1.5 水的浮力(浙江省绍兴市绍兴县)

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第 周 上课时间 月 日 （星期 ） 本学期累计教案 个
1.5 水的浮力（3课时）
教学目标
1、确认水及其他的液体对浸入其内的物体都会产生浮力的作用，确认空气也有浮力。
2、能通过实验方法，探究浮力大小跟哪些因素有关，并概括出阿基米德原理。
3、能用测力计测量浮力，能用阿基米德原理计算浮力。
4、能用力和运动的关系推导出物体在液体中浮沉的条件，并会用物体的浮沉条件解释有关现象和解决简单的实际问题。
重点难点分析
物理知识得出的公式比较多，一多学生就感觉摸不到头脑，所以，在教学过程中对公式代表的字母含义要一直强调，先中文再字母的方式。
在得出阿基米德定理的时候，按照科学探究的步骤进行渗透。
对于物体在水中的状态，漂浮，悬浮，下沉等字的规范表达要强调。
实验比较多，引导学生进行实验思考非常重要，如实验的目的，为什么要这样做等等。
密度计的原理应该让学生自己摸索出来，这样对前面的知识也是种巩固。
资源收集
这一节的教学思路基本上按照教参上的来，对于实验可以尽量的用更贴近生活的材料来做，比如用矿泉水瓶钻三个洞代替那个实验室里的仪器。
另外用课件动态的来分析物体的沉浮也不错
第一课时、第二课时
一、浮力的存在和测量
1、液体的浮力。
船能浮在水面上，但有时候的确会沉入大海呢？有些人游泳会淹死，而有些人确可以在死海上看书呢？（除了游泳的技巧）
生：有浮力的作用，死海的浮力更大。
【实验】P19，:将旋紧瓶盖的空矿泉水瓶压入水中时，手会感觉到 有一个力将手往上推 ，将瓶释放后，瓶将 上浮最后浮在水面上 。
[结论] 在水中会上浮的物体受到向上的浮力 。
【实验】p20，图1－43，先用手托一下悬挂在空气中的物块，使测力计的读数变小。（物块受到手对它向上的托力）；将物块浸没在水下，会发现 钩码浸入水中后，弹簧测力计读数变小了 。（水对物块有一个向上托的力）
这个向上托的力就是浮力，得出结论： 在水中会下沉的物体也受到向上的浮力 。不仅是水，所有的液体都会对浸入其内的物体产生一个向上的浮力。
F浮＝F-F‘。（条件：物体在水中会下沉）
推广：所有的液体都会对浸入其内的物体产生一个向上的浮力。
2、气体的浮力。
气体对进入其内的物体是否也有浮力呢？有什么事实可以说明气体对物体也有浮力呢？（热气球、烟上升等等）
【实验】P20图1－44，问学生该怎么做才能证实气体浮力的存在。
打足了气的篮球气孔上插有打气针，打气针的另一端通过导管、橡皮塞和气球囊连接。导管阀门开始处于关闭状态，杠杆平衡。
操作：打开导管阀门，即把打气针插入，气会从篮球跑到气球里面。
现象：气球变大，杠杆失去了平衡。
结论：杠杆左边的重力不变，但由于篮球球里的气体压强大，传到了气球里面，乞求的体积变大，这样排开大气的体积增加了，浮力也增加了，所以杠杆失去了平衡。
得出：※气体也会产生向上的浮力。
【总结】
一、浮力
1、浮力：浸在液体（或气体）中的物体受到液体（或气体）向上托的力叫做浮力。
2、浮力方向：总是竖直向上。
3、施力物体：液体（或气体）
二、浮力的测量——阿基米德原理。
【提出问题】既然气体和液体都会对浸入其内的物体产生向上的浮力，但浮力的大小究竟和哪些因素有关呢？
想一想： 当人躺在浴缸的水中时，人会有什么感觉？水发生了什么变化？（人会有一种变轻了的感觉。浴缸的水面会上升。）
【提问】人为什么会变轻？水面为什么会上升？
【结论】人变轻是因为人受到水的浮力。水面上升是因为人浸入水中后，排开了一部分水。
【提问】那么，你认为浮力的大小可能跟什么因素有关？
【建立假设】
可能跟物体所排开水的多少有关。
【实验】P21图1－45，1-46将物体逐渐浸入水中时，物块排开水的体积逐渐增多，测力计的读数逐渐变小，浮力逐渐增大。
【结论】：物体受到的浮力跟物体排开水的多少有关，排开的水越多，浮力越大。
那么，如何定量的证实这个结论呢？（设计实验）
