1.3水的浮力（第3课时）（教学设计）八年级科学上册高效课堂（浙教版）

1.3水的浮力（第3课时）（教学设计）年级八年级授课时间课题1.3水的浮力（第3课时）教学目标科学观念：探究物体的浮沉条件；掌握物体浮沉条件的应用。科学思维：用力和运动的关系推导出物体在液体中的浮沉条件，并推导出密度层面的物体在液体中的浮沉条件。探究实践：会用物体浮沉条件解释有关现象，解决简单的实际问题；根据物体的沉浮条件的学习培养理论和实际结合的能力。态度责任：通过探究活动培养对科学的求知欲，培养学生交流、合作以及实事求是的科学态度和勇于创新的精神；通过认识浮力，引发学生对浮力在生活中利用的思考，鼓励学生思考如何利用浮力方便我们的生活。教学重难点重点：物体的沉浮条件；难点：用物体的沉浮条件解决实际问题。学情分析本节内容选自浙教版八上第一章第3节，本节主要内容：通过观察实验现象和日常的生活体验得出所有液体对浸入其中的物体产生向上的浮力。测量物体受到的浮力大小。探究影响浮力大小的因素。对浮力的探究是通过三个探究活动展开的，即“浮力的存在，浮力的大小，影响浮力大小的因素”。浮力知识对人们的日常生活，生产技术和科学研究有着广泛的现实意义。体现在它的实用性，由于浮力知识在工业、农业、国防等各方面都有广泛的应用，如船舶工业、农业上的盐水选种，气象上的探空气球、军事上的潜水艇等等。本节教学内容具有探究性，虽然浮力现象我们并不陌生，但浮力大小的测量、浮力大小与哪些因素有关我们并不熟悉，这留给我们很大的探究空间。本节内容拟用3课时完成，第1课时主要内容是认识浮力，了解浮力的概念及成因；第2课时主要内容是探究浮力大小的影响因素及阿基米德原理；第3课时主要内容是物体沉浮条件及其应用。教学准备课件、课本、活动器材等教学过程教师活动学生活动新课导入物体在液体中有不同的状态，如轮船在江河湖海中可以漂在海面上，而潜水艇可以在水下自由航行，可以自由的上浮、下沉，泰坦尼克号撞击冰山后沉在海底，那么为什么会出现这些现象呢，他们受到的浮力有什么变化呢？接下来我们一起来分析一下物体沉浮的条件。新知讲授一、物体沉浮的条件我们曾经做过如图所示的实验：将一只鸡蛋放在盛有清水的烧杯里，鸡蛋将沉入杯底。但逐渐将食盐溶解在水中后，鸡蛋将会悬浮在盐水中，最终上浮到液面。为什么鸡蛋在含盐量不同的液体中会出现不同的浮沉状态呢？物体在液体中的浮沉状况是由什么条件决定的？首先，我们要知道，物体在液体中存在三种状态，两个过程，三种状态分别是漂浮、悬浮、沉底，两个过程分别是上浮、下沉，上浮的最终结果是漂浮，下沉的最终结果是沉底。对物体进行受力分析：浸没在液体中的物体，受到两个力：竖直向下的重力和竖直向上的浮力。根据物体所受浮力和重力大小的不同，物体的浮沉出现不同的情况：上浮和下沉都属于运动状态，受非平衡力的作用。上浮的最终结果是漂浮，在物体逐渐冒出水面的过程中，𝑉排逐渐减小，根据F浮悬浮时，物体可以停留在液体中的任意深度。下沉的最终结果是沉底，物体沉底时受到向上的浮力和支持力，向下的重力。上浮下沉悬浮漂浮沉底FFFFFρρρVρVρ向上运动或向下运动，受非平衡力作用液体中的任意处均可悬浮上浮的最终状态下沉的最终状态静止状态，受平衡力作用适用于实心的物体根据物体和液体之间的密度关系、重力和浮力的关系。我们可以推出物体在液体中的运动情况。反之，根据物体在液体中的状态，也可以推出浮力和重力关系、物体和液体的密度关系。如石块不论多小，在水中总会下沉，这是因为石块密度大于水的密度；冰块不论多大，在水中总会漂着，这是因为冰块密度比水小。生活中如盐水选种也是利用这个知识。思考与讨论：请根据物体浮沉的条件，对图中鸡蛋的浮沉状况作出解释。将一只鸡蛋放在盛有清水的烧杯里，鸡蛋所受重力大于浮力，故鸡蛋将沉入杯底。