初中物理教科版（2024）八年级下册（2024）3 科学探究：浮力的大小教学设计

这是一份初中物理教科版（2024）八年级下册（2024）3 科学探究：浮力的大小教学设计，共6页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学难点，教具准备，教学过程等内容，欢迎下载使用。
【教学目标】
[知识与技能]
1.知道浮力的大小与哪些因素有关.
2.知道阿基米德原理及表达式，会用阿基米德原理计算浮力.
[过程与方法]
经历探索阿基米德原理的过程，培养学生的分析概括能力、动手操作能力.
[情感态度与价值观]
通过实验探究，培养学生尊重科学、实事求是的科学态度.
【教学重点】阿基米德原理的探究
【教学难点】阿基米德原理及表达式的理解
【教具准备】多媒体课件、饮料瓶、橡皮泥、水、盐水、酒精、弹簧测力计、小石块、溢水杯、小桶等.
【教学过程】
一、巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
二、新课引入
师 同学们认识了浮力，那么物体在什么情况下受到的浮力比较大，什么情况下受到的浮力较小，浮力的大小和什么因素有关呢？
三、进行新课
教学探究点1 浮力大小与什么因素有关
师 下面我们来进行一个造船比赛：用大小相同的橡皮泥做船，用砂石作货物，看一看，谁做的船装载的货物多？
并思考：浮力的大小可能跟什么因素有关？
（1）快乐游戏：造“船”比赛.（学生分组用一块大小相同的橡皮泥设计造船，并观察、交流船的差异）
（2）快乐体验：将饮料瓶慢慢压入水桶，体会浮力的变化，观察水位变化情况，物体浸入液体中的体积变化情况.
（3）快乐体验：将同一只橡皮泥小船放入相同体积的水和盐水中（要求盐水密度比水大得多），学生观察小船浸入液体中的深度.学生猜想：浮力可能与液体的密度、浸入液体的深度、物体排开液体的体积、物体的密度、物体的形状等因素有关.
教师引导学生分组探索：
（1）利用测力计探究浮力与液体密度的关系；
（2）利用测力计探究浮力与深度的关系；
（3）利用测力计探究浮力与物体排开液体体积的关系；
（4）利用测力计探究浮力与物体密度的关系；
（5）利用测力计、橡皮泥探究浮力与物体形状的关系.
各小组根据所研究的课题，设计实验，教师指导完善，引导学生设计记录实验数据表格，并进行探究实验.
参考示例：（多媒体课件）
实验1：探究浮力的大小与液体密度的关系
控制变量：物体浸在液体中的体积（物体排开液体的体积）相同，同一物体.
现象：乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数不同.
分析：根据F浮＝Ｇ－F拉，物体在水中和酒精中所受浮力不同，说明物体受到的浮力与液体的密度有关.
实验2：探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系.
控制变量：液体的密度相同，同一物体.
现象：两种情况下弹簧测力计的示数不同.
分析：根据F浮＝Ｇ－F拉，两种情况所受浮力不同，说明物体受到的浮力与物体排开液体的体积有关.
实验3：探究浮力的大小与物体的密度的关系.
控制变量：物体的体积相同，浸没在液体中的体积相同，液体的密度相同.
现象：两种情况下弹簧测力计的示数变化差相同.
分析：物体所受的浮力与物体的密度无关.（其它探究可仿照示例进行.）
教师引导学生分析实验数据，归纳总结，得出结论.
浸在液体中的物体所受的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关，与物体浸没在液体中的深度、物体的密度、质量、体积、物体的形状等无关.
教学探究点2 阿基米德原理
师 浮力的大小和液体的密度、排开液体的体积有关，液体的重力和液体的密度、液体的体积有关，那我们试着再想想浮力的大小和排开液体的重力又有怎样的关系呢？
学生讨论，并产生疑问.
师 大家别着急，我们下面就来探究浮力的大小和排开液体的重力的关系.
教师演示实验
用弹簧测力计、小石块、溢水杯、小桶来探究阿基米德原理.（称重法）步骤：A.先测出小桶在空气中的重力G1；
B.再测量出小石块在空气中的重力G2；
C.将溢水杯的水正好接到刚好要溢出的位置，然后将小桶放在溢水杯的溢水口处；D.将弹簧测力计挂着的小石块浸入水中，同时它排开的水通过溢水口进入小桶，这时读出弹簧测力计的读数G3；
E.然后用弹簧测力计测出这个时候盛水的小桶的重力G
4.即F浮=G2-G3，排开的水的重力G排=G4-G1，比较浮力F浮及排开水的重力大小，发现F浮＝Ｇ排.
