2021-2022学年度沪科版八年级物理下册教案 第9章 第2节 阿基米德原理

第2节　阿基米德原理
教学目标
【知识与技能】
1．通过实验探究知道影响浮力大小的因素．
2．理解阿基米德原理，会用阿基米德原理计算浮力大小．
【过程与方法】
1．经历科学探究浮力大小的过程，培养探究意识，提高科学探究能力．
2．培养学生的观察、分析、概括能力，发展学生处理信息的能力．
3．经历探究阿基米德原理的实验过程，进一步练习使用弹簧测力计测浮力．
【情感、态度与价值观】
1．通过实验探究，培养学生尊重科学、实事求是的科学态度．
2．在解决问题的过程中，有克服困难的信心和决心，能体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦．
3．通过运用阿基米德原理解决实际问题，意识到物理与生活的密切联系．
重点难点
【重点】
1．知道浮力的大小与哪些因素有关．
2．阿基米德原理的实验探究及其应用．
【难点】
实验探究浮力与排开液体重力的关系，正确理解阿基米德原理的内容．
教学过程
知识点一　浮力的大小与哪些因素有关
【自主学习】
阅读课本P172－173，完成以下问题：
物体在液体中所受的浮力大小不仅与液体的密度有关，还与物体排开液体的体积有关，而与浸没在液体中的深度无关．
【合作探究】
探究一　浮力的大小与哪些因素有关
1．实验目的：探究影响浮力大小的因素.
2．实验猜想
(1)猜想一：液体对物体产生浮力，浮力的大小可能与液体的密度有关，故猜想浮力可能与液体的密度有关.
(2)猜想二：浮力是在液体中产生的，不同深度，液体压强不同，浮力也可能不同，故猜想浮力可能与物体浸入液体中的深度有关.
3．实验器材：相同的试管(口径比鸡蛋大点)、相同的烧杯各两个，鸡蛋，弹簧测力计，圆柱形铁块，小石块，清水，盐，细线等.
4．实验方法：控制变量法.
5．设计并进行实验
(1)设计实验验证猜想一：浮力的大小可能与液体的密度有关．
如图所示，把鸡蛋放入清水中，然后逐渐加盐，改变液体的密度，直至鸡蛋上浮至液面．此实验证明了第一个猜想．
结论：浮力的大小跟液体的密度有关．
(2)设计实验验证猜想二：浮力的大小可能与物体浸没在液体的深度有关．
实验一
结论：浮力的大小跟物体排开液体的体积有关.
实验二
甲　　　乙
在如图乙所示的实验中，同一物体完全浸没液体中时，改变物体在液体中的深度，观察弹簧测力计示数的变化．
结论：浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度无关．
6．整理实验器材．
7．分析与论证：物体在液体中所受的浮力大小不仅与液体的密度有关，还与物体排开液体的体积有关，而与浸没在液体中的深度无关．浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大.
【教师点拨】
注意：物体浸没在液体中的深度改变时，上、下表面的压力差不变，浮力不变.
【跟进训练】
1．绳子的下端系着一个铁块，当铁块浸没在水中后剪断绳子，铁块下沉的过程中它受到的浮力将(　C　)
A．逐渐变大　 B．逐渐变小
C．保持不变　 D．变为零
2．将一个体育测试用的实心球和一个乒乓球同时没入水中．放手后发现：实心球沉入水底，而乒乓球浮出水面，如图所示，比较实心球和乒乓球没入水中时受到的浮力大小．则(　A　)
A．实心球受到的浮力大 B．它们受到的浮力一样大
C．乒乓球受到的浮力大 D．不能确定
知识点二　阿基米德原理
【自主学习】
阅读课本P173－175，完成以下问题：
浸入液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开的液体所受重力的大小．用公式表示就是F浮＝G排.这就是阿基米德原理．
【合作探究】
演示　阿基米德的故事给我们的启发
1．阿基米德的故事，给了我们很大的启示．我们知道，物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，它受到的浮力就越大．现在我们用“物体排开液体的体积”取代“浸在液体中物体的体积”来陈述这个结论，就是：物体排开液体的体积越大、液体的密度越大，它所受的浮力就越大.
2．想想做做
如图所示，将易拉罐按入装满水的烧杯中，感受浮力与排开的液体的关系．
3．物体的体积与密度的乘积等于物体的质量．浮力大小跟它排开的液体的体积和液体的密度有关．排开的液体中的体积越大、液体的密度越大，排开的液体的质量也越大，而液体的重力大小跟它的质量成正比．因此，我们可以猜想：浮力的大小跟排开液体的重力有关.
探究二　浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
1．实验目的：探究浮力与物体排开液体重力的定量关系.
2．实验方法：排液法.
