10.3 物体的浮沉条件及应用（教学设计）-2022-2023学年八年级物理下册同步备课系列（人教版）

学而优教有方人教版八年级（下册）第十章浮力第3节物体的浮沉条件及应用（教案）年级八年级授课时间课题第3节物体的浮沉条件及应用教学目标1.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都处于不同的浮沉状态。2.运用物体的浮沉条件解释生产、生活中的一些现象，认识浮力知识在生产、生活中的应用价值。教材分析本节是在学习了阿基米德原理，认识了浮力产生的原因的基础上，从知识应用的角度学习物体浮沉条件的。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。本节由“物体的浮沉条件”和“浮力的应用”两部分内容构成。教学的重点是，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，并能运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。教科书以轮船、潜水艇、气球和飞艇为实例，让学生了解它们如何通过改变浮力或重力的大小实现浮沉。教学中，应注意引导学生运用浮力的知识解释生产、生活中常见的现象。教学器材教学过程教师活动学生活动导入新课【课堂引入】播放视频——《泰坦尼克号》片段。提出问题：这么大的轮船它是怎么漂浮在海面上的呢？撞击冰山后，为什么又沉入海底呢？物体的漂浮和下沉有什么条件？今天一起学习有关知识——《10.3物体的浮沉条件及应用》。学习新课一、物体的浮沉条件1.物体在液体中的三种状态【播放视频】——《实验：物体在液体中的三种状态》①物体在液体中有漂浮、悬浮和沉底三种状态。②物体在液体中三种状态的受力分析：漂浮悬浮沉底漂浮时，受到重力G与浮力F浮的作用，根据二力平衡条件知，这两个力是一对平衡力，F浮=G悬浮时，受到重力G与浮力F浮的作用，根据二力平衡条件知，这两个力是一对平衡力，F浮=G沉底时，受到重力G、浮力F浮与支持力的作用，这三个力平衡：F浮=G-F支2.物体的浮沉条件【提出问题】物体在液体中，为什么有的漂浮、有的悬浮、有的沉底呢？【师生共同进行】①根据物体的受力情况分析判断物体的浮沉条件：以浸在水中的鸡蛋为例分析：把鸡蛋浸入水中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用，这两个力的方向相反、作用在同一直线上，鸡蛋的浮沉就取决于这两个力的大小。根据二力平衡条件进行分析：（a）若浮力F浮大于重力G，则鸡蛋会上浮，最后漂浮。（b）若浮力F浮等于重力G，则鸡蛋会悬浮，可停在液体内部任意位置。（c）若浮力F浮小于重力G，则鸡蛋会下沉，静止在水底。②比较物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉当物体浸没在水中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用。物体浸没在水中时：V排=V物=V；浮力的大小：F浮＝ρ液gV排＝ρ液gV；重力的大小：G＝ρ物gV物＝ρ物gV（a）当F浮＞G时，得出ρ液＞ρ物，物体上浮；（b）当F浮=G时，得出ρ液=ρ物，物体悬浮；（c）当F浮＜G时，得出ρ液＜ρ物，物体下沉。③悬浮和漂浮的比较：（a）相同点：都是静止的平衡状态，所受力是平衡力：F浮＝G物．（b）不同点：悬浮是物体完全浸没在液体中，V排＝V物，ρ物＝ρ液；漂浮是部分浸没，V排<V物，ρ物<ρ液。播放视频——《用阿基米德原理推导物体的浮沉条件》【例题1】如图，碗可以漂浮在水面上，也可以沉入水底，下列说法正确的是（）A．碗沉入水底时比漂浮在水面上时的浮力小B．碗沉入水底时受到的浮力等于它的重力C．碗沉入水底时比漂浮时所受的浮力变大了D．碗沉入水底时容器底部受到水的压强变大了【答案】A【解析】ABC．碗沉入水底时，碗受到的浮力小于碗的重力；碗漂浮时，碗受到的浮力等于碗的重力，由于重力不变，所以碗漂浮时受到的浮力大于碗沉入水底时受到的浮力，故A正确，BC错误；D．碗漂浮时受到的的浮力大于碗沉入水底时受到的浮力，则碗漂浮时排开水的体积大于碗沉入水底时排开水的体积，即碗漂浮时容器中水的深度较大，根据p=ρgh可知，碗沉入水底时容器底部受到水的压强变小了，故D错误。所以选A.观看视频，知道物体在液体中有漂浮、悬浮和沉底三种状态。对物体进行受力分析，根据二力的平衡条件，得出三种状态下浮力与重力的关系.与老师一起，根据物体的受力情况分析归纳出物体的浮沉条件。