2023年人教版初中物理八下10.3　物体的浮沉条件及应用 教案

10.3　物体的浮沉条件及应用
【学习目标】
1．观察物体上浮、下沉的现象，寻求使物体上浮与下沉的方法。
2．探究、理解物体的浮沉条件。
3．运用物体的浮沉条件解释生产、生活中的一些现象，认识浮力知识在生产、生活中的应用价值。
【教学重难点】
重点：1.用浮沉条件解释上浮、下沉、悬浮、漂浮等各种浮沉现象。
2.轮船和密度计、潜水艇、气球和飞艇的沉浮原理。
难点：归纳物体的浮沉条件。
【教学方法】
演示实验法、探究实验法、启发式教学法。
【教学过程】
一、新课导入：
大家听说过潜水艇吗？潜水艇这么一个庞然大物，却能自由地上浮与下沉，同学们知道它的浮沉原理吗？浮在水面的物体，满足什么条件呢？气球和飞艇都是利用空气浮力升空的。用喷嘴加热热气球中的空气，热气球内部气体的温度升高，密度减小，当热气球内部气体的密度比其外部气体的密度小到一定程度时，热气球便上升。下面我们就学习浮力的应用。
二、新课讲授：
(一)浮沉现象
教师利用多媒体出示各种浮沉现象。
使学生了解各浮沉现象：上浮、下沉、悬浮。
教师：将一乒乓球浸没于水中，松手，乒乓球将会怎样？
学生进行猜想，教师松手，观察乒乓球运动情况。
教师点拨：像乒乓球这样往上运动的过程称作上浮，最后静止在水面上，称作漂浮。大家再看，将一铁块浸没在水中，松手，该铁块将会怎样？
学生进行猜想，教师松手，观察铁块运动情况。
教师点拨：重物往下运动最终静止在水底的这一过程称作下沉。有没有这样一种情况：物体静止在液体内部任一地方？
教师引导：有这种情况，我们把这种情况称之为“悬浮”。
悬浮的物体是浸没状态，同时它可以停留在液面下任何位置。
师生共同分析悬浮和漂浮的异同之处。
相似之处是：物体都处于平衡状态，各自所受重力G和浮力F浮的大小相等，是一对平衡力。
重要区别是：(1)它们在液体中的位置不同，悬浮是物体可以静止在液体内部任一地方，而漂浮则是物体静止在液体表面；(2)处于悬浮状态的物体，其密度与液体密度相等，其体积等于物体排开液体的体积，处于漂浮状态的物体，其密度小于液体的密度，其体积大于物体排开液体的体积。
(设计意图：使学生明确浮沉的各种现象：上浮、下沉、悬浮。)
(二)物体的浮沉条件
教师出示一个橙子和一个西红柿，橙子比西红柿的体积大，如果同时把它们放入水中，会出现什么样的浮沉情况呢？
学生大胆猜测，细心观察实现现象：橙子上浮，西红柿下沉。
教师继续追问：橙子和西红柿都是水果，为什么浮沉情况却不同呢？
【想想议议】
物体的浮沉可仅由所受的浮力决定吗？
观察发现：把一个体积更大的土豆放入水中，发现土豆下沉。
提出问题：为什么土豆排开水的体积比橙子大，它却下沉了呢？到底物体的浮沉取决于什么呢？
教师讲解：
我们知道力是改变物体运动状态的原因，物体浸在液体中运动状态的改变也应和它的受力情况有关，而物体浸在液体中只受到重力和浮力的作用，通过分析重力和浮力的合力可找到原因。
甲　　 　 　　　　乙
丙　　 　 　　　　丁
(1)当浸没在液体里的物体受到的浮力大于重力时，即F浮>G，则物体就上浮，如图甲。
(2)当物体受到的浮力小于重力时，即F浮(3)当物体所受合力为零时，其运动状态不发生改变，物体将保持静止状态(漂浮或悬浮)或匀速直线运动状态(在液体中匀速上升或匀速下降)；若静止在液面下任何位置，则有F浮＝G，称为物体悬浮，如图丙。
(4)当图甲中物体上浮后，露出水面，最终就成为漂浮，由于此时排开液体的体积变小，重力也与浮力平衡，所以漂浮时，也有F浮＝G，如图丁。
学生总结规律：
