第三节 浮力的利用

教学设计示例1

　　一、课时安排  1课时

　　二、教具学具准备

　　玻璃水槽、橡皮泥、木块、水和盐水各一杯、密度计、潜水艇演示仪、孔明灯、投影片、录像带（潜水艇工作原理）

　　三、教学步骤

　　复习提问

　　1．阿基米德原理的数学表达式是什么？

　　2．物体的浮沉是由什么决定的？

　　浮力产生的原因，但如果不知道浮力和重力，可否通过其他办法来判断物体的浮沉呢？

　　木块扔进水中，木块将如何？

　　小铁钉扔进水中，铁钉将如何？

　　在水中滴几滴油，油将如何？

　　根据生活经验，大家猜想一下，物体的浮沉还可能与什么有关系呢？

　　是否跟密度有关呢？让我们通过对物体浮沉条件的进一步分析，看看是否能的得出物体浮沉与密度有关系．

　　一、物体浮沉与密度的关系（板书）

　　将物体浸没在液体中，

　　 松手后，物体受到浮力和重力，可知

　　    

　　若物体上浮时   能进一步得

　　     悬浮时   到什么结论？

　　     下沉时

　　上浮（漂浮） 悬浮 下沉（沉底）

　　若物体在液体中漂浮、沉底分别是哪种现象的结果，应当归结到哪种现象？由此可知，物体的浮沉的确可以用物体密度与液体密度之间的大小关系来判定．这是判断物体的浮沉的另一种方法．

　　钢铁的密度大于水，但用钢铁制成的轮船却可以在水面上行驶，这是为什么？

　　我们一起来做实验

　　让学生把橡皮泥放入水中，松手后橡皮泥下沉．

　　分析原因：橡皮泥的密度大于水．

　　如何使橡皮泥漂浮在水面上？

　　捏成盒状或空心

　　实心的橡皮泥密度大于水，放入水中下沉．如果把它做成空心的，使橡皮泥的平均密度小于水，它就会漂浮在水面上了．从力的角度上看，它的重力不变，但放入水中后排水体积变大，受到的浮力变大，所以会漂在水面上．

　　轮船漂浮的道理也是这样．人类对浮力的利用很早就开始了，最初人们利用密度小于水的木材，顺水漂流，后来把树干挖成空心，能装载更多的人和物，这种采用“空心”的办法增大可以利用的浮力，即使再大的轮船，也都是利用“空心”的办法．这是人对浮力利用之一．

　　3．浮力的应用（板书）

　　二、轮船（板书）

　　【例题】  一艘轮船装满货物时船货总重100000N，它受到的浮力多大？排开的水多重？排开水的质量是多少？

　　讲解轮船的排水量．轮船满载时排开水的质量．

　　一艘轮船从河里到海里，它受到的浮力是否改变？它的排水体积是否改变？

　　【学生实验】  把木块放入装有水的烧杯中，在木 块齐水面处画一道线，再将木块放火装有盐水的烧杯中，观察此时线的位置，观察到什么现象？（见图）

　　木块放入盐水的烧杯中时线的位置在水面上，排水体积变小．

　　【小结】轮船从河里到海里，两次都是漂浮状态，它受到的浮力都等于它的自重，它两次受到的浮力不变，由于海水的密度大于河水的密度，所以它排开海水体积小于它排开河水的体积，轮船要上浮一些．

　　三、潜水艇（板书）

　　【提问】  潜水艇是靠什么实现浮沉的

　　 【演示实验】  用潜水艇演示器模拟浮沉（如图）

　　指导学生阅读  P191潜水艇靠改变自身重量实现浮沉．

　　（有时间可组织学生看录像）

　　四、气球和飞艇（板书）

　　指导学生阅读，并提问

　　气球、飞艇是采用什么办法升空的？

　　用充入密度小于空气的气体的办法使它受到浮力大于重力而升空的．

　　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？

　　气球可以靠改变浮力或气体密度来实现升降．

　　通过判断浮沉的两种方法，我们又进一步了解了轮船、密度计、潜水艇、气球和飞艇的一些知识．浮力问题在生活中随处可见．我们应当多联系实际多思考，会灵活运用浮力的知识解决有关的问题．

　　如果有时间可做孔明灯实验，激发学生兴趣．（孔明灯的制作）用绵纸或打字蜡纸的衬纸糊成直径（40－50）cm，高80cm左右，上端封顶的圆筒，开口端系一根直径0.5mm左右的细金属丝，在其上中点处拴一蘸满酒精的棉球．