要测量浮力的大小，还要测量物体排开水的多少（体积）。如何测？
利用图1－45的实验器材，讨论：如何利用这些器材进行实验？怎么样安排实验的步骤？应当设计怎样的实验数据记录表？（然后交流讨论，给出实验步骤。）
①实验器材:弹簧秤、烧杯、水、量筒、溢杯、物块。
②实验步骤:
（1）在溢杯中盛满水，将小烧杯放在溢杯的出水口下；
（2）将物块悬挂在测力计上，用测力计测出物块的重G；
（3）将物块浸没在溢杯的水中，读出测力计的读数F；
（4）将溢杯溢出的水注入量筒内，测出它的体积V排水;
（5）将上述数据填入下面的实验数据登记表内。
物块的重G 物块浸入水中后测力计的读数F 物块排开水的体积V排水 物块受到水的浮力F浮＝G-F 物块排开的水受到的重力
【得出结论】F浮＝G排水
【推广】F浮＝G排液
阿基米德定理：浸在液体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，即F浮＝G排液=Ρ液gV排。
同样，阿基米德定理可以推广到气体上面。（学生描述）
三、阿基米德原理的理解和运用。
1、对阿基米德定理这个公式的理解应注意：
（1）公式中是ρ液是液体的密度，而不是浸入液体的物体的密度。
（2）公式中是V排浸入液体时，排开液体的体积。物体完全浸入，V排=V物；物体部分浸入，V排（3）浮力只跟物体排开的液体受到的重力有关，而与其他因素无直接关系。
（与物体浸入液体的深度无关：把物体压入水中，感觉浮力变大，这时候是从水面压入水下，当完全浸入后，就不会感觉到更吃力了，用物块挂在测力计下的实验来说明；与物体的形状无关：用橡皮泥变形挂在测力计下的实验来补充说明。）
(4)ρ液的单位只能是 千克／米3　 ，V排液的单位只能是 米3 。
2、用阿基米德原理进行计算。（注意计算过程中单位要统一）
[典型例题解析]
[例1] 将质量是2.34千克的钢块浸没在水中，受到的浮力是多大 (钢块的密度为7.8
×103千克／米3)
[解析] 由于钢块浸没在水中，故V排水＝V钢。因此可以先根据钢块质量，计算出钢块的体积，即算出钢块浸没在水中时排开水的体积，然后再根据阿基米德原理求解。
V排水＝V钢＝＝＝3×10—4米3
F浮＝G排水＝ρ水gV排水＝1.0×103千克／米3×9.8牛／千克×3.0×10—4米3=2.94牛
[答] 钢块受到的浮力为2.94牛。
[例2] 一只铁球在空气中重3.12牛，全部浸没在水中重为2.5牛，问这个铁球是实心的还是空心的 (ρ铁＝7.8×103千克／米3)
[解析] 这类题有多种解法。
解法一:比较密度。先计算出铁球在水中所受的浮力，再计算出排开水的体积，即为球的体积，从而求出球的密度ρ球，再与铁的密度ρ铁相比较，就可知球是否空心。
F浮＝G—G＇＝3.12牛—2.5牛＝0.62牛
V排水＝＝＝6.3×10—5米3
ρ球＝＝＝5.05×103千克／米3
因为ρ球<ρ铁，所以此球是空心铁球。
解法二:比较重力。先由浮力知识求出铁球排开水的体积，然后求出具有这样体积的铁球的
重力，把这个重力与铁球的实际重力相比，如果大于实际重力则为空心。
F浮＝G—G＇＝ρ水gV排水
V排水==0.63×10—4米3
G＝m铁g＝ρ铁gV排水＝4.82牛>3.12牛 所以是空心的。
解法三:比较体积。先根据铁球在空气中的重力和铁的密度，求出有此重力的实心铁球应有的体积V应，然后由浮力求出铁球的实际体积，再比较这两个体积，即能判定铁球是否空心。
V应＝=0.4×10-4米3
V实＝V排水＝0.63×10-4米3
因为V实>V应，所以此铁球是空心的。
[答] 此球是空心的。
[课内练习]
1.阿基米德原理可用公式F浮＝ρgV表示，式中ρ是 液体的密度 ，V是 物体排开液体的体积 ，浮力的方向是 竖直向上的 。
2.弹簧秤的下端挂着一只装满水的薄塑料袋(袋本身体积和重力不计)，秤的读数为20牛，若将它完全浸入水中，它受到的浮力F浮＝ 20 牛，此时弹簧秤的读数为 0 牛。
3.如图1一23所示为一平底试管，长为l1，横截面积为S，倒扣并漂浮在水面上，其露出水面的长度为l2，进入管内的水柱长为l3，水的密度为ρ,则试管受到的浮力为. ( D )
