資源簡介

第3節　物體的浮沉條件及應用
知識與技能：
1．知道物體在下沉、懸浮和上浮時，浮力與重力的大小關系。
2．了解利用空心的辦法增大浮力。
3．了解輪船、潛水艇、氣球和飛艇的浮沉原理。
過程與方法：
1．通過做“空心的廢牙膏皮能漂浮在水面上”的實驗，學習研究物理問題的方法。
2．通過收集、交流關于浮力應用的資料，了解浮力應用的社會價值。
情感、態度與價值觀：
1．初步認識科學技術對社會發展的影響。
2．初步建立應用科學知識的意識。
重點：物體的浮沉條件。
難點：物體浮沉條件的應用。
第1課時　物體的浮沉條件
多媒體課件、體積相同的鐵塊和蠟塊各一塊、水、鹽、三個雞蛋、三個杯子。
一、情景導入
亞洲西部，巴勒斯坦和約旦交界處，有一個“死海”。遠遠望去，死海的波濤此起彼伏，無邊無際，但是，誰能想到，如此浩蕩的海水中竟沒有魚蝦、水草，甚至連海邊也寸草不生。這大概就是“死海”得名的原因吧！
然而，令人驚嘆的是，人們在這無魚、無草的海水里，竟能自由游弋；即使是不會游泳的人，也總是浮在水面上，不用擔心會被淹死。真是“死海不死”。
那么，死海海水的浮力為什么這樣大呢？帶著問題我們開始今天的課時內容：物體的浮沉條件。
二、合作探究
　物體的浮沉條件
1．漂浮、上浮和下沉
同學們根據下面做的實驗思考：浸沒在水中的鐵塊、蠟塊(松手前)各受到什么力？鐵塊和蠟塊受到的浮力相等嗎？為什么？
教師拿出課前準備好的體積相同的鐵塊和蠟塊，將體積相同的鐵塊和蠟塊同時浸沒在水中后松手，觀察現象。
同學們根據前面我們學習的運動和力的關系，當物體受到的力為非平衡力時，物體的運動狀態就要發生改變。思考交流討論：液體中物體的浮沉取決于什么？
分析物體的浮沉條件：
(1)蠟塊：松手后，浸沒在水中的蠟塊所受到的F浮＞G蠟，所以蠟塊上浮。當蠟塊逐漸露出水面，V排減小，浮力減小，當F浮減小到與重力 G蠟相等時，即F浮＝G蠟，蠟塊最終漂浮在水面。即：F浮＞ G物，物體上浮，最終漂浮，漂浮狀態時，F浮＝G物。
(2)鐵塊：松手后，浸沒在水中的鐵塊所受到的F浮＜G鐵，鐵塊下沉，到達容器底部后，鐵塊受到F浮、G鐵和F支，三力平衡，靜止在容器底，我們說鐵塊沉底，即：F浮＜ G物，物體下沉，最終沉底。
浮沉條件：浸在液體中物體的浮沉取決于物體所受F浮與G物的關系：
(1)當F浮＞G物時，物體上浮，最終漂浮，F浮′＝G物 。
(2)當物體處于漂浮狀態時，F浮＝ G物。
(3)當F浮＜G物時，物體下沉，最終沉底。
2．懸浮
將配制好的三杯不同濃度的鹽水放在講臺上，各放入一個雞蛋，其中，一個雞蛋漂浮、一個雞蛋懸浮、一個雞蛋下沉。
同學們根據觀察到的現象交流討論：雞蛋所受的浮力與重力的大小情況；雞蛋的密度與鹽水的密度大小情況各是怎樣的？
若一個物體浸沒在水中，F浮＝G物，受力平衡，松手后物體的運動狀態不變，我們說物體懸浮在液體中，即F浮＝G物。懸浮時，物體排開液體的體積等于物體自身的體積。
(1)漂浮的雞蛋，浮力等于重力，雞蛋的密度小于鹽水的密度；
(2)懸浮的雞蛋，浮力等于重力，雞蛋的密度等于鹽水的密度；
(3)下沉的雞蛋，浮力小于重力，雞蛋的密度大于鹽水的密度。
上浮 下沉 懸浮 漂浮 沉底
F浮>G F浮ρ液>ρ物 ρ液<ρ物 ρ液＝ρ物 ρ液>ρ物 ρ液<ρ物
為什么肥皂泡總先上升后下降
日常生活中，我們常看到一些小朋友吹肥皂泡，一個個小肥皂泡從吸管中飛出，在陽光的照耀下，呈現美麗的色彩。此時，小朋友們沉浸在歡樂和幸福之中，我們也常希望肥皂泡能飄浮于空中，形成一道美麗的風景。但我們常常是看到肥皂泡開始時上升，隨后便下降，這是為什么呢？
這個過程和現象，我們只要細心想一下，就會發現，它其中包含著豐富的物理知識。在開始的時候，肥皂泡里是從嘴里吹出的熱空氣，肥皂膜把它與外界隔開，形成里外兩個區域，里面的熱空氣溫度大于外部空氣的溫度，此時，肥皂泡內氣體的密度小于外部空氣的密度，根據阿基米德原理可知，此時肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它會上升。
隨著上升過程的開始和時間的推移，肥皂泡內、外氣體發生熱交換，內部氣體溫度下降，因熱脹冷縮，肥皂泡體積逐步減小，它受到的外界空氣的浮力也會逐步變小，而其受到的重力不變，這樣，當重力大于浮力時，肥皂泡就會下降。
第3節　 物體的浮沉條件及應用