3．实验器材：弹簧测力计，溢水杯，空杯子，石块，水，细线等.
4．进行实验
(1)如图甲所示，先用弹簧测力计分别测出石块和空杯所受的重力．
(2)如图乙所示，把石块浸没在水面恰好与溢口相平的溢水杯中，用空杯接从溢水杯里被石块排开的水，读出此时弹簧测力计的示数．
(3)如图丙所示，用弹簧测力计测出接了水后杯子和水的总重力．
(4)测量数据填入实验数据表格：
次数 1 2 3
石块的重力G石/N
石块在水中测力计示数F/N
浮力F浮/N
杯、水的总重G总/N
空杯重G杯/N
排开水所受的重力G排/N
注意：用不同物体、不同液体多做几次实验.
5．整理实验器材．
6．分析数据得出结论：浮力的大小等于物体排开液体所受重力的大小.
知识拓展　对阿基米德原理的进一步理解
1．关于阿基米德原理的讨论．
(1)物理公式：F浮＝G排＝m排g＝ρ液gV排.G排是指物体排开液体所受的重力；ρ液是指液体的密度；V排是指物体排开的液体的体积.
(2)公式F浮＝ρ液gV排表明，浮力大小只和ρ液、V排有关，浮力大小与物体的形状、密度、浸没在液体中的深度及物体在液体中是否运动等因素无关.
2．对阿基米德原理的理解
(1)如图所示，物体“浸在液体里”包括“全部浸入(即浸没)”和“部分浸入”两种情况．
不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力．对于同一物体而言，浸没时受到的浮力大，部分浸入时受到的浮力小，而且浸入的体积越小，所受的浮力也越小.
(2)浸没时：V排＝V浸＝V物，此时物体所受的浮力等于排开液体的重力，即F浮＝G液＝ρ液gV排＝ρ液gV浸＝ρ液gV物．
部分浸入时：V排＝V浸(3)同一物体浸没在不同的液体中时，由于液体的密度不同，所受的浮力也不同.根据公式F浮＝ρ液gV排，浸没时，V排＝V物，当ρ液不同时，浮力也随之变化．
例题　一个体积为300 cm3的物体浮在水面上，它的体积露出水面，它受的浮力是多少？(g取10 N/kg)
解答　根据阿基米德原理知F浮＝G排液＝ρ液gV排．据题意V排＝V，F浮＝ρ液gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10－4 m3＝1 N.
【教师点拨】
1．用同一个物体进行实验时，多测量几次的目的是减小误差.
2．本实验要更换物体或液体，进行多次测量，目的是使实验结论更具有普遍性.
3．若溢水杯没有装满水，会导致排到小桶内的水的质量小于物体排开的水的质量，最终得到物体受到的浮力大于溢出的水所受的重力的错误结论．
4．物体的体积与排开液体的体积是不同的．当物体浸没在液体中时，物体的体积等于它排开的液体的体积；当物体没有浸没时，物体的体积大于它排开的液体的体积．
5．阿基米德原理的公式适用于求液体和气体中物体所受浮力的情况．
【跟进训练】
1．如图所示，悬吊的实心金属球缓慢浸没于倾斜的盛满水的大烧杯中，最终沉到底部，则从大烧杯溢出流入小烧杯中的水和此金属球的关系是(　C　)
A．两者体积相等，小烧杯中水的质量较小
B．两者体积相等，小烧杯中水的质量较大
C．金属球受到的浮力等于小烧杯中水的重力
D．金属球受到的浮力大于小烧杯中水的重力
2．某实验小组在探究“浮力大小跟排开液体所受重力的关系”时，做了如图所示的四次测量，弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3和F4，则(　B　)
A．F浮＝F1－F2　 B．F浮＝F4－F1
C．F浮＝F2－F3　 D．F浮＝F2－F4
3．铁块的体积是100 cm3，全部浸入水中时，排开水的体积是100 cm3，排开的水重是1 N，受到的浮力是1 N．如果将它全部浸入酒精中，受到的浮力是1 N．(g取10 N/kg)
4．在空气中用弹簧测力计测得某石块重5 N；浸没在水中称量，弹簧测力计的示数为2 N，求该石块的密度．(g取10 N/kg)
解：浮力F浮＝G－F＝5 N－2 N＝3 N，石块的体积V石＝V排＝＝＝3×10－4 m3，石块的密度ρ石＝＝＝＝1.33×103 kg/m3.
课堂小结
1．物体在液体中所受的浮力大小不仅与液体的密度有关，还与物体排开液体的体积有关，而与浸没在液体中的深度无关．
2．阿基米德原理
(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．
(2)用公式表示为F浮＝G排＝m排g＝ρ液gV排．
练习设计
完成本课对应训练．
温馨提示：实验视频见课件．