A.ρgSl1 B.ρgS(l1—l2) C.ρgSl2 D.ρgS(l1—l2—l3)
4.边长为10厘米的正方体木块，放入水中后，有的体积露出水面。求该木块受到的浮力。
[解] V木＝10-3米3
V排水＝6×10-4米3
F浮＝ρ水gV排水＝5.88牛
[课时小结]
重点:1.浮力的存在。
2.浮力的概念和公式。
3.有关浮力的简单计算。
难点:1.对浮力测量的探究。
2.对浮力概念和公式的理解。
教学反思：
本课时几个实验不但重要，而且如果不事先准备充分，演示极难成功，比如弹簧秤应事先调节好，杠杆一定要非常灵敏，篮球打气时一定要打足气，气球尽可能大，也可以选用大的塑料袋，密封性一定要好，若要测液体体积，量筒一定要选好，另外，表格的设计有多种方案，应事先选择好。
第三课时
四、物体沉浮条件。
【实验】观察得出，一只上浮出水面，一只下沉到水底，一只悬浮在水中
问：既然浸入液体中的物体都会受到液体向上的浮力，为什么有的物体在液体中会上浮，有的物体在液体中会下沉，有的能够静止在液体内部呢？
原因：三只球所受到的重力不同，如果全部浸入受到水的浮力相同。
根据力和运动关系: F浮F浮>G 上浮
F浮=G 悬浮或漂浮
注意：上浮和下沉都是不稳定状态，上浮的物体最终会浮出液面，而处于漂浮状态；下沉的物体最终则会沉到液底处于静止状态。漂浮和悬浮时，物体都是受到两个力而处于平衡状态。 （沉到水底：F浮＋F支持力=G）
【结论】
1.设想一物体浸没于液体中，如图1—25所示，对浸没在液体中的物体进行受力分析可能出现三种不同情况:
(1)当F浮>G时， 物体将 上浮 ，当部分体积露出液面时，排开体积减小，受到浮力减小，最后F浮＝G，物体处于 漂浮 状态。
(2)当F浮＝G时，物体处于 悬浮 状态，此时物体可以停留在液体内部任一位置。
(3)当F浮问：知道了物体沉浮的条件，那你平时常见到哪些物体在水中会上浮？下沉？
（木头上浮，石块在水中下沉）
问：你能不能根据木头、石头和水的密度大小关系，猜测物体在液体中的沉浮跟物质密度之间的关系呢？（密度比液体小的上浮，密度比液体大的下沉）
问：那一样的呢？（悬浮或漂浮）
学生讨论引出：
（物体是实心时适用）
2.对于实心物体来说，当物体全部浸没在液体内部时，有V排＝V物，由于F浮＝ρ液gV排，G物=ρ物gV物。则:
(1)ρ液>ρ物时，上浮，最后漂浮；
(2)ρ液＝ρ物时，悬浮；
(3)ρ液<ρ物时，下沉。
举例生活中大量的例子并相互作出解释： 如：煮汤圆和泄漏的石油
3.物体的浮沉是一个非常常见的现象，生活中有大量事件都可以用物体浮沉的条件作出合理的解释。
阅读p.23有关内容，然后要求同学讨论p.23的三幅图如何用物体浮沉条件来解释。
[典型例题解析]
[例1] 有一体积是2分米3、密度是0.6×103千克／米3的木块，用绳子将它拴在水池底部的钩子上，如图1—26所示。如果绳子断了，木块就上浮到水面。问:
(1)木块在上浮过程(未露出水面)中，受到浮力的大小是否会发生变化
(2)木块漂浮在水面时露出液面的体积多大
[解析] 由于ρ木<ρ水，根据物体浮沉条件可知，当绳子断了时，木块受到的浮力F浮>G木。
(1)木块在上浮过程中，当木块尚未露出水面时，由排开液体受到的重力大小不变，故受到浮力大小将不发生改变。
(2)木块受到的重力。G木＝m木g＝ρ木gV木＝0.6×103千克／米3× 9.8牛／千克× 2×10-3米3＝11.8牛
由于木块最后处于漂浮状态，则有F＇浮＝ρ水gV排＝G木
所以V排＝＝＝1.2×10-3米3
所以V露＝V木—V排＝0.8×10-3米3＝0.8分米3
[答] 略
[例2].甲、乙两只小球的质量、体积都相同，把它们分别浸在A、B两种不同的液体中，静止状态如图1—29所示。若它们受到的浮力是F甲与F乙，两种液体的密度为ρA与ρB则 ( C )
A.F甲>F乙，ρA>ρB B.F甲C. F甲＝F乙，ρA>ρB D.F甲＝F乙，ρA<ρB