进行推导得出：通过比较物体密度与液体密度的关系判断物体的浮沉.思考悬浮与漂浮的区别与相同点.观看视频，进一步理解掌握物体的浮沉条件.做例题并进行交流回答。学习新课二、浮力的应用【演示实验】盐水浮鸡蛋水盐水①现象：鸡蛋放在清水中先是沉底；加盐后，鸡蛋上浮直至漂浮在水面上；再加清水后，鸡蛋又下沉直至沉底。②分析：鸡蛋受到的重力不变。鸡蛋的状态发生了变化，是因为浮力发生了变化，而浮力变化的原因是液体的密度ρ液变化。③结论：通过改变重力或浮力的大小，可以改变物体的浮沉状态。中国古代很早就将浮力用于生产、生活中。从独木舟到郑和出使西洋用的大型”宝船“船队，从孔明灯到浮船打捞技术，从盐水选种到密度计，都体现出中华民族的智慧。1.轮船【提出问题】轮船是钢铁制成的，钢铁的密度远大于水的密度，为什么可以漂浮在水面上，还能承载那么多货物呢？【演示实验】想想做做——制作橡皮泥小船橡皮泥的密度比水的密度大橡皮泥放入水中会下沉。怎么使它漂浮在水面？看看谁做的船能承载更多的重物？橡皮泥漂浮能承载重物的橡皮泥船【播放视频】——《能承载重物的橡皮泥船》橡皮泥做成瓢状，它所受的重力没变，但排开水的体积变大了，因而受到的浮力变大了，所以能浮在水面上，轮船就是根据这个道理制成的。①轮船的工作原理：利用“空心”的方法，增大可以利用的浮力，漂浮在水面上，F浮=G②轮船的排水量m排：指轮船满载时排开水的质量.∵轮船漂浮，∴浮力与轮船的总重力是一对平衡力：F浮=G物船根据阿基米德原理，浮力等于排开水的重力：F浮=G排水所以轮船总的重力等于排开水的重力：G排水=G物船m排水=m物船即轮船的排开水量等于等于轮船和货物的总质量。【例题2】一艘轮船的排水量是104t，在密度是1.0×103kg/m3的河水中航行，它满载时排开水的体积是多大？如果该轮船从长江驶入大海（海水密度为1.03×103kg/m3）中航行，它排开海水的体积是多大？它从江河驶入海中是上浮一些还是下沉一些？【解析】满载时排开水的质量是m=104t=107kg排开水的体积V轮船从长江到大海都是漂浮，根据二力平衡条件可知：浮力等于船与货物的总重力，F浮=G船+G物，是不变的；根据阿基米德原理：F浮=ρ液gV排，浮力不变，海水的密度大，因此轮船排开海水的体积小，所以从江河驶入海中是上浮一些。2.潜水艇【实验】按图用注射器、试管、软管、短玻璃管等器材自制一个潜艇模型，把模型浸在水中，从管中抽气，模型将怎样运动？向管中打气，模型又会怎样？①实验现象：吸气时，水逐渐进入“潜水艇”中，“潜水艇”下沉。吹气时，“潜水艇”内的水被排出，“潜水艇”上浮。②分析：“潜水艇”在水面以下时，排开水的体积不变。根据阿基米德原理，“潜水艇”受到的浮力大小不变。吸气时，水进于“潜水艇”，重力变大，F浮＜G物，所以下沉。吹气时，水从“潜水艇”中排出，重力变小，F浮＞G物，所以上浮。③潜水艇的浮沉原理：是靠改变自身的重力上浮和下潜的。【播放视频】——《潜水艇的浮沉》3.气球和飞艇①原理：内部充有密度小于空气的气体（如氢气、氦气或热空气），使浮力大于重力而升空。②飞艇：通过改变自身体积，从而改变排开气体的体积实现上升和下降。③热气球：体育、娱乐活动中用的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气。利用热空气密度小，空气受热膨胀，热气球体积增大，也就是增大V排达到增大浮力的作用，调节气囊中的空气的温度，可控制气球的升降。【想想做做】做一个塑料袋热气球取一个大的薄塑料袋，袋口用很细的铜丝框成一个圆口，开口朝下，用电吹风向袋内吹热空气。放手以后，塑料袋热气球便冉冉上升。【播放视频】——《热气球》4.密度计①密度计是测量液体密度的仪器。②构造：密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管，管的下部装有少量密度较大的铅丸。密度计例题3图③原理：密度计放在液体中都是漂浮的，因此受到的浮力始终等于它受到的重力且不变，F浮=G。根据F浮=ρ液gV排可知，F浮不变，把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积小，上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积就大，下沉一些。所以密度计的刻度从下往上的示数是越来越小的。【播放视频】——《密度计》【例题3】如图所示，用同一支密度计分别测量甲、乙两种液体的密度，下列说法正确的是（）A．密度计在乙液体中所受的浮力大B．乙液体的密度大于甲液体的密度C．密度计上的刻度值上大下小D．密度计在甲、乙两种液体中所受的浮力相等【答案】D【解析】AD．