八年级物理第二卷10.3浮沉条件和物体的应用教案2(新教育版)

第3节 物体的浮沉条件及应用
 
 
导入一:
【播放视频】 “中国海上大阅兵”.
 
提出问题:为什么钢铁做成的轮船能浮在水面上?钢铁做成的潜水艇能在水中上浮和下潜呢?
引出课题:物体的浮沉条件及应用 .
学生观看视频:了解浮沉情况不同的浮力的应用,并思考问题.
[设计意图] 激发学生的学习兴趣和爱国情怀.
导入二:
创设情境,引入课题:
传说古罗马军队统帅狄杜有一次出师大捷,捉到不少俘虏,他命令把战俘全部投入死海,出乎意料的是战俘们不但没有下沉,反而一个个都平安地漂浮在海面上,全部被波涛冲回岸边.
 
人为什么能漂浮在海面上而不下沉呢?
[设计意图] 用故事引入课题,提出要解决的问题,激发学生学习兴趣.
 
一、物体的浮沉条件
思路一
1.演示实验: (1)水槽中的瓶子处于什么状态?
(2)猜一猜:一个大橙子和一个小西红柿同时放入水中,会出现什么情况呢?
 
小西红柿下沉.
想一想:是什么原因呢?
小组讨论交流:橙子体积大,V排就大,所受浮力就大.
(3)把一个大土豆和刚才的橙子同时放入水中放手后如图所示.  
议一议:为什么土豆排开水的体积比橙子大,它反而下沉了呢?到底物体的浮沉取决于什么呢?
由此能否知道物体的浮沉可仅由其所受的浮力决定?
讨论交流:土豆V排大,浮力大,其重力也大,得出物体的浮沉应该由F浮和G物共同决定的.
[设计意图] 通过学生猜测和亲身感受引起认知冲突,激发学生探究欲望.
2.受力分析
请分析浸没在水中的上浮的橙子、悬浮的瓶子、下沉的西红柿受力情况.
前提:物体完全浸没,即V排=V物.
 
受力分析并交流:橙子受到的浮力大于重力、西红柿受到的浮力小于重力、瓶子受到的浮力等于重力.
[设计意图] 通过学生自主受力分析、归纳总结浮沉条件,有利于学生对知识的理解,同时提升了学生的分析能力.
3.师生共同总结物体的浮沉条件:比较浮力与物体重力的关系.
上浮 F浮>G物
漂浮 F浮=G物
悬浮 F浮=G物
下沉 F浮
做一做:请将泡沫、木块、牙膏皮、小瓶、小西红柿、铁块放入水中,上浮的物体有哪些,下沉的物体有哪些?并分别放入两个烧杯中.
4.自主分析与交流:一个实心物体浸没在液体中,你能否根据物体密度与液体密度之间的关系,对物体的浮沉作出判断?
小组合作自主分析:G物=m物g=ρ物gV物,F浮=ρ液g V排.
根据浮力与重力的关系得出物体密度与液体密度之间的关系.
总结:上浮 F浮>G物 ρ物<ρ液
漂浮F浮 =G物    ρ物<ρ液
悬浮F浮 =G物    ρ物=ρ液
下沉F浮ρ液
想一想:漂浮与悬浮有什么共同点与不同点?
共同点:在平衡力的作用下静止不动;浮力等于重力.
不同点:漂浮是物体一部分浸入液体中,悬浮是整个物体浸没在液体中.密度关系也不同.
5.设置跟踪练习
把铁块放在水中时,铁块会    ; 放在水银中时铁块会    ,最终    .
[设计意图] 学以致用:解决问题巩固新知.
6.实验探究、合作研讨
思维升华:探究改变物体浮沉状态的方法.
请利用桌上器材(气球、铁钉、注射器、纸杯等)改变两烧杯中的物体的浮沉状态.
展示成果:(1)把牙膏皮做成船型(空心),就能浮在水面上,而且还能装载小西红柿.
(2)铁块放在纸杯里,或吹大的气球里.
(3)在烧杯里加适量的盐,鸡蛋会浮起来.
(4)在泡沫上穿几颗钉子,泡沫就沉下去了.
(5)用注射器抽小西红柿中的汁水.
引导总结:改变物体的浮沉状态的方法.
(1)改变浮力:改变V排 、改变ρ液.
(2)改变重力.
(3)同时改变浮力和重力.
现象释疑:为什么汤圆刚入锅时沉底了,煮熟了就浮到水面上了?
[设计意图] 通过学生自主探究改变浮沉条件的方法,既为下面浮沉条件的应用作铺垫,又锻炼了学生的思维.
分析、解答:汤圆熟了时变成空心的,增大排开液体的体积,从而增大浮力.
  [过渡语] 你能举出生活中应用这些改变浮沉条件的方法的事物吗?
思路二
问题1
浸没在液体中的物体都会受到浮力,但是有的物体要上浮,有的物体要悬浮,有的物体要下沉,这是为什么?你能画出图中物体所处几种状况下受力的情况吗?
 
