10.3物体的浮沉条件及应用（教学设计）初中物理人教版（2024）八下

人教版八年级物理（下册）第十章 浮力
第3节 物体的浮沉条件及应用（教学设计）
课题 10.3 物体的浮沉条件及应用
教材分析 本节由“物体的浮沉条件”和“浮力的应用”两部分内容构成。本节教材是建立在第一节浮力和第二节阿基米德原理的基础上，结合第六章物体的密度、第八章二力平衡相关知识由学生通过观察、分析得到物体的浮沉条件，并要求学生能运用浮沉条件解释生活中的相关现象。 本节知识综合性较强，难度较大，涉及应用受力分析、力和运动的关系以及与浮力知识结合起来解决问题等。
教学目标 物理观念：知道物体的浮沉条件，了解轮船是怎样浮在水面上的；了解浮沉的各种现象，规范描述各种浮沉状态的语言。 物理思维：能根据二力平衡条件和力与运动的关系描述物体的浮沉条件，并能通过改变物体所受的重力或浮力的大小，使物体在液体或气体中处于不同的浮沉状态。 科学探究：通过探究，了解轮船、潜水艇、气球、飞艇的浮沉原理。 科学态度与责任：通过对轮船、潜水艇、气球、飞艇的浮沉原理的学习，体验科学、技术、社会的紧密联系。
教学重难点 教学重点：物体在液体中下沉、悬浮和上浮时的条件 教学难点：利用二力平衡以及浮力知识解释轮船、潜水艇的工作原理
教学方法 实验法、讨论法、讲授法
教学准备 大水槽、小瓶（带盖，可密封）、木块、铁块、烧杯、水、食盐、鸡蛋、橡皮泥、潜水艇模型。空饮料罐、弹簧测力计、溢水杯、小桶，不同的石块、细线、水、多媒体课件
教学过程
教师活动 学生活动 设计意图
创设情境，导入新课 演示实验：大石块和乒乓球同时浸没在水中，松手后，哪个会浮起来，哪个会沉下去？ 请思考问题：为什么有的物体会上浮？为什么有的物体会下沉？物体的浮与沉取决于什么条件？ 这节课我们通过实验进行相关探究，引出课题：物体的浮沉条件。 合作探究，推进新课 学习任务一：物体的浮沉条件 演示实验：浮沉子的在水中的不同状态 提问：你还见到过哪些物体能够在液体中上浮、悬浮、下沉？浸没在液体中的物体都受浮力，为什么有的物体在液体中上浮，而有的物体可以悬浮在液体中，还有的物体在液体中却下沉呢？ 小组合作任务：结合以下的问题，分析物体的浮沉条件 ①物体受什么力时运动状态不变？受什么力时运动状态改变？ ②浸没在液体中的物体受到哪几个力的作用？ 师生共同分析： 分析物体的浮沉条件： 1、比较物体所受的重力G物和浮力F浮的关系 ①浸没在液体中的物体受到重力（G物）和浮力（F浮）两个力的作用。 ②根据力的运动的关系分析得出： 当F浮＞G物时，物体上浮漂浮 F′浮＝G物； 当F浮＝G物时，物体悬浮； 当F浮＜G物时，物体下沉。 2、比较物体的密度ρ物与液体的密度ρ液的关系 研究条件：实心物体浸没在液体中，受重力和浮力 浮力：F浮＝ρ液gV排； 重力：G＝ρ物gV物； V排＝V物 当F浮＜G物时，ρ液gV排＜ρ物gV物，即ρ液＜ρ物，物体下沉 当F浮＞G物时，ρ液gV排＞ρ物gV物，即ρ液＞ρ物，物体上浮 当F浮＝G物时，ρ液gV排＝ρ物gV物，即ρ液＝ρ物，物体悬浮 学生实验：完成课本第57页“想想做做”盐水浮鸡蛋 思考问题：为什么鸡蛋在清水中下沉而在浓盐水中能够悬浮、漂浮？（从力的关系和密度的关系回答问） 【及时反馈1】 1．在家庭实验中，小明用同一水平桌面上三个完全相同的杯子，装入配制好的不同密度的盐水，鸡蛋在三杯液体中呈现出如图三种状态，已知三个杯中放入鸡蛋后的液面相平，三种情况下，各物理量间的关系正确的是（鸡蛋质量不变）（　　） A．三图中液体的密度ρ甲＞ρ乙＞ρ丙 B．