1.3水的浮力（第2课时）（导学案）八年级科学上册高效课堂（浙教版）

1.3水的浮力（第2课时）（导学案）【学习目标】1.探究浮力大小的影响因素；2.掌握阿基米德原理；3.能运用阿基米德原理进行计算。【学习重点】阿基米德原理；【学习难点】阿基米德原理的应用。【自主学习】（此模块是回顾与预习）1.浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，与跟物体本身的体积、密度、形状、浸没在液体中的深度、在液体中是否运动、液体的多少等因素无关。2.阿基米德原理：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3.浮力的计算方法①压力差法：F②称重法：③阿基米德原理：F④二力平衡法：物体漂浮或悬浮在水中，处于静止状态，受到平衡力，此时：F【课堂探究】一、浮力大小的影响因素1.阿基米德的检测方法阿基米德依次把王冠和等重的纯金放到盛满水的盆中，通过比较溢出的水量，得知王冠中掺了银子。上节课通过两个活动我们感受到浮力的存在，并获得测量浮力的一种方法，但浮力的大小究竟跟哪些因素有关呢？由阿基米德检验皇冠的方法，我们可以猜测，浮力的大小跟物体排开液体的多少有关，在将塑料瓶逐渐压入水中的过程中，我们会感觉到手受到的阻力逐渐增大，故浮力大小可能与排开液体体积有关，死海中含有较多的盐分，溶液密度比水大得多，人在死海中可以飘在水面上，而在水中会下沉。故浮力也可能与溶液密度有关，还可能与液体深度有关，根据以上猜想我们可以设计实验进行探究。2.实验探究：浮力大小的相关因素【猜想与假设】浮力大小可能与液体的密度、固体浸入液体的体积和固体浸入液体的深度等因素有关。【实验方法】控制变量法【实验器材】弹簧测力计、烧杯、金属块、水、酒精等。【实验1】浮力大小可能与液体密度有关【实验步骤】用弹簧测力计测出金属块的重力G，将金属块分别浸没在水、盐水、酒精中，保持深度相同，浸没的物体体积相同，观察弹簧测力计示数，计算并比较浮力的大小。如图所示。结论：浸在液体中的物体所受的浮力与液体的密度有关。液体密度越大，所受浮力越大。【实验2】浮力可能与物体浸入液体的体积有关【实验步骤】用弹簧测力计测出金属块的重力G，改变物块浸没的体积，观察弹簧测力计示数，计算并比较浮力的大小。如图所示。结论：浸在液体中的物体所受的浮力与物体浸没的体积有关。物体浸入部分越多，排开的水的体积越大，所受浮力越大。【实验3】浮力可能与物体浸入液体的深度有关【实验步骤】用弹簧测力计测出金属块的重力G，将物块全部浸入水中，改变物块浸入的深度，观察弹簧测力计示数，计算并比较浮力的大小。如图所示。结论：浮力的大小跟物体在液体中的深度无关。由以上实验可知，浮力大小与液体密度、物体浸入液体的体积有关，浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大。由于液体浸入液体的体积等于物体排开液体的体积。根据公式m=ρV，液体密度×物体排开液体的体积=物体排开液体的质量故浮力可能与物体排开液体的质量（或重力）有关，那么他们具体是什么关系呢？我们可以设计实验进行探究。3.实验探究：浮力的大小跟物体排开液体所受重力的关系【猜想与假设】浮力的大小跟物体排开的液体所受的重力可能相等。【制订计划与设计实验】用称重法测出物体在水中受到的浮力，同时测出物体浸在水中时排开液体的重力，然后比较二者之间的数量关系。【实验器材】弹簧测力计、水、细线、溢杯、小桶、大小不同的物块若干。【进行实验】（1）如图甲所示，用弹簧测力计分别测出某物块和空桶所受的重力G和G1。（2）如图乙所示，把该物块浸没在盛满水的溢杯中，读出此时弹簧测力计的示数F。同时，用小桶收集物块排开的水。（3）如图丙所示,用弹簧测力计测出小桶与物块排开的水所受的总重力G2。（4）更换大小不同的物块做实验，并将数据记录在下面的表格中。注意：①注入溢杯中的水的液面必须至溢杯口，只有这样，溢出水的体积才等于物体排开水的体积。②为减小实验误差，要先测空桶的重力，再测小桶和排开的水的总重力。