引导学生从受力分析角度探讨问题.
先让学生对物体在液体中处于漂浮和悬浮状态时的情况进行受力分析,得出物体处于这两种状态时要满足浮力等于重力的条件.
物体的下沉与上浮是动态过程,为了使学生更好地接受,本节课用了一个小实验来探讨它们的受力条件:
(1)用细绳拉着一块小铁块,让铁块在水中静止,让学生对其进行受力分析;然后放手,再让学生对其进行受力分析,从而得出物体下沉条件.
在演示实验过程中,给予学生有效的引导,让学生有目的地观察实验.
(2)用手压着一木块,让木块在水中静止,让学生对其进行受力分析,然后放手,再让学生对其进行受力分析,从而得出物体上浮的条件.
[设计意图] 让学生自己开口说出实验现象,培养学生的表达能力.让学生对物体进行受力分析,培养学生的理论分析能力;利用多媒体课件解释物体的浮沉条件,将抽象的物理情境清晰地展现出来,有利于让学生把感性认识上升到理性认识.
总结出物体下沉与上浮条件,并将结论写在黑板上:
F浮>G时,物体上浮;
F浮=G时,物体悬浮,可停在液体内部任意位置;
F浮
F浮=G时,物体漂浮,有一部分体积露出液面.
问题2
浸没在液体中的物体,其排开液体的体积跟物体自身的体积相等,那么物体浮沉的情况是否可以用物体的密度跟液体的密度相比呢?(注:以上是只对实心物体而言的.)
引导公式:
F浮=ρ液gV排.
G物=ρ物gV物.
讨论分析,进行推导得出结论.
物体上浮:ρ物<ρ液.
物体悬浮:ρ物=ρ液.
物体下沉:ρ物>ρ液.
[设计意图] 由浅入深,层层递进,引导学生动脑思考,培养学生的逻辑思维能力和口头表达能力.
问题3
新鲜的鸡蛋在清水中要下沉,为什么?你能想办法让它悬浮吗?大家动手做做看.这是通过哪种方法来增大浮力,从而调节浮力和重力关系来实现悬浮的呢?增大浮力还有什么方法?
动手实验,大胆猜想.
鸡蛋的重力大于鸡蛋所受的浮力,鸡蛋的密度大于水的密度,所以鸡蛋下沉.向水中加盐,使盐水的密度大于鸡蛋的密度,鸡蛋因浮力大于重力而上浮.增大浮力还可以通过增大排开液体的体积的方法.
根据实验现象和课件图示,进行总结,深化理解.
二、物体浮沉条件应用
1.轮船工作原理
用密度比水大的钢铁制成的轮船却能浮在水面上,为什么?
思考回答:
利用学生展示的漂浮在水面的牙膏皮,可以把它看成一个小船,大家能不能说出轮船工作原理是什么?
轮船的工作原理:采用“空心”的办法增大排开液体体积增大可以利用的浮力,使船漂浮在水面.
演示实验:标记水到牙膏皮的位置为1,然后向里加入一个小西红柿标记水到牙膏皮的位置为2, 然后再向里加入一个小西红柿标记水到牙膏皮的位置为3……牙膏皮小船下沉到水底.  
学生观察实验
问题导学、自主学习:看来船还有一个运载能力的问题,实际是用什么来衡量船的运载能力的——引出排水量,追问:什么是排水量?
自主学习、回答问题:
轮船的大小是按排水量来区分的,排水量是轮船满载时的排开水的质量(m排),它等于船的质量和货物的质量之和.
跟踪典例剖析:一艘轮船排水量为2×104 t.请问它排开水的重力是多少?除此之外我们还可以计算出哪些物理量来?
总结:
 
