2021-2022学年度教科版八年级物理下册教案 第10章 第3节 科学探究：浮力的大小 第2课时

第二课时　阿基米德原理
教学目标
【知识与技能】
1．理解阿基米德原理．
2．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．通过阿基米德原理的探究活动，体会科学探究的乐趣．
2．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】
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　阿基米德原理
【自主学习】
阅读课本P62－64，完成以下问题：
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．用公式表示就是F浮＝G排．这就是阿基米德原理．
【合作探究】
演示一　关于阿基米德的故事
相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠．但是在做好后，国王疑心工匠做的金冠并非纯金，工匠私吞了黄金，但又不能破坏王冠，而这顶金冠确又与当初交给金匠的纯金一样重．这个问题难倒了国王和诸位大臣．经一大臣建议，国王请来阿基米德检验皇冠．
最初阿基米德对这个问题无计可施．有一天，他在家洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，突然想到可以用测定固体在水中排水量的办法，来确定金冠的体积．于是，阿基米德进行实验，发现王冠里果然掺进了其他金属．
演示二　阿基米德的故事给我们的启发
1．阿基米德检验皇冠真假的故事，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
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．
实验　探究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，小桶，大小不同的物体，细线等．
4．进行实验
测量数据填入实验数据表格：
次数 物体的重力G物/N 物体在液体中弹簧测力计示数F′/N 浮力F浮/N 小桶和排液的总重G总/N 小桶的重力G桶/N 排开液体的重力G排/N
1 2.15 1.35 0.80 1.10 0.3 0.80
2 2.15 1.60 0.55 0.85 0.3 0.55
3 2.15 1.80 0.35 0.65 0.3 0.35
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的重力．
实验中的注意事项：
(1)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．
(2)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．
(3)必须保证物体排开的水全部流入小桶中，才能使物体所受的浮力等于溢出的水所受的重力．
(4)将物体浸入烧杯内的水里时，手不要晃动，直至水不再溢出为止．为了使实验数据更精确，最好把弹簧测力计固定在铁架台上．
对阿基米德原理的拓展延伸
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)①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．②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排可知，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，它受的浮力是多大？(g取10 N/kg)
解答　据题意可知V排＝V，根据阿基米德原理F浮＝G排液＝ρ液gV排可知，F浮＝ρ液gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10－4m3＝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．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．
3．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．
4．计算浮力大小的几种方法
浮力的计算是力学中的重要知识和考点，计算浮力最常用的是以下四种方法．
(1)称重法：F浮＝G－F示．用弹簧测力计分别测出物体在空气和液体中的重，两次的示数之差即为物体所受到的浮力．其中G为物体在空气中时弹簧测力计的示数(即物体的重力)，F示为物体浸在液体中时弹簧测力计的示数．
(2)阿基米德原理法：F浮＝G排＝m排g＝ρ液gV排．浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于被物体排开的液体所受的重力．
(3)平衡法：F浮＝G物．当物体浸在液体中时，如果处于漂浮或悬浮状态，则物体所受的浮力等于自身的重力．(下节将学到)
(4)压力差法．即根据浮力产生的原因，利用公式F浮＝F向上－F向下求浮力．
【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0.8 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＝＝＝3×10－4m3，石块的密度ρ石＝＝＝≈1.67×103 kg/m3.
课堂小结
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．