但逐渐将食盐溶解在水中后，溶液密度增大，根据F浮思考与讨论：物体的浮沉是一个常见的现象，生活中有大量的现象都可以用物体浮沉的条件做出解释。你见过煮汤圆或饺子的情景吗？当汤圆或饺子刚放入水中时，会沉入锅底。而当汤圆或饺子煮熟时，则会浮出水面。这是为什么？汤圆刚放入水中时，汤圆所受浮力小于重力，所以汤圆沉入水底。煮熟时，汤圆受热膨胀，排开水的体积增大，所受浮力增大，重力不变，所以浮力大于重力，汤圆上浮。【例】一个体积为45dm3、质量为46.35kg的密封铁箱，不慎掉入海里。它将下沉到海底，还是悬浮在海水中，或是上浮到海面？如果这只铁箱掉在河里，又将如何？（已知海水的密度为1.03×解：铁箱受到的重力G=mg=46.35kg×9.8根据阿基米德原理，当铁箱完全浸没在海水中时受到的浮力为：F浮根据物体浮沉的条件，因为F浮如果铁箱是掉在河水中，因为河水的密度比海水小，可见铁箱完全浸没在河水中时受到的浮力要小于454.23N，即小于铁箱受到的重力，所以铁箱将会下沉到河底。答：铁箱将会悬浮在海水中。若是掉在河水中，铁箱将会沉入河底。二、物体沉浮条件的应用物体浮沉的条件不但可以用来解释许多生活现象，而且在生产、生活和科研上也有许多重要的应用。1.密度计（1）结构：下粗上细的玻璃管，下部的玻璃泡内装入小铅丸或汞，使重心下移密度计更稳定。（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①密度计上所示的数值代表被测液体的密度与水的密度的比值。注意：密度计没有零刻度。②上面读数小，下面读数大。（将同一支密度计放入不同液体中，浮力相等，均等于密度计重力，则液体密度越大，V排越小，密度计浸没的长度越短，故刻度上小下大。）③刻度不均匀，上疏下密。（密度计下粗上细，改变相同的V排时，上方细管浸入长度更长，故刻度不均匀，上疏下密，但在计算时常把密度计看作粗细一致的圆柱体。）2.轮船（1）原理：漂浮原理，即F浮=G，若不改变船的总重力，在不同水域浮力不变，ρ液改变，V排发生改变，若在同一水域行驶，改变船重，则浮力改变（浮力一直等于重力）。（2）结构：用密度比水大的钢板制成的轮船，由于船体中间很大部分是空的，可以排开更多的水，获得更大的浮力，从而能漂浮在水面上。轮船的大小通常用排水量表示，排水量是轮船满载时排开水的质量，由于F浮==G思考与讨论：（1）轮船的大小常用排水量来表示，所谓排水量就是轮船装满货物时排开水的质量。一艘轮船自身的质量为0.7万吨，它的排水量为1.8万吨，则它最多可运载多少货物？货物质量=排水量船身质量=1.8万吨0.7万吨=1.1万吨（2）一艘轮船从江河驶入大海后受到浮力如何变化？排开水的体积如何变化？轮船漂浮，浮力一直等于重力，故浮力不变；海水密度比河水大，故V排减小。3.潜艇原理：潜艇完全浸没时，V排不变，同一水域液体密度不变，则浮力不变。潜艇靠改变自身重力来实现上浮和下沉。当潜艇水舱向外排水，重力减小，当F浮＞G时，潜艇上浮；当向水舱中充水时，潜艇自身的重力增大，当F浮＝G时，可悬浮于某一深度航行；水舱中继续充水，重力继续增大，当F浮＜G时，潜艇下潜。活动：潜艇浮沉的模拟实验1.如图所示，玻璃球的顶部和底部各有一个小孔，顶部小孔通过橡皮管与针筒相连。开始时球内装满水，沉入水下。2.将针筒的活塞向内推，使玻璃球内的水从底部小孔压出，观察玻璃球的运动状况。玻璃球重力减小，浮力大于重力，小球上浮3.将针筒的活塞向外拉，使水从底部小孔进入玻璃球内，观察玻璃球的运动状况。玻璃球重力增大，浮力小于重力，小球下沉4.热气球和气艇热气球和气艇都是靠空气的浮力升空的。热气球是由于球内热空气的密度比球外冷空气的小，使得热气球受到空气的浮力大于重力，从而能在空气中上升；气艇内充有氢气或氦气等密度比空气小的气体，使其自身重力小于所受空气的浮力，从而能在空气中上升。