同一鸡蛋受到的浮力F甲＜F乙＜F丙 C．三容器对桌面的压力F甲'＜F乙'＝F丙' D．容器底受到液体的压强p甲＜p乙＜p丙 【解答】解：由图可知，鸡蛋在甲、乙、丙杯中分别处于下沉、悬浮、漂浮状态， A、根据浮沉条件可知：物体下沉时ρ甲＜ρ物，物体悬浮时ρ乙＝ρ物，物体漂浮时ρ丙＞ρ物，所以ρ甲＜ρ乙＜ρ丙，故A错误； B、根据浮沉条件可知：物体下沉时F甲浮＜G物，物体悬浮时F乙浮＝G物，物体漂浮时F丙浮＝G物，所以F甲＜F乙＝F丙，故B错误； C、由图可知：甲、乙、丙，三种情况下杯子里的液体的体积V甲＝V乙＜V丙，则根据G＝mg＝ρVg可知：G甲＜G乙＜G丙，由于鸡蛋和容器是相同的，根据F＝G液+G鸡蛋+G容器可知：容器对桌面的压力F甲′＜F乙′＜F丙′，故C错误； D、由图可知：甲、乙、丙，三种情况下杯子里的液体深度相同，根据p＝ρgh可知：p甲＜p乙＜p丙，故D正确。 故选：D。 学习任务二：物体浮沉条件的应用 学生实验：完成课本第58页“想想做做” （1）把橡皮泥直接放入水中，橡皮泥在水下沉。问：为什么？（橡皮泥的密度比水大） （2）讨论：怎样让橡皮泥漂浮在水面上？（指导学生把橡皮泥做成小船，并装载“货物”） （3）为什么把橡皮泥做成小船就能使它漂浮在水面？（做成“空心”，增大了可利用浮力） 问题：轮船是用钢铁制成的，钢铁的密度大于水，怎样用沉重而坚硬的钢铁制成可以承载那么多货物的船呢？ 师生共同分析： 1、轮船 （1）工作原理：将钢铁做制成空心的轮船，可以排开更多的水，漂浮在水面上。 （2）排水量（m排）：轮船满载时排开水的质量： F浮＝m排g 而 F浮＝G ∴ m船＋m货＝ m排 老师：潜水艇能潜入水下航行，进行侦察和袭击，是一种很重要的军事舰艇，它是怎样实现上浮和下潜的呢？ 演示实验：演示潜水艇在水中上浮和下潜的过程 师生共同分析： 2、潜水艇 工作原理：靠改变自身重力上浮和下潜。 模拟潜水艇：用注射器向密封的瓶内打起，将瓶内的水排出，瓶向上浮起 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。问题：这两个气球都受浮力吗？为什么一个上浮，另一个下降呢？ 教师：介绍热气球和飞艇的发展历程 师生共同分析： 3、气球与飞艇 内部充有小于空气密度的气体 工作原理：靠空气浮力升空 教师介绍密度计的构造 4、密度计 （1）工作原理：密度计是利用物体的漂浮条件原理制成的，放在一般液体中都处于漂浮状态。 （2）特点：浸入的越深，密度越小。 刻度特点：上大下小，刻度不均匀 【及时反馈2】 2．为震慑台独分子，中国人民解放军在2022年8月4日12时至7日12时进行重要军事演训行动，并组织实弹射击。如图为两艘055型万吨（满载排水量达上万吨）远洋导弹驱逐舰正在海上航行。下列说法错误的是（　　） A．驱逐舰受到的浮力方向始终竖直向上 B．驱逐舰满载时的总质量达上万吨 C．发射导弹后，驱逐舰会上浮一些 D．发射导弹后，驱逐舰所受浮力不变 【解答】解： A、驱逐舰所受浮力的方向是竖直向上，故A正确； B、满载时的排水量指的是满载时驱逐舰排开水的质量，根据漂浮条件和阿基米德原理得F浮＝G船＝G排，由G＝mg知m船＝m排，由于满载排水量达上万吨，所以满载时的总质量也达上万吨，故B正确； CD、原来驱逐舰处于漂浮状态，受到的浮力等于总重力，发射导弹后，重力变小，此时的浮力大于重力，故驱逐舰会上浮一些，最后驱逐舰仍处于漂浮状态，因总重力变小，所以静止时驱逐舰所受浮力变小，故C正确，D错误。 故选：D。 