第 十 章 流体的力现象
3.科学探究：浮力的大小
教
材
解
读
《科学探究：浮力的大小》是在上一节《认识浮力》的基础上展开的，是对前一节内容的深化。本节知识综合应用了质量、密度和重力的知识，是本章的重点和关键，对浮力的研究和阿基米德原理的学习为浮力的利用奠定了基础。
教
学
目
标
知识与技能
1.通过实验探究认识浮力的大小与什么因素有关。
2.掌握阿基米德原理及其应用。
过程与方法
1.让学生充分经历探究“影响浮力大小的因素”的整个过程。
2.学习由实验数据分析，归纳物理学规律，培养学生初步的科学探究能力。
情感、态度
与价值观
培养学生乐于探索的兴趣，实事求是的科学态度，在师生合作与交流的过程中形成互相帮助、团结协作的优良作风。
重
难
点
处
理
重点：探究影响浮力大小的因素。建议让学生自己动手进行实验探究，经历知识的建构过程，便于对知识的理解。由于时间的关系只能让学生分别来探究其中的一个因素与浮力大小的关系。由浮力的大小跟液体的密度和排开液体的体积有关，到得出阿基米德原理还要经历一个思索、推导的过程。教师做好引导，这样才符合认知过程。
难点：阿基米德原理的建立和浮力的计算。建议教师利用演示实验完成“浮力大小与排开液体的关系”的探究过程，进而引出阿基米德原理；通过对浮力产生的原因、测量及大小的讲解，归纳出浮力的计算方法。
合
作
探
究
探究课题：验证阿基米德原理。
实验分析：教材中选用的验证实验具有操作简便的优点，在验证过程中应注意测量小桶中水的重力的操作顺序。在实验时，应先测出盛排出水的空小桶的重力，再测出盛水后的小桶与水的总重力，G排＝G总－G桶。但是，虽然本实验是一个验证性实验，但由于教师的演示实验可见度较小，即使让一些学生上讲台参与，仍不利于满足大多数学生的求知心理，也不利于发挥学生的主体作用和方法教育的实施。所以应让学生自主进行实验加深印象。
实验改进：1.把演示实验改为并进式学生实验。
2.用塑料袋(自重远小于弹簧测力计的感量)代替小桶，简化实验过程以减小实验误差，强化F浮与G排液的大小比较。
3.通过多次实验，以获得不同条件下F浮与G排液的数值，为运用比较和归纳法得出一般规律提供必要的数据。
典案 导学设计
学点1 浮力大小与什么因素有关
观察如图10－3－1所示的实验，思考并回答下列问题。
图10－3－1
问题1：步骤D中的小铁块在水中所受到的浮力为__0.3__N。
问题2：比较图A、D、E可得到结论：__液体密度一定时，浮力的大小和物体浸在液体中的体积有关__。
问题3：比较图A、B、E、F可得到结论：__液体密度一定时，浮力的大小和物体浸在液体中的体积有关__。
问题4：比较图A、E、H可得到结论：__物体排开液体的体积一定时，浮力的大小和液体的密度有关__。
问题5：比较图A、C、E、G可得到结论：铜块受到的浮力__等于__(选填“大于”“等于”或“小于”)铁块受到的浮力。由此可得出物体所受的浮力大小与物体的密度__无关__(选填“有关”或“无关”)。
总结：在液体中的物体受到的浮力和__浸在液体中的体积__、__液体的密度__等因素有关，和__物体的密度__无关。这种探究问题的方法叫做__控制变量法__。
学点2 阿基米德原理
(1)观察如图10－3－2所示的实验，思考并回答下列问题。
图10－3－2
问题1：石块的重力G＝__2.0__ N。
问题2：石块浸没在水中后测力计的示数G′＝__1.5__ N，由此可得石块所受浮力F浮＝__0.5__ N。
问题3：石块排开的水所受到的重力G排＝__0.5__ N。
问题4：比较F浮和G排的大小，可以发现：F浮__＝__G排。
总结：浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受到的__重力__。用公式表示就是__F浮＝G排__。这就是阿基米德原理。
(2)观察图10－3－3，思考并回答下列问题。
物体在水中受到的浮力等于它排开的水所受到的重力
图10－3－3
问题1：木材漂浮在水面上，F浮__＝__G排水。
问题2：鲸鱼悬浮在水中，F浮__＝__G排水。
问题3：石头沉于水底，F浮__＝__G排水。
总结：物体在水中受到的浮力都等于排开的水受到的__重力__，与它们的浮沉状态__无关__。