　　表演时，请两位同学提住上述气球的顶端，使成圆形．点燃酒精棉球，热空气上升进入筒内，数分钟后，热气球自行上升，能在教室顶部停留数分钟再自行下落．

　　（三）总结、扩展

　　（略）

　　四、布置作业

　　思考

　　1．曹冲称象的故事中，曹冲是如何利用浮力的原理“称”出象的重量的？

　　2．为什么说“水涨船高”？

　　实验  P150第12题，做一个密度计

　　练习  本章小结

　　五、板书设计

3　浮力的利用

　　一、物体浮沉与密度的关系

　　

　　

　　上浮  

　　若物体悬浮  

　　下沉  

　　二、轮船

　　轮船排水量：轮船满载时排开水的质量

　　三、潜水艇靠改变自身重量实现浮沉

　　四、气球和飞艇

　　六、随堂练习

　　1．轮船从河里开到海里将（  ）

　　A．上浮一些  B．下沉一些

　　C．不下沉不上浮  D．无法判断

　　2．潜水艇是靠改变、达到上浮和下沉目的的，某潜水艇从水面上10m处一直下潜到100m深的过程中，潜水艇受到水的压力将        ，浮力将          ．

　　3．一池塘中，停着一只载有木材的船，如果将船上的木材投入水中后，水面将

　　A．上升  B．下降  C．不变  D．无法判断

　　4．气球中充入密度为0.6 的热气体，球壳和吊篮总量为520kg，坐在吊篮里的三个工作人员总质量为203kg，若充气后使球皮体积胀到1200 时，气球和吊篮是加速上升还是匀速上升，若要气球匀速上升运动，大约应放出多少立方米的热气体？（g取10N/kg，空气密度为1.29 ）

 

教学设计示例2

　　一、重点、难点分析

　　1．重点：通过学习轮船和气球的原理，让学生总结规律，并且能够自觉地，将其迁移到密度计和飞艇原理的学习上．

　　2．难点：将物体的浮沉条件，由力的关系转化成密度的关系，并且能够根据已知条件，灵活地选择、应用两种方法，对物体的浮沉进行判断．

　　二、教具

　　密度计、烧杯（两个）、盐水、清水．

　　三、主要教学过程

　　（一）复习提问

　　1．阿基米德原理的内容是什么？

　　2．物体的浮沉条件是什么？

　　3．将密度为0.9 ，体积为20 的冰块，先后放入水和酒精中，求冰块在水和酒精中受到的浮力．（g＝10牛／千克）

　　解： ；

　　设冰块先后浸没在水和酒精中，则

　　 ，上浮至漂浮， ；

　　 ，下沉至底， ．

　　（二）引入新课

　　由上一问题我们看出，在用阿基米德原理求浮力时，得先根据物体的浮沉条件，判断出物体浸没在液体中是上浮还是下沉，从而找到最终静止时的 与 的关系，然后才能利用公式求得浮力．这样，判断物体在液体中静止时的状态，就是求浮力时必不可少的一个步骤．下面我们先来研究一下物体浮沉条件．

　　（三）教学过程设计

　　1．讨论物体的浮沉条件．

　　物体的浮沉决定于物体受到的重力与浮力的大小关系，在不知道重力和浮力时，就难以通过二者的关系来判断物体浮沉．现在，我们对重力和浮力进行一次深入的分析，目的是想用其他物理量的关系来表示重力和浮力的关系．

　　分析： 、 ．

　　① 、 、 、 这四个量在一起似乎不易找到关系；

　　② 、 没有关系；

　　③ 、 有一定的关系： 等于部分或全部 ，即 ．

　　当物体浸没在液体中时， ．减少了一个变量后，再看 和 ：

　　由以上推导，得到结果：物体的浮沉，可以由物体密度与液体密度相比较的大小关系来加以判断．

　　强调：上述所说“物体密度”非“物质密度”

　　2．轮船．

　　轮船是用密度大于水的材料制成的，把实心的这种材料放入水中，它就要沉入水底．如果把它做成空心的，使此物体的平均密度小于水的密度时，它就会漂浮在水面上．从力的角度来看，空心的物体受到的重力没有改变，但是由于体积增大，排水量增大，受到的浮力增大，所以能漂浮在水面上．

　　介绍“排水量”概念：轮船满载时排开水的质量，叫做轮船的排水量．“排水量”的单位是吨．

　　提问：轮船从海里驶入河里，它受到的浮力大小有无改变？它的排水量有无改变？

　　根据学生回答，小结：轮船从海里驶入河里，受到的浮力大小不变，它的排水量也不变．因为轮船始终是漂浮状态，所受浮力等于重力，重力不改变，所以浮力大小不改变，排水量也不改变．

　　提问：轮船从海里驶入河里，是上浮一些还是下沉一些？

　　 小结学生的回答：轮船从海里驶入河里，它受到的浮力不变，即排开的河水量和海水量相同．因为河水密度小于海水密度，所以，轮船排开的河水体积大于它排开的海水体积．轮船将下沉一些．