实验结论：浸没在水中的石块受到的浮力跟它排开的水重相等.
学生分组实验：
第一组：分别将石块浸没在水和酒精中进行实验（步骤同上），虽然在酒精和水中受到的浮力不同，但在水中、在酒精中受到的浮力分别和排开水的重力、排开酒精的重力相等.
第二组：用木块进行实验.先称出木块的重力Ｇ木；然后将木块放在溢水杯中，木块浮在水面上，测算出木块排开的水的重力Ｇ排，发现木块的重力Ｇ木和木块排开水的重力Ｇ排相等，即Ｇ木＝Ｇ排.因为木块浮在水面上，所以木块受到的浮力和重力相等.因此，木块所受到的浮力大小也等于木块排开的水的重力.
师 归纳我们的实验结果，能得出的结论是什么？
生：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力.（F浮＝Ｇ排）
师 这就是著名的“阿基米德原理”，如果用Ｖ排表示物体排开液体的体积，用ρ液表示这种液体的密度，那么物体排开液体的重力Ｇ排＝ρ液Ｖ排ｇ.所以阿基米德原理可以用公式：F浮＝Ｇ排＝ρ液Ｖ排ｇ表示.
1.阿基米德原理：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开液体所受的重力.
2.阿基米德表达式：F浮＝Ｇ排＝ρ液ｇＶ排，在表达式中，ρ液——液体的密度，单位为kg／m3；g是常数，g＝9.8N／kg；V排——物体排开液体的体积，单位为m3.
3.阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于各种气体.
注意：飞机在空中飞行靠的是升力而不是浮力，飞机的升力是飞机机翼上、下表面空气流速不同，而造成机翼上、下表面所受压强不同形成的；而飞机在空中受到的浮力是由飞机上、下表面所处大气层的位置不同，而造成上、下表面压强不同而形成的，故飞机受到的升力和浮力成因不同，不是同一个力.
例题1（福建福州中考）将重6N的物体浸没在装满水的杯中，溢出了4N的水，物体受到的浮力是（）
A.10NB.6NC.4ND.2N解析：把物体轻轻放入盛满清水的溢水杯中，排开的水重：G排=4N，根据阿基米德原理可知，物体受到的水的浮力：F浮=G排=4N.
答案：C
例题2（山东东营中考）如图，鱼缸中小金鱼吐出的气泡，在水中上升的过程体积逐渐变大，则气泡所受压强和浮力的变化情况是（）
A.压强变小，浮力变小 B.压强变小，浮力变大C.压强变大，浮力不变 D.压强不变，浮力不变解析：气泡在上升过程中，体积会逐渐变大，所处的深度变小，∵p=ρgh，∴气泡受到的压强在不断减小；∵F浮=ρgV排，气泡排开液体的体积变大，∴气泡受到的浮力在不断变大.
答案：B
四、教师结束语
通过这节课的学习，我们知道了影响浮力大小的因素，知道了阿基米德原理，以及计算浮力大小的常用的一种方法：阿基米德公式法.好，谢谢大家！
五、课后作业
完成练习册中本课时对应练习
第2课时 阿基米德原理的应用
【教学目标】
[知识与技能]
1.会选择合理的公式计算浮力.
2.知道轮船的原理，以及轮船的排水量.
3.知道利用阿基米德原理测密度的方法.
[过程与方法]
经历浮力计算的学习，培养学生的分析概括能力、应用知识解决问题的能力.
[情感态度与价值观]
初步建立应用科学知识的意识.
【教学重点】浮力计算
【教学难点】利用阿基米德原理测密度
【教具准备】多媒体课件、两个外形相同的铁罐子、沙、水等
【教学过程】
一、巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
二、新课引入
师 同学们想想有哪些方法可以计算物体受到的浮力.
生1：称重法：F浮＝Ｇ-F示.
生2：二力平衡法：F浮＝Ｇ（漂浮或悬浮时）.
生3：阿基米德原理：F浮＝Ｇ排＝ρ液ｇＶ排.
教师鼓励学生的回答，并用多媒体播放课件“浮力的计算”，并讲解.
三、进行新课
教学探究点1 浮力的计算
多媒体课件展示：
（1）公式法（阿基米德原理）：F浮＝Ｇ排＝ρ液ｇＶ排.
ａ.物体浸没在液体中时，Ｖ排＝Ｖ物；物体的一部分浸在液体中时，Ｖ排＜Ｖ物.