回忆课堂，进行小结 结合板书，进行本节课小结，最后进行课堂检测 观看、聆听、思考、猜想 提出自己的观点 参与演示、观察、思考 讨论，交流 思考 分类 辨析 探究密度对浮沉条件的影响 做好笔记 完成“想想做做”，回答问题。 完成“想想做做”，回答问题。 分析、讨论 观看、思考并回答问题。 阅读、实验、讨论并回答问题 联系实际 从生活走向物理，激发学生求知欲 初步形成下沉、上浮、悬浮等概念 通过复习运动和力的关系，学习物体的浮沉条件 体验物体浮沉状态与浮沉条件的关系 引导学生动手实验迁移过度到解释生活中应用浮力的现象解释 学习潜水艇上浮和下潜的原理。 学习气球、飞艇利用空气浮力有关内容。
课堂检测 1．如图所示，两个质量相等的实心球A、B静止在水中，则（　　） A．两球受到的浮力不等，A球受到的浮力大 B．两球的密度不等，A球的密度大 C．B球的体积一定小于A球 D．B球的体积可能大于A球 【解答】解：A、A漂浮，浮力等于重力，B悬浮，浮力等于重力，又因为A、B的质量相等，所以重力相等，可知A、B所受的浮力相等，故A错误； BCD、由A知，A、B受到的浮力相等，由F浮＝ρ水gV排可知，A、B排开水的体积相等，因为A没有完全浸没，B完全浸没，所以A球的体积大于B球的体积，又因为实心球A、B的质量相同，由ρ＝得A球的密度小于B球的密度，故BD错误，C正确。 故选：C。 2．两相同的容器中装有体积相等的两种液体，静止放置在水平桌面上。将同种材料制作的实心物体A、B分别放入两容器中，静止时两液面等高，如图所示，则（　　） A．A的重力小于B的重力 B．A受的浮力等于B受到的浮力 C．两容器底部所受液体压强相等 D．甲杯对桌面的压力大于乙杯对桌面的压力 【解答】解：A、甲、乙两相同的容器中装有体积相等的两种液体， 将实心物体A、B分别放入两容器中，静止时液面等高， 则甲液体与A排开液体的体积之和等于乙液体与B排开液体的体积之和， 由图可知，A漂浮，排开液体的体积小于物体的体积，B悬浮，排开液体的体积等于物体的体积， 所以A的体积大于B的体积， 实心物体A、B由同种材料制作，则密度相等， 根据ρ＝可知，A的质量大于B的质量， 根据G＝mg可知，A的重力大于B的重力。故A错误； B、由图可知，A漂浮，受到的浮力等于其重力，B悬浮，受到的浮力等于其重力， 因为A的重力大于B的重力，所以A受的浮力大于B受到的浮力，故B错误； CD、由图可知，A漂浮，A的密度小于甲液体的密度，B悬浮，B的密度等于乙液体的密度， 实心物体A、B由同种材料制作，则密度相等， 所以，甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度； 甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度， 静止时液面等高， 根据p＝ρ液gh可知，甲容器底部所受液体压强大于乙容器底部所受液体压强。故C错误； 根据m＝ρV可知，甲液体的质量大于乙液体的质量， 根据G＝mg可知，甲液体的重力大于乙液体的重力， 因容器对桌面的压力等于容器、液体和物体的重力之和， 所以，甲杯对桌面的压力大于乙杯对桌面的压力，故D正确。 故选：D。 3．同一支密度计分别放在甲、乙两种不同的液体中，静止后如图所示，密度计受到的浮力分别为F甲、F乙，液体的密度分别为ρ甲、ρ乙，则（　　） A．F甲＝F乙，ρ甲＞ρ乙 B．F甲＝F乙，ρ甲＝ρ乙 C．F甲＜F乙，ρ甲＝ρ乙 D．