[设计意图] 学生通过解决问题,提升对知识的认识,同时锻炼运用知识解决问题能力.
演示实验:把牙膏皮小船放入密度为1.0×10 3 kg/m3纯水中,标记水到牙膏皮的位置为S,然后再把它放入密度为1.1×103 kg/m3盐水中,牙膏皮小船会有什么变化?标记水到牙膏皮的位置为W.则W在S的    方.W,S叫轮船的吃水线.
交流、回答:牙膏皮会上浮一些.
想一想:一艘轮船从河里驶入海里,它受到的重力    .它受到浮力    .它排开水的体积    .(填“变大”“变小”或“不变”)
学生思考解答:不变、不变、变小.
剖析易错点:轮船漂浮,F浮 = G物,G物不变,F浮不变.
[知识拓展] 若已知轮船的排水量和自重,就可以算出它的最大载货量,因为轮船装有货物时,共受三个力的作用:G船,G货,F浮,它们之间的关系为:F浮=G船+G货,则G货=F浮-G船,而F浮=G排=m排g(m排为排水量),由此可以算出轮船最大载货量G货=G排-G船,m货=m排-m船.
2.潜水艇工作原理
合作探究:你能改变球形玻璃瓶的浮沉状态吗?
 
分组实验:先观察潜水艇模型,再合作实验.
交流方法:
(1)当将注射器气体压入球内时,球内的水量减少,球和球内的水的重力变小, G
(2)当注射器将球内的气体吸出时球内的水量增多,球和球内的水的重力变大 , G>F浮,球下沉.
播放动画:潜水艇的浮沉
 
问题导学:潜水艇在水下行驶过程中,它受到的浮力大小    ,下潜时向水舱中    ,潜水艇逐渐变    ,就逐渐潜入水中;上浮时,就用压缩空气将水舱中的水排出一部分,使潜水艇变    ,从而上浮.潜水艇的潜水和上浮是靠    来实现的.
观看课件,回答:不变;充水;重;轻;改变自身重力.
总结:潜水艇的工作原理:潜水艇的上浮、下潜和悬浮,是靠改变自身的重力来实现的.
反馈训练:某潜水艇从水面下10 m处一直下潜到100 m深的过程中,潜水艇受到水的压强将    ,浮力将    ;从长江潜行到东海浮力将    .
思考解答:变大、不变、变大.
  [过渡语] 在空气中能实现浮沉吗?    
3.气球和飞艇
设置情境:出示一薄塑料袋,展开释放,塑料袋下落;用嘴吹起塑料袋释放,塑料袋下落.
为什么不能升空?要想使它升空怎么办?
观察、思考回答:往里充密度小的氢气或加热里面的空气.
模拟实验:利用塑料袋和酒精灯模拟热气球,让各小组同时释放.
小组合作模拟实验:
 
课堂奖励:把一“许愿灯”奖励送给“热气球”升高最高的小组.
归纳总结:气球和飞艇工作原理:ρ气<ρ空气,使它受到的F浮>G物而升空.
[设计意图] 通过丰富多彩的探究活动,培养学生的动手能力、激发学习兴趣,使学生勇于探究日常用品或器件的物理原理,具有将科学技术应用于日常生活、社会中的意识.
想想议议:
( 1)要使充了氦气、升到空中的气球落回地面,可采用什么办法?
(2)要使热气球落回地面,可采用什么办法?
[知识拓展] 密度计(用来测量液体密度的仪器)是利用密度计漂浮在液面上的条件来测量的.
由于密度计的重力是一定的,漂浮在液面上时,所受浮力等于它的重力,但由于不同液体密度不同,因此V排有所不同,故密度计越往下端标出的密度值越大.
4.应用拓展
(1)打捞沉船
介绍方法:将几个充满水的大型浮筒沉入水底,用钢缆把浮筒与沉船紧紧地拴在一起,然后用高压空气把浮筒中水排出,沉船就随着浮筒一起浮出水面.
想一想:请解释这样打捞沉船的道理.
交流、回答:浮筒中水排出后重力大大减小,浮力却没有减小,即使拴上沉船也是 F浮>G,因此能浮上水面.
(2)盐水选种
交流盐水选种的道理:饱满种子的密度要大于盐水的密度而下沉.
(3)躺在“死海”里看书,这是什么原因呢?
交流、回答.
[设计意图] 开拓学生视野,激发学生对科学的求知欲及探求科学知识的兴趣,从物理走向生活.
 