(3)观察图10－3－4、10－3－5，思考并回答下列问题。
图10－3－4
图10－3－5
问题1：物体在气体中也受到浮力，氢气球脱手后会上升，就是因为它受到__空气__对它产生的浮力。阿基米德原理__适用__(选填“适用”或“不适用”)于气体。
问题2：在死海中，海水的密度高达1.18×103 kg/m3，人们可以很轻松地在海面仰卧，这是因为人受到__浮力__作用。
(4)阅读教材P64例题，思考并回答以下问题。
问题：把一块重G＝3.4 N的矿石，挂在弹簧测力计上，并把它浸没在水中。静止时弹簧测力计的示数为F＝2.9 N。求：(g取10 N/kg)
(1)矿石浸没在水中时受到的浮力。
(2)矿石的体积。
(3)矿石的密度。
[答案] (1)0.5 N (2)5×105 N (3)6.8×103 kg/m3
[解析] (1)G＝3.4 N，F示＝2.9 N，
F浮＝G－F示＝3.4 N－2.9 N＝0.5 N。
(2)F浮＝ρ水V排g，V石＝V排＝＝＝5×10－5 m3。
(3)矿石的质量：m＝＝＝0.34 kg，
矿石的密度：ρ＝＝＝6.8×103 kg/m3。
课件32张PPT。第十章 流体的力现象3.科学探究：浮力的大小第十章 流体的力现象学点1 浮力大小与什么因素有关 3.科学探究：浮力的大小观察如图10－3－1所示的实验，思考并回答下列问题。
问题1：步骤D中的小铁块在水中所受到的浮力为________N。
问题2：比较图A、D、E可得到结论：______________________________________________。0.3液体密度一定时，浮力的大小和物体浸在液体中的体积有关3.科学探究：浮力的大小问题3：比较图A、B、E、F可得到结论：________________________________________________。
问题4：比较图A、E、H可得到结论：_________________________________________________。液体密度一定时，浮力的大小和物体浸在液体中的体积有关物体排开液体的体积一定时，浮力的大小和液体的密度有关3.科学探究：浮力的大小问题5：比较图A、C、E、G可得到结论：铜块受到的浮力________(选填“大于”“等于”或“小于”)铁块受到的浮力。由此可得出物体所受的浮力大小与物体的密度______(选填“有关”或“无关”)。
总结：在液体中的物体受到的浮力和__________________、______________等因素有关，和____________无关。这种探究问题的方法叫做____________。 控制变量法等于无关浸在液体中的体积液体的密度物体的密度3.科学探究：浮力的大小学点2 阿基米德原理3.科学探究：浮力的大小2.03.科学探究：浮力的大小问题2：石块浸没在水中后测力计的示数G′＝_______ N，由此可得石块所受浮力F浮＝____ N。
问题3：石块排开的水所受到的重力G排＝_______ N。
问题4：比较F浮和G排的大小，可以发现：F浮______G排。
总结：浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，
浮力的大小等于它排开的液体所受到的________。公式表示就是_________。这就是阿基米德原理。 1.50.50.5F浮＝G排＝重力3.科学探究：浮力的大小无关＝＝＝重力3.科学探究：浮力的大小浮力空气适用3.科学探究：浮力的大小(4)阅读教材P64例题，思考并回答以下问题。
问题：把一块重G＝3.4 N的矿石，挂在弹簧测力计上，并把它浸没在水中。静止时弹簧测力计的示数为F＝2.9 N。求：(g取10 N/kg)
(1)矿石浸没在水中时受到的浮力。
(2)矿石的体积。
(3)矿石的密度。3.科学探究：浮力的大小[答案] (1)0.5 N (2)5×105 N (3)6.8×103 kg/m3类型一 浮力大小与什么因素有关3.科学探究：浮力的大小3.科学探究：浮力的大小(1)分析比较图甲、乙、丙，说明物体所受浮力的大小与____________________有关。
