【核心素养目标】 第八章 第七节　物体的浮沉条件及其应用（教案）2024-2025学年北师大八年级物理下册

第七节　物体的浮沉条件及其应用
1．物理观念：
(1)知道物体的浮沉条件。
(2)了解各种浮沉现象，规范描述各种浮沉状态的语言。
2．科学思维：通过对生活中常见物体的浮沉情况的判断，根据二力平衡的知识、阿基米德原理归纳出物体的浮沉条件。
3．科学探究：
(1)通过科学探究，总结交流后利用表格整理浮沉条件的相关规律，形成系统的知识。
(2)通过对轮船、潜水艇、热气球和飞艇等具体情境的模拟探究、信息处理、得出结论，加深对浮沉条件的理解。
4．科学态度与责任：通过浮力知识的应用实例培养理论联系实际的良好学风，体验科学、技术、社会的紧密联系，激发学习兴趣。
教学重点：浮沉条件；潜水艇、热气球、密度计的原理。
教学难点：探究浮沉条件；用浮沉条件解释简单的物理现象。
乒乓球、水槽、沙子、石蜡、弹簧测力计、细线、不同密度的小球、烧杯、多媒体课件等。
同学们，你们自己煮过饺子吗？下面我们就一起来观看一段煮饺子的视频，观察饺子在这个过程中的不同状态(下沉、上浮、悬浮、漂浮)。为什么饺子会下沉、上浮、悬浮，最终漂浮在水面上？它受到哪些力的作用？这些力的关系又是怎样的？让我们带着问题一起走进今天的物理课堂：物体的沉浮条件及其应用。
探究点一　物体的浮沉条件
演示实验：将三个乒乓球浸没水中(一个充满沙子；一个中空；一个有部分沙子，用石蜡封住)，松手并观察现象。
思考：我们会看到，有的乒乓球会上浮，有的会下沉，有的会悬浮不动。为什么会出现这些现象？乒乓球分别受到哪几个力的作用？
学生讨论、分析：因为不同的乒乓球受力不同。它们都受到重力和浮力，但是重力和浮力的大小关系不一样。
教师引导交流讨论：物体在受到两个力(重力G和浮力F)的作用时，它的运动状态由这两个力的合力决定。
(1)如图甲，当F>G1时，二力的合力方向向上，物体由静止开始上浮，最终处于漂浮状态。
(2)如图乙，当F＝G2时，二力的合力为零，物体静止不动，保持悬浮状态。
(3)如图丙，当F教师总结：将学生讨论的结果填入表格中：
状态 受力关系 合力
上浮 F>G1 竖直向上
悬浮 F＝G2 为零
下沉 F【补充】上浮后，物体会有部分露出水面，V排减小，浮力也减小，直到浮力大小等于重力时，保持漂浮状态；下沉后，物体最终会沉到容器底部，会受到容器底部提供的支持力作用，在三个力的作用下保持平衡状态。
思考：我们知道物体在液体中所受的浮力跟ρ液和V排有关，物体受到的重力跟物体自身的密度ρ物和体积V物有关，而物体浸没在液体中时，V排＝V物。那么可否只用物体和液体的密度关系来判断物体的浮沉状态呢？
学生活动：利用阿基米德原理的变形式F浮＝ρ液gV排和浮沉条件来分析浸没在液体中的物体的浮与沉。
上浮：F浮>G，ρ液gV排>ρ物gV物，ρ液V排>ρ物V物，ρ液>ρ物(因为V排＝V物)。
悬浮：F浮＝G，ρ液gV排＝ρ物gV物，ρ液V排＝ρ物V物，ρ液＝ρ物(因为V排＝V物)。
下沉：F浮教师总结：将学生讨论的结果填入表格中：
状态 受力关系 密度关系 合力
上浮 F浮>G ρ液>ρ物 竖直向上
悬浮 F浮＝G ρ液＝ρ物 为零
下沉 F浮探究点二　物体浮沉条件的应用
思考：你有没有办法让铁块漂浮或悬浮在水中？
学生回答：让铁块的密度变小，小到等于水的密度就能悬浮了，小于水的密度就能漂浮了。
思考：怎么才能使铁块的密度变小呢？
教师引导：根据ρ＝可知有两种办法。