(1)物体上浮，F浮>G物；
(2)物体悬浮，F浮＝G物；
(3)物体下沉，F浮议一议：分别将泡沫、铁块、木块、牙膏皮、小瓶、小西红柿放入水中，上浮的物体有哪些？下沉的物体有哪些？
交流分析：一个实心物体浸没在液体中，你能否根据物体密度与液体密度之间的关系，判断出物体的浮沉情况？
学生自主推导：
根据阿基米德原理可知：F浮＝ρ液gV排，
物体的重力G物＝m物g＝ρ物V物g，
当物体完全浸没时V排＝V物，
当物体上浮F浮>G物，
即ρ液gV排>ρ物V物g，
即物体上浮ρ液>ρ物。
同理：物体悬浮ρ液＝ρ物；
物体下沉ρ液<ρ物。
师生共同归纳总结：物体的浮沉条件
1．物体上浮F浮>G物，ρ液>ρ物；
2．物体悬浮F浮＝G物，ρ液＝ρ物；
3．物体下沉F浮如何使原来下沉的物体漂浮？如何使原来漂浮的物体下沉？关键是调节物体的重力与所受浮力的关系，若保持浮力不变，可改变自身重力；若重力不变，可改变排开液体或气体的体积。
学生利用身边的物品，进行实验，操作步骤：
(1)把牙膏皮吹起来，就能浮在水面上。
(2)在烧杯中加盐，鸡蛋就会浮起来。
(3)将橡皮泥做成船形(空心)，就能浮在水面上，而且还能装载一些小物品。
小组讨论，总结改变物体的浮沉状态的方法：
(1)改变浮力：改变V排、改变ρ液；
(2)改变重力；
(3)同时改变浮力和重力。
(一)轮船
教师提问：轮船是如何实现漂浮的？
教师启发：根据物体的浮沉条件可知，物体在液体中的浮与沉取决于浮力和重力的大小关系。这样就给了我们一个思路，要改变物体的浮沉情况，就应该从物体受到的浮力和重力两个方面入手。
学生组内讨论交流，得出轮船的工作原理：
采用“空心”的办法，增大排开水的体积，增大可以利用的浮力，使轮船漂浮在水面上。
问题导学：轮船还有一个运载能力的问题，实际是用什么来衡量轮船的运载能力的？
学生自主学习：
轮船的大小通常用排水量表示，排水量即轮船满载货物时排开水的质量。如果将上述质量转换成重力，也就是船满载后受到水的浮力(即船受到的最大浮力)。
排水量＝船自身质量＋满载时货物的质量，即m排＝m船＋m货。
(二)潜水艇
学生自主学习相关内容，明确潜水艇的工作原理。
工作原理是靠充放水来改变自身的重力来实现上浮和下潜的。当F浮>G时，潜水艇上浮，当水舱中充水时，自身重力增大，增大到F浮＝G时，可悬浮于某一位置航行；水舱中再充水，至F浮学生活动：制作潜水艇。
教师介绍实验器材：饮料瓶、软管、三通接头、注射针筒、装水的透明水槽、打气筒。
将饮料瓶置于水槽内，此时饮料瓶所受浮力大于重力，故饮料瓶浮在水面上。
利用注射针筒和三通接头抽气，则饮料瓶内气体压力减小，水由小孔进入饮料瓶内。
重复抽气，则饮料瓶内水越来越多，饮料瓶缓缓下沉。
当饮料瓶悬浮于水中时，饮料瓶所受的浮力等于饮料瓶的重力。
若再抽气，则饮料瓶沉入槽底，饮料瓶所受的浮力小于饮料瓶的重力。
利用打气筒和三通接头打气，则饮料瓶内气体压力增大，水由小孔排出饮料瓶内，饮料瓶缓缓上升。
(三)气球和飞艇
学生自主阅读课本相关内容，回答教师提出的问题：
(1)要使充了氦气并已升到空中的气球落回地面，可采用什么办法？
(2)要使热气球落回地面，可采用什么办法？
师生共同归纳总结：
气球和飞艇都是利用空气浮力升空的。其实，热气球的升降是一个比较复杂的过程，与热气球体积及热气球内部气体的密度变化有关，当热气球的大气袋中充满空气(忽略体积变化)，用喷嘴加热热气球中的空气，热气球内部气体的温度升高，密度减小，当热气球内部气体的密度比其外部气体的密度小到一定程度时，热气球便上升。
拓展应用：打捞沉船。
打捞方法：
