5分鐘
    一、 生活連結與預測
    1. 是否有在游泳池內,將浮板壓入水底的經驗呢?浮板會發生什麼情況?
    2. 詢問學生可否利用水來判斷雞蛋的新鮮程度?
    3. 詢問學生知不知道潛水艇是如何上升或是下沉的?
  • 25分鐘
    二、 操作與觀察
    1. 依操作步驟進行安裝與實驗。
    2. 教學提示:
    (1) 熱熔膠需加熱至溫度夠高時再使用,效果較佳。
    (2) 氣球內勿留存太多空氣,以免需綁過多錫線調整。
    (3) 氣球放入水中後,在水中能呈現剛好滅頂的狀態。
    (4) 兩片瓦楞板黏合時,將條紋方向垂直可增加強度。
    (5) 以熱熔膠緊密黏合塑膠管與瓦楞板時,熱熔膠繞圈堆積後,需再上下翻動塑形,使接縫處儘量形成錐狀,以達到水密效果。亦可使用6號水塞(直徑約3.7cm)直接塞住透明塑膠管一端,達到水密效果。
    (6) 可修剪錫線長度以微調氣球組的整體重量,再重複實驗,觀察氣球組的浮沉狀態。
    3. 延伸實驗:
    (1) 在水底產生氣泡,氣泡往水面上升的過程中,速度與氣泡體積是如何變化的?
    (2) 可將上述實驗器材中的水改成飽和食鹽水,觀察結果是否有所不同?
    (3) 若沒有將氣球綁起來,把氣球下方用鐵絲或是錫線穿過後懸掛墊片,並重複相同的實驗,觀察會有何不同?
    影片觀賞
  • 5分鐘
    三、 原理說明
    1. 阿幾米德原理:浮力等於物體排開的液體的重量。也等於物體在液面下的體積×液體密度。
    2. 密閉空間中的氣體,體積與壓力成反比。以氣球為例,若是外界壓力大,則氣球的體積會縮小,讓內部壓力變大,才能與外界壓力平衡;若是外界壓力變小,則氣球的體積會變大。
    3. 液體的壓力與液體的深度與密度有關,深度越深,液體的密度越大,壓力也越大。
    4. 將氣球的體積調整到放在水面時只露出水面極小的體積。當以磁鐵吸引墊片和氣球下移的深度較少時,氣球受壓增加造成體積的減少及浮力的減少極微小,浮力仍大於重量,故仍然能夠上浮。
    5. 氣球下移越深,浮力減少越多,若浮力小於重量,墊片和氣球將持續下沉到底。

    浮在水面時,浮力等於重量。在水面下較深處水壓較大,氣球體積變小,所受浮力也變小。若浮力小於重量,物體就會持續下沉到底。
  • 10分鐘
    四、 問題與討論
    1. 氣球組為什麼一開始會浮起來?
    解答:氣球(含氣球內的空氣)和墊片整體的平均密度小於水的密度,所以氣球和墊片會浮起來,若氣球和墊片為浮體,則此時所受的浮力等於氣球和墊片的重量。
    2. 氣球組被磁鐵往下拉的時候,所受的水壓如何變化?
    解答:氣球組被磁鐵往下拉的時候,水深越來越深,水壓就越來越大。
    3. 氣球組被磁鐵拉入水中後,放開時,若氣球組浮起來,則氣球組的所受浮力與物重的關係為何?
    解答:氣球組被磁鐵往下拉,放開時,若氣球組浮起來,表示磁鐵放開當時,氣球組所受的浮力大於氣球組的重量,導致氣球向上浮起。
    4. 氣球組被磁鐵拉入水中後,放開時,若氣球組沉下去,則氣球組所受浮力與物重的關係為何?
    解答:氣球組被磁鐵往下拉,放開時,若氣球組沉下去,表示磁鐵放開當時,氣球組所受的浮力小於氣球組的重量,導致氣球向下沉。
    5. 為什麼氣球組被拉入水中越深,會愈浮不起來?
    解答:因為氣球組被拉入的水深越深,所受的水壓越大,使氣球所受的壓力較大。根據波以耳定律,氣體所受壓力變大,則體積縮小。氣球的體積因此變小,氣球排開液體的體積也跟著變小,導致氣球組所受的浮力變小,若小於氣球和墊片的重量,則放開磁鐵後,氣球就會下沉。
    6. 延伸討論:在不拿工具直接進入水中撈取,也不把水倒出(影片中)容器的條件下,有何有效的方法使已沉在容器底部的氣球再次浮在水面上?
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