F甲＞F乙，ρ甲＝ρ乙 【解答】解：由图可知，密度计在甲、乙液体中处于漂浮状态， 由于同一支密度计的重力不变， 所以密度计在两种液体中所受的浮力相等，即F甲＝F乙； 由于甲中密度计排开液体的体积小于乙中排开液体的体积， 所以根据F浮＝ρgV排可知，甲液体的密度大于乙液体的密度，即ρ甲＞ρ乙，故A正确、BCD错误。 故选：A。 4．4月12日中国南海海上阅兵前夕，一艘潜水艇由长江入海口某潜水艇基地在水下潜行一直驶向南海海域，则在这一过程中该潜水艇所受浮力和重力大小将（　　） A．都减小 B．都增大 C．重力减小，浮力增大 D．重力增大，浮力减小 【解答】解：潜水艇在江水中和海水中潜行时都处于悬浮状态，浮力等于重力； 潜水艇浸没在水中，排开水的体积不变，海水的密度大，由F浮＝ρ液gV排可知，潜水艇在海水中潜行时所受的浮力大于在江水中潜行时所受的浮力；由二力平衡条件可知，潜水艇在海水中潜行时所受的重力大于在江水中潜行时所受的重力。 故选：B。 5．潜水艇的艇壳是用高强度的特种钢板制造，最大下潜深度可达350m.潜水艇的总体积为1.5×103m3，艇内两侧有水舱，潜水艇截面如图所示.通过向水舱中充水或从水舱中向外排水来改变潜水艇的自重，从而使其下沉或上浮.已知海水密度为1.03×103kg/m3，g取10N/kg. （1）水舱未充海水时，潜水艇总重力为9.27×106N，此时，漂浮在海面的潜水艇排开海水的体积是多少？ （2）为使潜水艇完全潜入水中至少应向水舱充入海水的重力是多少？ （3）潜水艇的艇壳用抗压的高强度特种钢板制造的原因是什么？ 【解答】解：（1）潜水艇漂浮在海面上，则受到浮力：F浮＝G＝9.27×106N 根据F浮＝ρ海水gV排可得，潜水艇排开海水的体积： V排＝＝＝900m3； （2）潜水艇完全潜入水中时，V排′＝V总＝1.5×103m3， 则受到浮力：F浮′＝ρ海水gV排′＝1.03×103kg/m3×10N/kg×1.5×103m3＝1.545×107N， 根据悬浮条件可知：F浮′＝G艇+G海水， 所以，向水舱充入海水的重力G海水＝F浮′﹣G艇＝1.545×107N﹣9.27×106N＝6.18×106N； （3）因液体内部的压强随深度的增大而增大，所以，为了使潜水艇在深水处能承受更大的水压，艇壳用高强度的特种钢板制造。 答：（1）漂浮在海面的潜水艇排开海水的体积是900m3； （2）为使潜水艇完全潜入海水中，至少应向水舱充入海水的重力是6.18×106N； （3）潜水艇的艇壳用高强度的特种钢板制造的原因是为了使潜水艇在深水处能承受更大的水压。
板书设计 10.3 物体的浮沉条件及应用 （一）物体的浮沉条件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 当F浮＞G物时，物体上浮　　　漂浮时 F′浮＝G物； 当F浮＝G物时，物体悬浮； 当F浮＜G物时，物体下沉。 当ρ液＞ρ物时，物体上浮（漂浮时ρ液＞ρ物）； 当ρ液＝ρ物时，物体悬浮； 当ρ液＜ρ物时，物体下沉。 （二）浮力的应用 1、轮船： （1）轮船的原理： ①利用“空心”方法增大可利用浮力。 ②漂浮：F浮＝G船+G货　　m排＝m船+m货 （2）轮船的排水量：轮船满载时排开水的质量（满载时的m排）。 2、潜水艇：是靠改变自身重力实现上浮和下潜的。 3、气球和飞艇：利用空气的浮力工作。
教学反思 本节课的教学是围绕着“密度大的物体是如何实现漂浮或悬浮”这个问题进行的。通过小组交流与合作的形式共同学习，在课堂中营造出民主、合作、互助的气氛和轻松愉悦的教学环境，使学生互相尊重、理解、合作和关心，进而学会交往，改善人际关系，形成良好的个性品格。