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是浮還是沉
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力與壓力(第四冊第六章)
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壓力與浮力
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45分鐘
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林宣安老師
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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
- 時間 教學活動流程 教學資源
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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？ -
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？