 
1.用手把体积为5×10-4 m3的球浸没在水中,球受到的浮力是    N,若该球重为8 N,放手后这个球将    (选填“上浮”“悬浮”或“下沉”).(g=10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
解析:由阿基米德原理知,用手把体积为5×10-4 m3的球浸没在水中时,球受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×5×10-4 m3=5 N.如果该球重8 N,则G>F浮,根据物体的浮沉条件可知,放手后这个球将下沉.
【答案】 5 下沉
2.如图所示,先将半个西瓜皮轻轻放在水缸中,发现它漂在水面上,此时它受到的浮力大小为 ;然后把它按入水面下,发现它沉入水底,此时它受到的浮力大小为 .则 与 的大小关系是    (  )
 
A. >
B. =
C. <
D.无法比较
解析:西瓜皮的重力不变,在水中漂浮时受到的浮力等于自身重力,下沉后受到的浮力小于自身重力,所以 > ,故选A.
3.如图所示,有一质量分布均匀的物体,漂浮在水面上,有 的体积露出水面,将露出水面部分切去后,剩余浸在水中的部分将    (  )  
A.上浮    B.悬浮
C.下沉    D.无法确定
解析:其露出水面的那部分切去后,物体的密度不变,仍然小于水的密度,剩余部分物体仍漂浮,所以剩余浸在水中的部分将要上浮.故选A.
4.体积为60 L的救生圈,所受重力为50 N,体重为450 N的林林同学在水中使用这个救生圈,当他处于静止状态时,下列判断正确的是    (  )
A.人和救生圈没入水中,处于悬浮状态
B.人和救生圈漂浮,部分露出水面
C.人和救生圈沉入水底
D.以上情况都有可能
解析:当救生圈完全浸没在水中时,它所受的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×60×10-3 m3=600 N,林林同学在使用这个救生圈时,所受的总重力G=G人+G救生圈=500 N,所以救生圈不会完全浸没,而是在水面上漂浮,故选B.
5.密度计是用来测量液体密度的仪器,把两支完全相同的密度计分别放在甲、乙两种液体中,密度计静止时,两种液体的深度相同,如图所示.甲、乙两种液体对容器底的压强分别为p甲和p乙,密度计受到的浮力分别为F甲和F乙,则    (  )  
A.p甲

B.p甲

F乙
C.p甲>p乙 F甲=F乙
D.p甲>p乙 F甲
解析:两支密度计完全相同,即重力相同,在两种液体中都处于漂浮状态,根据漂浮的条件可知,F浮=G,所以密度计受到的浮力相等,即F甲=F乙;由题图可知,密度计在甲液体中排开液体的体积大于在乙液体中排开的液体的体积,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可得ρ液= ,在浮力相同时,V排大的液体密度小,即ρ甲<ρ乙,又根据液体压强公式p=ρgh可知,在两液体深度相同时,液体密度大的对容器底的压强大,即p甲

 
一、物体的浮沉条件:
密度关系    初始受力    三个过程    三种状态    最终受力
ρ液>ρ物    F浮>G    上浮    漂浮    F浮=G
ρ液=ρ物    F浮=G    静止    悬浮    F浮=G
ρ液<ρ物    F浮
  二、浮沉条件的应用:
1.轮船
2.潜艇
3.气球和飞艇
4.密度计
 
一、教材作业
【必做题】
教材第60页动手动脑学物理的1,3,4,5题.
【选做题】
教材第60页动手动脑学物理的2题.