第1課時　物體的浮沉條件
本節課突出以學生的發展為本，這樣有積極的意義。首先，有利于學生形成積極的自我概念和自信心，本節課設計的探究內容使學生“跳一跳”，自己也能摘到“果子”，以此讓成功獲取知識的過程積極作用于學生的自我概念和自信心上，使學生的自我概念得到積極發展，自信心得到加強。而這一切正是學生創造力和個性發展的關鍵。其次，有利于培養學生的創新精神和實踐能力，有利于學生從善于解決問題到敢于提出問題轉變、從單一思維到發散性思維轉變，有利于學生形成協作意識。通過小組交流與合作的形式共同學習，在課堂中營造出民主、合作、互助的氣氛和輕松愉悅的教學環境，使學生互相尊重、理解、合作和關心，進而學會交往，改善人際關系，形成良好的個性品格。
第2課時　物體浮沉條件的應用
多媒體課件、大試管、鉆有兩個小孔的橡皮塞、短玻璃管、軟膠管、注射器、鐵絲、水槽、水、氫氣球、普通氣球。
一、情景導入
多媒體播放視頻《浮沉子的制作》。(視頻詳見教學課件)
物體浮沉條件在生活中其實有很多應用，視頻中的制作浮沉子就是其中的應用之一，那么除了制作浮沉子還有哪些應用呢？今天就讓我們一起來學習物體浮沉條件的應用。
二、合作探究
　“空心法”增大浮力
如圖甲所示，木頭漂浮在水面上，從密度角度來講，是因為木頭的密度小于水的密度。如果將其挖成空心，則其自身重力變小，可載貨物重力增加。后來人們發明了船(如圖乙所示)，就是利用“空心法”來增大浮力的。如圖丙所示為紀念鄭和下西洋600周年發行的郵票，1405年鄭和下西洋時乘坐的木船，長約147 m，是當時世界上最大的木船。
　　　　
　輪船
橡皮泥的密度大于水的密度，直接將實心橡皮泥放入水中，它會下沉。如果將橡皮泥做成小船狀，橡皮泥所受的重力不變，但是排開水的體積增加，故受到的浮力增大，所以就能夠承載更多的重物漂浮在水面上，如圖所示。輪船就是根據這個道理制造的。
排水量：輪船的大小通常用排水量來表示。排水量就是輪船裝滿貨物時排開水的質量。
　潛水艇
如圖所示，取一支大試管，用一個鉆有兩個小孔的橡皮塞塞緊管口，在兩個小孔中各插入一根短玻璃管，并在玻璃管上分別接上一根長度適當的軟膠管，其中一根膠管和注射器相連，另一根膠管只需當試管水平浮在水面時，管口能沒入水面以下即可。為使試管能水平浮在水面，可在試管的底部繞幾圈鐵絲，作為配重，使它平衡。將試管放入大玻璃水槽內，使它水平浮于水面。用注射器從試管中抽氣，試管內的水就增多，試管下沉；往試管內壓氣，試管內的水就減少，試管上浮。
當注射器從試管中抽氣時，試管內的水增多，此時試管的總重力增加，當其受到的重力大于浮力時，便會下沉；當其受到的重力等于浮力時，便會懸浮在水中；當注射器向試管中壓氣時，試管內的水減少，此時試管的總重力減小，當其受到的重力小于浮力時，便會上浮。因此試管能夠上浮或下沉是依靠改變自身的重力來實現的。潛水艇就是根據這個道理制造的。
　氣球和飛艇
釋放一個氫氣球，氫氣球上浮至天花板。現場吹一個氣球，扎緊口并松手，氣球降至地面。
兩個氣球都受浮力嗎？為什么一個上浮，另一個下降呢？如何才能讓氣球浮在空中？
如圖甲、乙所示，節日放飛的氣球、攜帶氣象儀的高空探測氣球等，里面充的是密度小于空氣的氣體，例如氫氣或氦氣等；體育、娛樂活動用的熱氣球，充的是被燃燒器加熱而體積膨脹的熱空氣。為了能定向航行而不隨風飄蕩，人們還制成了飛艇：在大氣囊下面裝了帶螺旋槳的發動機和載人、裝貨的吊籃，如圖丙所示。
　　　　
氣球和飛艇的升降原理：利用里面充的氣體的密度小于空氣的密度，產生的浮力大于自身的重力來升空；利用減小浮力來下降。
第3節　物體的浮沉條件及應用
第2課時　物體浮沉條件的應用
本節課的教學是圍繞著“密度大的物體是如何實現漂浮或懸浮”這個問題進行的。上節課由阿基米德原理公式的變形得到物體浮沉與密度的關系之后，這節課提出如何利用物體浮沉條件制作其他物品，學生自然會想到減小密度的方法。通過對密度公式的分析得出輪船和潛艇的浮沉原理。這樣的安排，使探究點之間過渡自然，層層遞進，利于學生接受。據此得到“空心”這一實現密度大的物體漂浮或懸浮的重要方法，最后我們還共同探討了氣球和飛艇的升降原理，更好地培養了學生學習知識的能力和提高了動手能力。

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