(1)在质量不变的情况下增大体积。可将铁块压成薄片，包成铁盒，增大体积。
(2)在体积不变的情况下减小质量。可挖掉铁块内部的铁，减小质量。
教师讲解：其实这两种办法都是将铁块制成“空心”。轮船能漂浮在水面上就是利用了这个原理。
(1)轮船能漂浮在水面上的原理：通过将密度大的钢铁制成空心状，增大体积，进而增大排开液体的体积，从而增大了浮力，使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮。
(2)排水量：轮船排开水的重力越大，受到的浮力就越大，就可以承载更多的货物。我们把轮船满载货物时排开水的质量叫作轮船的排水量。即m排＝m船＋m货。
思考：潜水艇受到的浮力和重力相等，所以可以悬浮在海水中，可是它如何才能浮出水面呢？
教师讲解：潜水艇两侧有水舱，当水舱中充水时，潜水艇加重，就逐渐潜入水中；当水舱充水使艇重等于同体积水重时，潜水艇就可悬浮在水中；往水舱中充入压缩空气，水舱中的水会排出一部分时，潜水艇变轻，潜水艇就会上浮。
利用多媒体课件演示潜水艇的浮沉。
教师总结：潜水艇靠改变自身的重力来实现在水中的浮沉。
强调：潜水艇浸没在水下不同深度，所受浮力相同。
演示实验：释放一个氦气球，气球上浮至天花板。现场吹一个气球，扎紧口并松手，气球降至地面。
思考：这两个气球都受浮力吗？为什么一个上浮，另一个下降呢？
学生回答：这两个气球都受到浮力。因为充入的气体不同，密度不同。
思考：如何才能让气球飘浮在空中？
学生讨论后回答：利用浮沉条件的密度关系可知，向气球中充入密度比空气小的气体，比如氦气。
用多媒体课件介绍热气球和飞艇的发展历程：热气球——氢气飞艇——氦气飞艇。(如图)
思考：热气球、飞艇带着人飞上了天，实现了人们飞天的梦想，可是它们怎么着陆呢？
学生回答：减小浮力，利用阿基米德原理可知，减小排开气体的体积，比如热气球停止加热、飞艇放出一部分气体等。
教师总结：热气球和飞艇利用了其内部填充的气体的密度小于空气的密度，空气产生的浮力大于自身的重力来升空；采取减小浮力的措施来下降。
教师讲解：密度计是一种可以直接测量液体密度的工具。用密度计测量液体的密度时(如图)，密度计始终处于漂浮状态，密度计受到的浮力总是等于它受到的重力。密度计上的示数上面较小，下面较大。
第七节　物体的浮沉条件及其应用
一、物体的浮沉条件
状态 受力关系 密度关系 合力
上浮 F浮>G ρ液>ρ物 竖直向上
悬浮 F浮＝G ρ液＝ρ物 为零
下沉 F浮二、物体浮沉条件的应用
1．轮船：利用制成“空心”的方法来漂浮在水面上。
排水量：轮船的大小通常用设计满载时排开水的质量来表示。
2．潜水艇：处于水下的潜水艇(浸没在水中)，在不能改变所受浮力的情况下，通过改变自身的重力来实现上浮、下潜和悬浮。
3．气球和飞艇：充入密度比空气小的气体实现上升。
4．密度计：一种可以直接测量液体密度的工具。
原理：漂浮在水面上时，浮力等于重力。
这节课计划以演示实验作为辅助教学手段，整节课主要分为两个环节：第一环节是通过演示实验并运用二力平衡条件及运动和力的关系分析得出物体的浮沉条件；第二环节是让学生在小组互动中根据提示完成物体浮沉条件的相关练习题，并通过分析进一步得出对于质量分布均匀的实心物体，可以通过比较物体密度和液体密度的方法来判断物体的浮与沉，通过课本知识的教学让学生掌握分析问题的方法的技巧，并能对生活中有关浮沉条件应用的例子进行分析和解释，达到我们的教学目的和要求。