(2)在图丙与图丁中保持了___________________不变，得到的结论是浮力大小与______________有关。这种研究问题的方法叫做____________。请再举一个应用这种研究方法的实验：________________________________。物体排开液体的体积物体排开液体的体积液体的密度控制变量法研究压力的作用效果与哪些因素有关3.科学探究：浮力的大小[方法指导]控制变量法探究影响浮力大小的因素
浮力大小与多个因素有关，在探究过程中需要采用控制变量法。在探究浮力大小与液体密度的关系时，需控制排开液体的体积、所处液体的深度等因素不变；在探究浮力大小与排开液体体积的关系时，需控制液体密度、所处液体的深度等因素不变；在探究浮力大小与所处液体的深度的关系时，需控制液体密度、排开液体的体积等因素不变。在结论描述时要注意语言的完整与规范，如一定要指明“……因素一定时”。 类型二 阿基米德原理的探究及应用3.科学探究：浮力的大小3.科学探究：浮力的大小(1)取一铁块，把它挂在弹簧测力计的挂钩上，如图甲所示。当铁块浸入水中的体积缓慢增大时，铁块受到的浮力________。
(2)探究“浮力大小与排开水的重力关系”的实验过程：①如图乙所示，用弹簧测力计测出石块的重力为F1；②如图丙所示，用弹簧测力计测出空小桶的重力为F2；③如图丁所示，把石块浸入盛满水的溢水杯中，用该烧杯承接从溢水杯里被排开的水，当石块全部浸入水中时，读出弹簧测力计的示数为F3；④如图戊所示，用弹簧测力计测出小桶和排开的水的总重力为F4。增大3.科学探究：浮力的大小用F1、F2、F3、F4表示，实验中测得石块所受的浮力为_________，排开水的重力为________。根据该实验的测量数据，可得出物体所受的浮力大小与排开水的重力的定量关系是____________________________________________。F1－F3F4－F2物体所受浮力的大小等于排开水的重力(或F1－F3＝F4－F2)3.科学探究：浮力的大小[解析] （1）图甲中，当铁块浸入水中的体积缓慢增大时，铁块排开水的体积变大，根据F浮＝ρ液gV排可知，铁块受到的浮力增大。（2）根据称重法可知，石块所受的浮力为F1－F3；排开水的重力为F4－F2；物体所受浮力的大小与排开水的重力的定量关系：物体所受浮力的大小等于排开水的重力（或F1－F3＝F4－F2）。3.科学探究：浮力的大小3.科学探究：浮力的大小例3 在弹簧测力计下悬挂一个金属零件，示数是7.4 N，当把金属零件浸没在密度为0.8×103 kg/m3的油中时，弹簧测力计的示数为6.6 N。求：(g取10 N/kg)
(1)金属零件所受浮力。
(2)金属零件的体积。
(3)金属零件的密度。 3.科学探究：浮力的大小3.科学探究：浮力的大小3.科学探究：浮力的大小科学探究：浮力的大小浮力大小浸在液体中的体积液体的密度 有关物体的密度物体所处的深度 无关阿基米德原理：F浮＝ρ液gV排 3.科学探究：浮力的大小3.科学探究：浮力的大小(1)铁块从位置1→2→3的过程中，弹簧测力计的示数_______，说明铁块受到的浮力_______；从位置3→4的过程中，弹簧测力计的示数_______，说明铁块受到的浮力_______。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(2)通过这一实验可以验证上述猜想______是正确的，猜想______是不正确的。(均填上面猜想的序号)变小变大不变不变④①3.科学探究：浮力的大小②①④③3.科学探究：浮力的大小(2)物体的重力G＝________N，物体浸没在水中后弹簧测力计的示数F＝________N，由此可得物体所受浮力F浮＝________N。
(3)物体排开的水所受的重力G排＝________N。