1.5 水的浮力(三)——物体浮沉条件的应用
1、 密度计
1、模拟密度计
把模拟密度计分别放入水中和盐水中，问：为什么将吸管放入不同的液体中，液面所对的位置会不同？（因为不同的液体密度不同，受到的浮力也不同）
2、密度计
（1）、密度计的构造：一根封闭的玻璃管，玻璃管下部的玻璃泡内封装有铅丸或水银，玻璃管的上部标有刻度。
（2）、用途:测量液体的密度。
（3）、工作原理:漂浮原理即F浮＝G 。
（4）、刻度值的特点: （下大上小，刻度不均匀）
a. 密度计上所标的数值是纯数，这个纯数代表被测液体的密度与水的密度的比值。
b.上面读数小，下面读数大；
c.刻度不均匀，上疏下密。
注意：密度计的下端装有；
2、 轮船
1、轮船模拟实验
将一块橡皮泥放在水面上，可观察到橡皮泥下沉到容器底部 。将橡皮泥捏成碗状再放在水面上，又可观察到橡皮泥将 漂浮在水面上 。
从以上实验可知为什么铁块在水中会下沉，而轮船的船壳也是用铁板做成的，为什么会漂浮在水面上。
2、轮船
（1）原理：用钢铁制成空心，能漂浮在水面上。
（2）轮船的排水量：排水量是轮船装满货物后排开水的质量，即为轮船满载时受到水的浮力，排水量可用吃水线来表示。
（3）同一艘轮船，从海中行驶到河里，所受浮力不变，排开河水的体积大于排开海水的体积。
3、潜水艇。
（1） 潜水艇的浮沉原理是靠改变自身重力来实现的。
(2 )需下沉时，水舱内充水，使G > F浮；
当G = F浮时，能停在任何位置(悬浮)；
需上浮时，用压缩空气将水排出，到G < F浮。
[思考] 你知道生活在水中的鱼靠什么来实现上浮和下沉的 它的原理是否跟潜水艇一
样
[答] 不一样。潜水艇靠改变自身重力来实现浮沉，而鱼则是利用改变体内的鱼鳔的体积来改变浮力大小而实现浮沉的。
【课堂小结】
重点:1.密度计原理及使用。
2.轮船、潜水艇的原理。
难点:将轮船及密度计应用到实际问题中去。
[典型例题解析]
[例1] 一艘质量为1500吨的轮船，装上5×103吨货物后刚好满载，它此时受到的浮力和轮船的排水量分别是 ( D )
A.1.47×103牛，1500吨 B.3.43×103牛，3500吨
C.4.9×103牛，5000吨 D.6.37×103牛，6500吨
[解析] 轮船漂浮在水面上，它满载时受到的浮力等于船重加货物重；排水量是指轮船满载时所排开水的质量，数值上等于轮船装满货物时的总质量。
[答] D
[例2] 如图1—30所示，一只漂浮在水面上的碗中装有若干石子。现将石子全部投入
水中后，水面将 ( C )
A.保持不变 B.升高一些 C.降低一些 D.都有可能
[解析] 因为碗和碗中的石子原来是漂浮在水面上的，即F浮1＝G碗+G石，现将石块全部投入水中后，所受浮力F浮2＝G碗+G浮石，由于ρ石>ρ水，石块投入水中后要下沉，即F浮石F浮2，根据阿基米德原理，F浮1＝ρ水gV排1，F浮2＝ρ水gV排2，因此V排1>V排2，即水面要下降一些。
[答] C
[例3] 用同一支密度计测甲、乙、丙三种液体的密度，如图1—3l所示，则甲、乙、丙三种液体的密度及密度计在三种液体中所受浮力大小关系如何
[解析] 密度计是根据漂浮原理制成的，物体漂浮时，所受浮力等于物体的重力。图1—31中用的是同一支密度计，故密度计在甲、乙、丙三种液体中所受浮力大小都相等。 由于F浮＝ρ液gV排，当F浮一定时，ρ液与V排成反比。 图中易看出，密度计排开液体体积在甲液体中最大，丙液体中最小，则有ρ甲<ρ乙<ρ丙。
教学后思：
本节课经历科学探究的一般过程：提出问题→建立假设→实验探究→收集和处理事实→得出结论，通过探究，学习科学研究的思维程序，学会假设、条件控置、能预期实验结果，能对实验结果进行分析。熟练掌握用弹簧秤测力。 通过本课的学习，激发学生的学习兴趣，学习科学家善于观察，勇于探索的科学精神，感受实事求是的科学态度；引导学生进行合作学习，学会倾听，学会评价。但学生对于实验方案的设计还须加强。
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