10.3物体的浮沉条件及应用（教案）--人教版八年级物理下册同步（新教材）

第3节　物体的浮沉条件及应用
1.物理观念：
（1）能描述物体的浮沉条件。
（2）并运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。
2.科学思维：在得出物体浮沉条件的过程中，根据同一直线上二力合成的规则和力与运动的关系进行演绎推理，发展推理论证的能力。
3.科学探究：设计实验改变物体的浮沉状态，发展科学探究的素养及使用科学证据的意识。
4.科学态度与责任：运用物体的浮沉条件解释和解决生产生活中的一些现象和实际问题。了解我国古代和现代利用浮沉条件的科技成就，感受物理学对人类生活和社会发展的影响，激发学习科学的兴趣和探究的热情，培养民族自豪感与使命感。
1.教学重点：综合利用二力平衡的知识探究浮沉条件；知道密度计、潜水艇、气象探测气球的原理。
2.教学难点：能应用浮沉条件解释和解决生产生活中的常见现象和问题。
　　每年元宵节，各家各户都会煮汤圆，汤圆刚放入水中的时候都沉在底部，但是汤圆煮熟之后都会漂起来，这是什么原因造成的？沉在水底的汤圆和漂在水面的汤圆都会受到浮力的作用，浮力的大小改变了吗？
　任务一　物体的浮沉条件
教师活动 学生活动
［演示实验］（1）出示铁块和蜡块让学生观察发现它们体积相同。 （2）将体积相同的铁块和蜡块同时浸没在水中后松手。 ［提问］1.浸没在水中的铁块、蜡块（松手后）各受到什么力？ 2.浸没时铁块和蜡块受到的浮力相等吗？为什么？ 3.若铁块和蜡块受到的F浮相同，为什么松手后铁块沉底而蜡块上浮？ ［引导思考］前面我们学习了运动和力的关系，当物体受到的力为非平衡力时，物体的运动状态就要发生改变。由此可见，液体中，物体的浮沉取决于什么呢？对下图所示处于不同状态的物块进行受力分析。 [总结]将学生讨论的结果填入表格中 ［补充］物体上浮后，会有部分露出液面，V排减小，F浮也减小，直到F浮′=G时，物体保持漂浮状态；物体下沉后，最终会沉到容器底部，会受到底部提供的支持力，物体在三个力的作用下保持沉底状态。 ［提问］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？ ［归纳总结］当ρ液＞ρ物时，物体会上浮；当ρ液=ρ物时，物体会悬浮；当ρ液＜ρ物时，物体会下沉。 ［想想做做］如图所示，将新鲜的鸡蛋分别浸没在盛有水和盐水的容器中，观察鸡蛋在容器中的位置。 ［观察现象］铁块沉入杯底而蜡块上浮最终浮在水面。 ［回答］1.浮力、重力。 2.相等。因为V排相等，排开水的重力相等，根据阿基米德原理，可知浮力相等。 3.铁块受到的重力大于浮力，蜡块受到的重力小于浮力。 ［交流讨论］1.物体的浮沉取决于物体所受重力和浮力的大小关系。 2.①当F浮＞G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，如图甲。 ②当F浮=G时，二力的合力为零，物体静止不动，保持悬浮状态，如图乙。 ③如图丙，当F浮＜G时，二力的合力方向向下，物体由静止开始下沉，最终处于沉底状态，如图丙。 ［讨论分析］利用阿基米德原理的变形式F浮=ρ液V排g和浮沉条件来分析浸没在液体中的物体的浮沉。 上浮：F浮＞G，ρ液V排g＞ρ物V物g，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V排g=ρ物V物g，ρ液V排=ρ物V物，ρ液=ρ物（因为V排=V物）； 下沉：F浮＜G，ρ液V排g＜ρ物V物g，ρ液V排＜ρ物V物，ρ液＜ρ物（因为V排=V物）。 ［观察现象］鸡蛋在水中沉底，在盐水中悬浮。
　任务二　浮力的应用
教师活动 学生活动
［过渡］据记载，1405年郑和下西洋时乘坐的木船长约为147m，是当时世界上最大的木船，如图甲所示；2024年5月1日，福建舰第一次海试，为期8天，完成动力、电力等系统设备测试，符合预期目标，如图乙所示。 ［提问］郑和的船是木制的，木材的密度比水小，可以漂浮，但是航空母舰是由钢铁等金属制造的，其密度远大于水，为什么还能漂浮在水面上？ ［想想做做］橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉。根据阿基米德原理，怎样把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面，并能承载重物？ 1.轮船 （1）人们制造轮船就是利用这个原理，采用“空心”的方法，保持物体重力不变，增大物体排开水的体积，增大浮力，从而使它漂浮在水面上。 （2）轮船的大小通常用排水量来表示。排水量就是轮船装满货物时排开水的质量。即m排=m船＋m货。 2.潜水艇 ［过渡提问］相比航空母舰，潜水艇既能漂浮在水面上航行，也能潜入水下航行，是海军的重要军事装备。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？ ［展示］利用多媒体课件演示潜水艇的浮沉。 ［总结］潜水艇靠改变自身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。 3.气球和飞艇 ［展示］释放一个庆祝节日用的氦气球，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。 ［提问］（1）这两个气球都受浮力吗？为什么一个上浮，另一个下沉呢？ （2）如何才能让气球浮在空中？ ［讲解］介绍热气球和飞艇的发展历程：热气球——氢气，飞艇——氦气飞艇。 ［提问］热气球、飞艇带着人飞上了天，实现了人们升天的梦想，可是它们怎么着陆呢？ ［总结］热气球和飞艇的升降原理：利用里面充入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；利用减小浮力来下降。 4.密度计 让学生自主学习，阅读教材并思考以下问题： （1）密度计的作用是什么？ （2）密度计由哪些部分组成？ （3）如何使用密度计测量液体的密度？ ［引导］引导学生利用桌上的密度计测量水和盐水的密度，并思考密度计的测量原理，推导同一支密度计（质量为m）在密度不同的液体中排开液体的体积与液体密度的关系式。 ［提问］密度计的刻度值由上到下是逐渐增大的还是逐渐减小的？这是什么原因呢？ ［总结］由于密度计的重力G、横截面积S一定，故密度计浸入液体中的深度h与液体的密度ρ液成反比。即液体的密度越大，浸入的深度越小；液体的密度越小，浸入的深度越大。所以，密度计的刻度值从上向下标注，即上小下大。 ［拓展思考］郑和的船队从太平洋驶入印度洋，所乘坐的木船受到的浮力、排水量以及吃水深度如何变化？（ρ太平洋＞ρ印度洋） ［交流讨论］航空母舰的船体是空心的。 ［交流讨论］根据阿基米德原理设计方案并进行分析：把橡皮泥捏成船形，虽然它受到的重力没有改变，但是它可以排开更多的水，所以受到的浮力增大，当浮力大到一定程度时，它就能够漂浮在水面上了。 ［交流讨论］悬浮的潜水艇排开海水的体积不能变化，所受浮力不能改变，只能通过改变自身重力实现浮沉。 ［观察现象］向水舱中加水，潜水艇下潜，将水舱中的水排出，潜水艇上浮。 ［归纳总结］潜水艇两侧有水舱，向水舱中充水时，潜水艇变重，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；当压缩空气使水舱中的水排出一部分时，潜水艇变轻，就可上浮了。 ［回答］ （1）因为充入的气体不同，密度不同造成浮沉情况不同。 （2）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，比如氢气、氦气等，才能让气球浮在空中。 ［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。 ［交流讨论］自主学习后讨论分享。 （1）用途：它是用于测定液体密度的仪器。 （2）构造：通常中间有一个体积较大的玻璃泡。密度计下方装着金属颗粒作为配重。密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据液面所处的位置直接读出液体的密度值（如图所示）。 （3）密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据液面所处的位置直接读出液体的密度值。 ［分组实验］动手操作实验，分析密度计的测量原理，根据二力平衡的条件和阿基米德原理可得，F浮=G排=m排g=ρ液V排g。 ［观察思考］观察密度计，找出密度计上的刻度值遵循“上小下大”的规律，由F浮=G排=m排g=ρ液V排g可知，密度计漂浮时，其所受浮力不变，液体密度越大，其排开体积越小，即下方刻度越大。 ［思考］木船重力不变，从太平洋驶入印度洋，仍保持漂浮，所受浮力不变，排水量不变，但是太平洋海水密度大于印度洋海水密度，故排开海水体积增大，吃水深度增大。
教师活动 学生活动
［任务］请以思维导图的形式，总结本节课的知识。 ［总结］通过这节课的学习，我们知道了浮力在日常生产生活中的广泛应用。如轮船、潜水艇、热气球、飞艇、密度计等，还进一步熟悉了它们的工作原理。 ［小组合作］总结本节课知识，绘制思维导图。
第3节　物体的浮沉条件及应用