　　推导出漂浮体的排液体积与液体密度的关系式：

　　

　　得到结论：同一物体漂浮在两种液体中时，它的排液体积与液体的密度成反比．

　　讲解：密度计是用来测量液体密度的仪器．密度计可以在不同的液体中漂浮．演示，密度计漂浮在不同的液体中．如图所示．

　　 提问：同学们能否找出密度计与轮船的共同之处？并推导出密度计的排液体积与液体的密度的关系……．

　　练习题：完全相同的两个木块，分别放入装有甲、乙两种液体的烧杯后，如图所示，液面相平．比较木块在两种液体中受到的浮力 ，烧杯底受到液体的压强 ．（填写“＞”、“＜”或“＝”）

　　3．潜水艇．

　　设问：潜水艇是用什么方法下潜、悬浮或浮出水面的？

　　讲解：潜水艇两侧有水舱（看课本P．146图12－13）．向水舱中充水时，潜水艇逐渐加重，就逐渐潜入水中．当水舱充满水时，潜水艇重等于同体积的水重，潜水艇可以悬浮在水中．当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，它受到的重力小于浮力，从而潜水艇浮出水面．所以，潜水艇是靠改变自身重力来实现浮沉的．

　　提出问题：从密度的角度说明潜水艇的上浮、下沉，及悬浮．

　　归纳学生的回答得到：潜水艇的密度小于水的密度时上浮；当它的密度逐渐增大到水的密度时，潜水艇由漂浮逐渐下沉，没入水中；当它的密度等于水的密度时悬浮．此时，它可以停留在水中的任何地方，所以用螺旋桨就可以向如何方向行使．

　　练习题：“潜水艇漂浮在水面上时浮力等于重力；悬浮在水中时浮力也等于重力，所以潜水艇在水中漂浮或悬浮时受到的浮力相等．”这句话对不对？为什么？

　　小结学生回答的问题：……

　　3．气球和飞艇．

　　提问：氢气球是如何升空的呢？

　　小结学生的回答：气球内充有密度小于空气的气体（氢气、氦气或热空气）．这样，气球的总重（包括球内氢气、球囊及所携带的物品）小于气囊排开的空气重，即重力小于浮力气球就能上升．当上升到一定高度，由于空气的密度变小，它受到的浮力变小，浮力等于重力时，它就不再上升，停留在这个高度．

　　介绍：飞艇是由气球发展而来．飞艇是在大气囊下面装上带螺旋桨的发动机和载人、装货的吊篮．

　　思考题：如果一个载人的吊篮气球，气球里面充的是氦气，为了使乘客能降回地面，应采用什么办法？

　　提示：气球浸没在空气中，要想随意增大它受到的重力是木可能实现的；另外，它的体积不是固定不变的．所以，不能像潜水艇那样靠改变自身重力，而不改变所受浮力来实现升降．

　　要求学生认真思考，从受力和密度两个角度分析、选择使气球下降的方法．

　　根据学生回答归纳出：放掉一些氦气，缩小气球的体积，使气球的平均密度增大．若气球的密度大于空气的密度，气球就会下降．从受力的角度看，放掉一些氦气，使气球受到的重力减小了一定体积的氦气量，而浮力减小了相同体积的空气量．由于空气的密度大于氦气的密度，所以浮力的减小量大干重力的减小量．重力大于浮力，气球下降．

　　小结：气球和飞艇内气体的改变，使重力改变很小，使浮力改变很大．所以，可以认为气球和飞艇是靠改变浮力（体积）来实现升降的．

　　（四）课堂小结

　　本节学习了用密度判断物体浮沉的方法，还学习了有关轮船、潜水艇、气球的浮沉的一些知识．希望同学们能够理解和掌握物体浮沉条件，能够灵活地用它来解决有关问题．

　　（五）板书设计

　　复习题：

　　解： ；

　　设冰块浸没在水和酒精中，则

　　 ，上浮至漂浮，；

　　 ，下沉至底，．

第三节浮力的利用

　　一、讨论物体的浮沉条件

　　当物体浸没在液体中时， ．

　　

　　二、轮船和密度计

　　1．采用“空心”的办法来减小物体的密度，增大可利用的浮力．

　　2．漂浮体： ．

　　结论：同一物体漂浮在两种液体中时，它的排液体积与液体的密度成反比．

　　3．排水量：轮船满载时排开水的质量．单位：吨．

　　三、潜水艇：是靠改变自身重力来实现浮沉的．

　　四、气球和飞艇：是靠改变浮力（体积）来实现升降的．