【分析结论】由表格数据可知，F实验次数123物块重力G/N234物块浸没弹簧测力计示数F/N11.52浮力F浮/N11.52空桶重力G1/N0.50.50.5物块排开水和桶的总重力G2/N1.522.5物块排开水的重力G排/N11.52二、阿基米德原理及应用1.阿基米德原理在检测皇冠实验的基础上，阿基米德继续深入研究，结果发现了著名的浮力原理——阿基米德原理。阿基米德原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注意事项①不但液体会产生浮力，气体也会产生浮力。阿基米德原理同样适用于气体浮力的计算。②原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态：a.物体全部浸入液体中，V排液＝V物；b.物体的一部分浸入液体中，V排液＜V物。③浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，与跟物体本身的体积、密度、形状、浸没在液体中的深度、在液体中是否运动、液体的多少等因素无关。2.阿基米德原理的应用【例】在抗洪抢险中，某村民自制了一个总体积0.7米3（1）此时竹筏受到的浮力有多大？（2）要使水对竹筏产生4500牛的浮力，竹筏应有多大的体积浸入水中？解：（1）竹筏放在河水中时，排开河水的体积为：V排根据阿基米德原理，可得此时竹筏受到的浮力为：F浮（2）已知F浮=4500牛，V排=答：（1）竹筏放在水中时受到的浮力为1372N；（2）竹筏应有约0.46m3浮力的计算方法①压力差法：F②称重法：F③阿基米德原理：F④二力平衡法：物体漂浮或悬浮在水中，处于静止状态，受到平衡力，此时：F用弹簧测力计测量物体的密度①用弹簧测力计测量物体的重力G；②用弹簧测力计吊着物体，将物体浸没在水中时，记下弹簧测力计的示数F；③计算：F浮=G-F，V物故ρ=【自我测评】典例1小黄用装有沙子的带盖塑料瓶探究浮力的影响因素。小黄先用弹簧测力计测出塑料瓶和沙子的总重力，然后将塑料瓶缓慢浸入液体的不同深度，步骤如图B、C、D、E所示，液体均未溢出，弹簧测力计示数如图所示：（1）在步骤C中物体所受的浮力为N；（2）比较实验（填序号），可得出浮力的大小与液体密度有关；（3）为探究浮力大小与物体重力是否有关，小黄将瓶子中的沙子倒掉一些以减小物体重力。接着他仿照步骤D进行实验，发现测力计示数为1.6N；再次倒掉一定量的沙子，重复以上步骤，示数小于1.6N。小黄便认为浮力大小与重力有关。他在该实验环节中存在的问题是。【答案】（1）1（2）CE（3）没有测出此时瓶子（含有沙子）的重力【解析】（1）根据A、C两图所测的实验数据，可知物体此时所受的浮力F浮=GF示=2.8N1.8N=1N；（2）由图ACE可知，物体排开液体的体积相同，液体的密度不同，弹簧测力计的示数不同，由称重法可知浮力不同，浮力大小与液体的密度有关；（3）实验中用称重法获得物体受到的浮力，在探究浮力与物体重力之间的关系时，重力一直在改变，因此需要每次实验重新测量重力，计算出对应的浮力。典例2现有一形状不规则的金属块，小明同学用弹簧测力计、细线、烧杯、水，测出了金属块的密度。（1）请将实验步骤补充完整：①用细线系住金属块，用弹簧测力计测出其重力G。②。③金属块密度的表达式为ρ=（已知水的密度为ρ水）（2）实验反思：在实验中，要使测力计的示数有明显的变化，金属块的体积应该（选填“大一些”或“小一些”）。【答案】（1）将金属块浸没水中，记下弹簧测力计示数F（2）GG-F【解析】（1）实验步骤：①用细线系住金属块，用弹簧测力计测出其重力G；②将金属块浸没水中，记下弹簧测力计示数F；③金属块的质量：m=Gg，当金属块全浸入由阿基米德原理可得，金属块的体积V=V所以金属块密度的表达式为ρ=m（2）由GF=F浮，可知要使测力计的示数有明显的变化，即要增大金属块浸没时受到的浮力，由阿基米德原理可知应增大金属块的体积。典例3如图甲为盛水的烧杯，上方有弹簧测力计悬挂的圆柱体，将圆柱体缓慢下降，直至将圆柱体全部浸入水中，整个过程中弹簧测力计示数F与圆柱体下降高度h变化关系的图像如图乙所示，g取10N/