(4)比较F浮和G排的大小，可以发现：F浮________G排。4311＝3.科学探究：浮力的大小3．浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于_____________________，这就是著名的阿基米德原理。用公式表示为F浮＝______。又根据G＝mg，m＝ρV可得，G＝ρVg，所以浮力的推导式可以写为F浮＝________。阿基米德原理_______(选填“适用”或“不适用”)于气体。被物体排开的液体的重力G排ρ液V排g适用3.科学探究：浮力的大小4．在“阿基米德解开王冠之谜”的故事中，若王冠在空气中称时重5 N，浸没在水中称时重4.7 N，则这顶王冠浸没在水中所受的浮力为_______N，它排开的水重为_______N。0.30.33.科学探究：浮力的大小5．将金属块浸在水中，排开水的质量是0.8 kg，金属块受到的浮力是_______。(g取10 N/kg)
6．一物体浸没在水中，其排开水的体积为1×10－3 m3，则该物体所受的浮力为多少？(g取10 N/kg)8 N[答案] F浮＝ρ水V排g＝1.0×103 kg/m3×1×10－3 m3×10 N/kg＝10 N。3.科学探究：浮力的大小7．物体A浸没在水中时，排开水的重力为4 N，求：(g取10 N/kg)
(1)该物体受到的浮力F浮。
(2)该物体的体积V物。课堂反馈(十五)
[科学探究：浮力的大小]
1．在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”时，同学们提出了如下猜想：①可能跟物体浸没在液体中的深度有关；②可能跟物体的重力有关；③可能跟物体的体积有关；④可能跟物体浸入液体的体积有关；⑤可能跟液体的密度有关。
为了验证上述猜想，李明做了如图15－1所示的实验：他在弹簧测力计下端挂一铁块，依次把它缓缓浸入水中不同位置。在这一实验中：
图15－1
(1)铁块从位置1→2→3的过程中，弹簧测力计的示数________，说明铁块受到的浮力________；从位置3→4的过程中，弹簧测力计的示数________，说明铁块受到的浮力________。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(2)通过这一实验可以验证上述猜想________是正确的，猜想________是不正确的。(均填上面猜想的序号)
2．在“探究浮力的大小等于什么”的实验中：
(1)如图15－2所示的四个步骤，正确的操作顺序应是________。
图15－2
(2)物体的重力G＝________N，物体浸没在水中后弹簧测力计的示数F＝________N，由此可得物体所受浮力F浮＝________N。
(3)物体排开的水所受的重力G排＝________N。
(4)比较F浮和G排的大小，可以发现：F浮________G排。
3．浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于________________，这就是著名的阿基米德原理。用公式表示为F浮＝________。又根据G＝mg，m＝ρV可得，G＝ρVg，所以浮力的推导式可以写为F浮＝________。阿基米德原理________(选填“适用”或“不适用”)于气体。
4．在“阿基米德解开王冠之谜”的故事中，若王冠在空气中称时弹簧测力计的示数为5 N，浸没在水中时弹簧测力计的示数为4.7 N，则这顶王冠浸没在水中所受的浮力为________N，它排开的水重为________N。
5．将金属块浸在水中，排开水的质量是0.8 kg，金属块受到的浮力是________。(g取10 N/kg)
6．一物体浸没在水中，其排开水的体积为1×10－3 m3，则该物体所受的浮力为多少？(g取10 N/kg)
7．物体A浸没在水中时，排开水的重力为4 N，求：(g取10 N/kg)
(1)该物体受到的浮力F浮。
(2)该物体的体积V物。
详解详析
1.（1）变小 变大 不变 不变 （2）④ ①
2.（1）②①④③（或①②④③） （2）4 3 1
（3）1 （4）＝
3.被物体排开的液体的重力 G排 ρ液V排g 适用
4.0.3 0.3 5.8 N
6.F浮＝ρ水V排g＝1.0×103 kg/m3×1×10－3 m3×10 N/kg＝10 N。
7.（1）F浮＝G排＝4 N。
（2）由F浮＝ρ液V排g得，
V排＝＝＝4×10－4 m3，
因为浸没，所以V物＝V排＝4×10－4 m3。