早期的气艇充的都是易燃的氢气，后来发生了几次氢气爆炸事故，使人们改用了氦气。课堂练习典例1如图所示，将一个生鸡蛋放入盛有清水的烧杯中，然后逐渐向水里添加食盐并轻轻搅拌，观察发生的现象。下列说法错误的是（）A.生鸡蛋刚放入时，会沉入水底，说明生鸡蛋的密度大于水的密度B.生鸡蛋最初在杯底静止时，所受的力有三个C.添加食盐后，生鸡蛋会上浮，在上浮的过程中，生鸡蛋受力平衡D.最后生鸡蛋会漂浮在水面，此时生鸡蛋所受浮力等于生鸡蛋的重力【答案】C【解析】A.将一个生鸡蛋放入盛有清水的烧杯中，最初鸡蛋沉入水底，说明受到的浮力小于重力，说明生鸡蛋的密度大于水的密度，故A正确，不符合题意；B.生鸡蛋最初在杯底静止时，由于所受的浮力小于重力，所以还受到了烧杯底的支持力，故B正确，不符合题意；CD.逐渐向水中加入食盐时，盐水的密度变大，由F浮=ρ液gV排知道，鸡蛋所受浮力逐渐增大，当液体密度等于鸡蛋的密度时（浮力与重力相等），鸡蛋处于悬浮状态，若液体密度再增大(浮力再增大，大于重力)，鸡蛋会上浮，最后漂浮在水面上，此时浮力等于鸡蛋的重力，盐水的密度再变大，浮力不再发生变化，故C错误，符合题意，D正确，不符合题意。故选C。典例2（1）质量相等的A、B、C三球，放于同一液体中静止后如图，可知密度最小的是球，受浮力最小的是球。（2）A、B、C为体积相同的实心球，放入盛有某种液体的容器中，从图可知：球的密度最大，球所受的浮力最小。【答案】（1）A；C（2）C；A【解析】（1）密度比较，看状态：A漂浮：ρA＜ρ液；B悬浮：ρB=ρ液；C沉底：ρC＞ρ液，故ρA＜ρB＜ρC，故A的密度最小；质量相等，看状态：质量相等，则重力相等，A漂浮：F浮A=G，B悬浮：F浮B=G，C沉底：F浮C＜G，则F浮A=F浮B＞F浮C，故C的浮力最小；（2）C的密度最大；体积相等，看V排：根据阿基米德原理，由于V排A＜V排B=V排C，故F浮A＜F浮B=F浮C。故A的浮力最小。典例3如图是我国自主研发的第一艘航母“山东舰”海上进行科目训练的场景。下列说法正确的是（）A.航母能漂浮在海面上是因为它受到的浮力大于它的总重力B.舰载机飞离航母后，航母所受的浮力不变C.舰载机飞离航母后，航母船身相对于水面会下沉些D.航母是采用“空心”的方法增大了可利用的浮力【答案】D【解析】AB.由沉浮条件知，漂浮在海面上的航母受到的浮力等于总重力，当舰载机飞离航母后，航母的总重力减小，航母所受的浮力变小，故AB错误；C.舰载机飞离航母后，航母的总重力减小，航母所受的浮力变小，由F浮=ρ液gV排可知，海水的密度不变，航母排开水的体积减小，航母船身相对于水面会上浮些，故C错误；D.航母是采用空心的办法增大排开液体的体积，从而增大可以利用的浮力，故D正确。故选D。课堂小结1.物体沉浮条件上浮下沉悬浮漂浮沉底FFFFFρρρVρVρ向上运动或向下运动，受非平衡力作用液体中的任意处均可悬浮上浮的最终状态下沉的最终状态静止状态，受平衡力作用2.沉浮条件的应用（1）密度计原理：物体漂浮原理；同一支密度计测量不同液体密度时，密度计重力不变，故浮力不变，由于液体密度不同，V排改变。结构：下粗上细的玻璃管，下部的玻璃泡内装入小铅丸或汞，使重心下移密度计更稳定。密度计刻度值的特点：上面读数小，下面读数大；刻度不均匀，上疏下密；无零刻度。（2）轮船原理：轮船漂浮原理；若不改变船的总重力，在不同水域浮力不变，V排发生改变，若在同一水域行驶，改变船重，则浮力改变。结构：用钢板制成的轮船，由于船体中间很大部分是空的，可以排开更多的水，获得更大的浮力，从而能漂浮在水面上。轮船的大小通常用排水量表示，排水量是轮船满载时排开水的