ｂ.对于同一物体，物体浸入液体中的体积越大，物体所受的浮力就越大.当物体全部浸入液体中时，物体排开的液体的体积不再变化，它所受的浮力大小也不再变化.
ｃ.阿基米德原理也适用于气体.由于大气的密度是变化的，所以大气中的物体所受的浮力也是变化的.
（2）压力差法：F浮＝F向上-F向下.
浸入液体中的物体受到的浮力等于物体上下表面受到液体的压力之差.
（3）称重法：F浮＝Ｇ-F示（或F浮＝Ｇ-Ｇ′）.
空气中测得物体所受重力为Ｇ，物体浸在某种液体中时，弹簧测力计示数为F示，则F浮＝Ｇ-F示（注：当物体处于漂浮状态时，弹簧测力计示数为0，则F浮＝Ｇ）.（4）二力平衡法：F浮＝Ｇ（漂浮或悬浮时）.
例题1（福建龙岩中考）如图所示，Q为铜制零件，其上部为边长L=0.2m的立方体，下部为边长l=0.1m的立方体.Q的下表面与容器底部粘合，且水面恰好与Q上表面相平，则零件所受的浮力为（g取10N/kg）（）
A.0NB.20NC.60ND.80N
解析：∵下部立方体由于与与容器底部粘合，∴水没有产生向上的压力；
∵上部立方体的下表面积的一部分（与水接触）受到向上的压力，
∴S=L2-l2=（0.2m）2-（0.1m）2=0.03m2，上部立方体的下表面的压强为p=ρgh=
1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000pa，
∵浮力的产生是上下表面的压强差，∴F浮=pS=2000Pa×0.03m2=60N.
答案：C
例题2某同学将一漂浮在水面不开口的饮料罐缓慢按入水中，当饮料罐全部浸入在水中后，继续向下压一段距离，共用时t0.此过程中，饮料罐所受的浮力随时间变化的图象可能是下图中的（）
解析：当饮料瓶漂浮时，浮力等于重力，不为0；当饮料瓶全部浸入水中后，排开水的体积不再变化，根据阿基米德原理可知所受浮力大小的变化.根据公式F浮=ρgV排可知，排开水的体积一定时，受到的浮力将不再变化；在A中，表示一开始就受到浮力作用，然后浮力逐渐增加，最后保持不变，符合题意；在B中，表示物体最开始浮力为0，逐渐浸没，所受浮力逐渐变大，最后不变，不合题意；在C中，表示物体完全浸没后，不管怎样移动，排开水的体积不再变化，受到的浮力保持不变，不合题意；在D中，表示物体受到的浮力逐渐增加，不合题意.
答案：A
教学探究点2 轮船
教师演示实验：两个外形相同的铁罐子，一个空心，一个装满沙，同时按入水中，松手后实心的下沉，空心的上浮最终漂浮.
教师提问：（用多媒体展示）思考题：
（1）铁的密度大于水的密度，空心的铁罐子为什么能漂浮呢？
（2）要想让实心的铁罐子也漂浮，可以怎么办呢？
（3）大家是如何调节铁罐子的浮沉的呢？
学生回答：
（1）可能是F浮＞Ｇ物，因为它是空心的，所以能上浮，最终能漂浮.
（2）把沙取出来，变成空心的.（3）F浮不变，挖空使Ｇ物变小，当F浮＞Ｇ物，铁罐子自然就浮起来了.
师 回答正确，很好！上述实验告诉我们采用“空心”的办法，不仅可以增大漂浮物体可利用的浮力，还可以使下沉的物体变得上浮或漂浮.这个方法早就得到了应用——轮船.
教师用多媒体播放课件“轮船”，并讲解.
轮船（多媒体课件）
工作原理：空心法，即把密度比水大的钢材制成空心的，使它能排开更多的水，增大可利用的浮力，从而漂浮在水面上，这是浮沉条件的应用.同一艘轮船，不论在海里航行，还是在河里航行，F浮均等于Ｇ，所以F浮不变，由阿基米德原理F浮＝ρ液ｇＶ排知，由于海水和河水的密度不同，所以V排不同，ρ液大则V排小，ρ液小则V排大，因此轮船在海水里比在河水里浸入的体积小.轮船的大小通常用排水量表示，排水量即轮船满载货物时排开水的质量.如果将上述质量转换成重力也就是船满载后受到水的浮力（即船受到的最大浮力）.排水量＝船自身质量＋满载时货物的质量，即m排＝m船＋m货.