将几个充满水的大型浮筒沉入水底，用钢缆把浮筒与沉船紧紧地拴在一起，然后用高压空气把浮筒中水排出，沉船就随着浮筒一起浮出水面。
打捞原理：
浮筒中水排出后重力大大减小，受到的浮力却没有减小，浮筒和沉船满足F浮>G，因此能浮上水面。
三、课堂练习：
1．两手分别拿着一个小木块和一个大石块浸没在水中。同时松手，小木块上浮，大石块下沉，所受浮力较大的物体是(　　)
A．小木块　　　　　 B．大石块
C．一样大　　　　　 D．无法确定
2．质量为100 g的物体浸入盛满水的容器中时，溢出60 g水，则此物体将(　　)
A．浮在水面上
B．悬浮在水中
C．沉到容器底部
D．无法判定
3．有一质量为240 g，体积为300 cm3的实心物体，若将它先后分别放入水和酒精中，则该物体将(ρ酒＝0.8×103 kg/m3)(　　)
A．上浮、下沉
B．上浮、悬浮
C．悬浮、上浮
D．下沉、悬浮
【答案】1.B　2.C　3.B
4．鱼体内有一器官叫鱼鳔，鱼在水中可以自由地沉浮，就是靠改变鱼鳔的体积来实现的。当一只鱼在水中沉浮时，你认为它主要是改变(　　)
A．所受的重力
B．所受的浮力
C．水的密度
D．无法确定
5．把重为8 N、棱长为0.1 m的正方体物块投入水中，当物块静止时，下列说法正确的是(g取10 N/kg)(　　)
A．物块在水中处于悬浮状态
B．物块所受的浮力为10 N
C．物块下表面所受水的压强为800 Pa
D．物块下表面所受水的压强为1 000 Pa
6．在一根表面涂蜡的细木棍的一端绕着适量的铁丝，把它放到甲、乙、丙三种密度不同的液体中，木棍浸入液体里的情况如图所示，则木棍在三种液体里受到的浮力F的大小及三种液体密度ρ之间的关系，正确的是(　　)
甲　 　　　乙　 　 　　丙
A．F甲>F乙>F丙　ρ甲>ρ乙>ρ丙
B．F甲C．F甲＝F乙＝F丙　ρ甲>ρ乙>ρ丙
D．F甲＝F乙＝F丙　ρ甲<ρ乙<ρ丙
7．中国“辽宁号”航空母舰出海试航，当航母在平静的水面航行时，它所受的浮力______(填“大于”“等于”或“小于”)它的总重力。当航空母舰上舰载飞机起飞后，它排开水的体积______(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】4.B　5.C　6.C　7.等于　减小
四、课堂小结：
通过本节课的学习，你学到了什么？有什么成功的体会和经验？
1．物体浮沉的条件。
2．物体浮沉的现象。
3．浮力的应用：
轮船、潜水艇、气球和飞艇。
五、作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
第3节　物体的浮沉条件及应用
物体的浮沉条件
1．物体上浮，F浮>G物，ρ液>ρ物
2．物体悬浮，F浮＝G物，ρ液＝ρ物
3．物体下沉，F浮4．轮船：把物体做成“空心”来增大浮力，使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮
5．潜水艇：依靠改变自身重力来实现在水中的浮沉
6．气球和飞艇：ρ气<ρ空气，使它受到的F浮>G物而升空
【课后反思】
由于学生已有浮沉现象的经验性感受和认识，因而可于课前在经验知识基础上先进行浮沉现象的自助制作活动，教师在演示、分析各现象的基础上，归纳得出浮沉条件，再应用于浮沉现象。这样的教学思路更能激发学生的自主活动，在活动中促进学生的发展；也能更好地理解和应用物体的浮沉条件。
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