因为同一支密度计在甲、乙两种液体中都是漂浮，根据物体的浮沉条件得，在甲、乙两种液体中浮力都等于重力，即浮力相等，故A错误，D正确；B.根据F浮=ρ液体gV排：∵V乙排＞V甲排，∴密度ρ甲＞ρ乙，故B错误；C．由B知，甲所示的刻度大于乙图所示的刻度，所以密度计的刻度是上小下大，故C错误。所以选D。做例题并进行交流，加深对轮船有关问题的理解。进行实验，观看视频，了解潜水艇的浮沉原理.进行实验，观看视频，了解气球的升空原理.观看视频，了解密度计的原理及特点.做例题并进行交流，加深对密度计原理的理解。课堂练习课堂练习1．重为15N的物体，浸没于装满水的容器中后，溢出了5×10-4m3的水。则此物体是（）A．浮在水面上B．沉到水底C．悬浮在水中D．以上几种情况都有可能【答案】B【解析】物体受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg因为F浮＜G物，所以物体下沉。所以选B。2.如图所示，同一潜水艇浮在水面时受到的浮力为F1，底部受到水的压强为P1。潜入水中时受到的浮力为F2，底部受到水的压强为P2。下列选项中正确的是（）A．F1=F2P1<P2 B．F1=F2P1>P2C．F1>F2P1>P2 D．F1<F2P1<P2【答案】D。【解析】同一潜水艇浮在水面时，排开水的体积变小，受到的浮力变小；浮在水面时，底部所处深度变小，受到的压强也变小。所以D选项正确。所以选D.3．潜水艇是靠改变___________实现浮沉的。一艘潜水艇排水量为3090t，在海面下某一深度巡航时，它所受到的浮力大小为_______N；当它在海面下继续下潜的过程中，它所受到的浮力大小将_____（填“变大”、“变小”或“不变”）（g取10N/kg，ρ海水＝1.03×103kg/m3）【答案】自身重力，3.09×107，不变。【解析】潜水艇是靠改变自身重力实现浮沉的。在海面下某一深度巡航时，它所受到的浮力大小等于排开水的重力F浮=G排=mg=3.090×106kg×当它在海面下继续下潜的过程中，它所受到的浮力大小将不变。4.如图所示，木头、鱼、水底的石头均处于静止状态，下列说法正确的是（） A．水对石头的压强比对木头的小B．木头受到的浮力大于它自身的重力C．鱼受到的浮力等于它自己的重力D．石头受到的浮力等于它自身的重力【答案】C.【解析】B.木头漂浮，受到的浮力等于它自身的重力，B错误；C.鱼悬浮，受到的浮力等于它自身的重力，C正确；AD.石头沉底，受到的浮力小于自身的重力，同时，受到水的压强最大，AD错误.所以选C。5.如图所示，A、B两物体静止在水中，则（）A．两物体受到的浮力一定相等；B．两物体受到的浮力不等，A物体受到的浮力大；C．两物体的密度不等，B物体的密度大；D．两物体的重力不等，B物体的重力大【答案】C.【解析】A、B两物体静止在水中，A是漂浮，则A的密度一定小于水的密度；B是悬浮，则B的密度一定等于水的密度，所以两物体的密度不等，B物体的密度大。因不知两物体体积的大小，所以不能判断重力与浮力的大小，也无法比较重力与浮力的大小关系。故C选项正确，其他选项都错误。6.把一块实心金属放入盛满酒精的杯中，从杯子中溢出8g酒精；若将该金属放入盛满水的同样的杯子中，从杯中溢出水的质量是（）A．大于8gB．等于8gC．小于8g D．无法确定【答案】A.【解析】∵实心金属块的密度大于水的密度，∴金属块放入水和酒精中都要下沉，则排开水和酒精的体积相同。根据m=ρV，ρ水＞ρ酒精得出m水＞m酒精，即排开水的质量大于排开酒精的质量．所以A选项正确。7．如图所示，质量相等的物体A、B分别漂浮在水、酒精中，已知ρ水＞ρ酒精，两物体所受浮力分别为FA、FB，则FAFB；两物体所排开液体的体积分别为V水、V酒精，则V水______V酒精（均选填“大于”“等于”或“小于”）。【答案】等于；小于.②根据F浮A=F浮B即ρ水gV排水=ρ酒精gV排酒精∵ρ酒精<ρ水，∴V排酒精>V排水8.2019年12月17日，我国自主建造的第一艘国产航母——山东舰（如图），正式交付海军。该舰满载时标准排水量为5万吨，可同时停放36架歼­15舰载机。若每架舰载机质量为25吨。求：（海水的密度取1.03×103kg/m3，g取10N/kg）①在标准排水量时，航母所受的浮力。②当36架舰载机全部飞离航母后，航母排开海水的体积减少了多少？（结果保留一位小数）【答案】①5×108N；②873.8m3。【解析】①航母处于漂浮状态，在标准排水量时，航母所受的浮力：F浮＝G总＝m排g＝5×107kg×10N/kg＝5×108N

②36架舰载机全部