总结：
1.轮船采用把物体制成“空心”的方法来增大浮力，使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮.
2.排水量：满载时，船排开的水的质量（m排＝m船＋m货）.
教师提问：（用多媒体展示）
思考题：（1）轮船从河水驶入海里，它的重力变不变？它受到的浮力变大、变小还是不变？
（2）它排开的水的质量变不变？
（3）它排开的水的体积变不变？
（4）它是下沉一些，还是上浮一些？（提示：同一条船在河里和海里时，所受浮力相同，但它排开的河水和海水的体积不同.因此，它的吃水深度不同.）
学生回答：
（1）重力不变；浮力不变，因为始终漂浮；
（2）质量不变，因为浮力不变；
（3）体积变小，因为海水密度大于河水密度，即ρ海水＞ρ水，所以Ｖ排海水＜Ｖ排河水；
（4）上浮一些，因为Ｖ排变小了.
学生自学教材P64例题，并完成教材P65“自我评价”中第1题，老师针对性讲解.
教学探究点3 利用阿基米德原理测密度
1.测物体的密度
师 请同学们思考，假如我们想测物体的密度，该如何呢？
生：可以通过公式ρ＝m/Ｖ计算得出.
师 规则的物体可以通过测量计算出体积，不规则的物体的体积又如何求出呢？
生：可以通过排液法.
师 同学们回答得很好，我们既然可用排液法求体积，是否也可以用阿基米德原理求出物体排开液体的体积呢？我们再看一个例题.
例题3如图，某物块用细线系在弹簧测力计下，在空气中称时示数是15N，浸没在水中称时示数是5N，则此时物块受到水的浮力为___N，物块的密度为___kg/m3.（水的密度为1.0×103 kg/m3 ）
解析：（1）利用称重法F浮=G-F示求物块在水中受到的浮力；
（2）求出来了浮力，利用阿基米德原理F浮=ρ水V排g求物块排开水的体积（物块的体积）；上面测出了物块的重力，利用G=mg=ρVg求物块的密度.
（1）F浮=G-F示=15N-5N=10N，
（2）∵物块浸没水中，F浮=ρ水V排g，
∴V=V排=G=mg=ρVg，
∴答案：10；1.5×103.
2.测液体密度
师 我们运用阿基米德原理公式F浮＝ρ液ｇＶ排可以求浮力，反过来我们知道物体受到的浮力和物体排开液体的体积，是否可以求出液体的密度呢？请看下面例题.
例题4小磊在实验操作训练的时候，突然想到一种能很快测出小石块和盐水密度的方法，如图所示，下面各选项错误的是（）
A.小石块重4N B.小石块浸没在水中时所受浮力为1NC.小石块的密度为3×103kg/m3 D.盐水的密度为1.1×103kg/m3解析：（1）甲图弹簧测力计的示数就是在空气中称石块重，即G=4N，故A选项正确；
（2）由甲乙两图得，石块在水中所受到的浮力：F浮=G-F′=4N-3N=1N；故B选项正确；
（3）∵F浮=ρ水V排g，∴石块的体积：
V=V排=F浮ρ水g= =1×10-4m3，
根据G=mg=ρVg得：石块的密度
故C选项错误；
（4）由甲丙两图，石块受到盐水的浮力：F浮′=4N-2.9N=1.1N，∵F浮′=ρ盐水V排g，∴ρ盐水= =1.1×103kg/m3；故D选项正确.
答案：C
四、教师结束语
通过这节课的学习，知道了计算浮力大小的常用方法：阿基米德公式法、称重法、二力平衡法、压强差法；认识了轮船利用空心技术排开更多的水，增大可利用的浮力；我们知道了利用阿基米德原理测密度的方法.好，谢谢大家！
五、课后作业
完成练习册中本课时对应练习
六、教材习题解答
家庭实验室把这袋水完全进入水中时受到的浮力减小；袋中水受到的浮力等于水受到的重力；如果把袋中水换成固体，那么固体受到的浮力等于固体排开水所受到的重力.
自我评价
1.解：由阿基米德原理可得：F浮=G排=mg=4.8×106kg×9.8 N/kg≈4.7×107 N.当舰船从海洋驶入长江时，仍旧漂浮，浮力不变，但由于水的密度减小，由 得，V排增大，即吃水深度变深.
2.解：气球所受的浮力：F浮=ρ气gV排=1.29 kg/m3×9.8 N/kg×620 m3≈7838 N.由于越到高空，空气密度越小，而V排几乎不变，由公式F=ρgV排知，所受浮力将会减小.