資源簡介

第十章 浮力
第1節 浮力
設計說明
本節由浮力和決定浮力大小的因素兩部分內容構成。教學的重點是決定浮力大小的因素。整個教學過程中教師要引導學生綜合應用好液體的壓強、壓力和二力平衡等知識，引導學生學會采用控制變量法探究決定浮力大小的因素。
關于浮力的教學，教師應該引導學生通過觀察水中游泳的鴨子、漂泊的小船等實例照片，分析物體的受力情況，由二力平衡條件判斷物體一定受到豎直向上的力的作用，從而感知浮力的存在，明確浮力的方向，在感性認識浮力的基礎上，教師進一步引導學生對浸沒在液體中的物體進行受力分析，使學生明確浮力與彈簧拉力（從彈簧測力計刻度盤上讀出）的合力與重力平衡，即F浮=G-F，此時教師應結合測量鋁塊浸沒在水中所受的浮力的演示實驗，認識在液體中的物體無論漂浮、懸浮還是下沉，都受到豎直向上的浮力的作用，最后結合教材圖10.1-3，引導學生綜合運用液體的壓強、壓力和二力平衡的知識理性分析浸在液體中的物體所受的浮力產生的原因，強調豎直與容器底部緊密接觸的柱形物體不受浮力作用，理解它的道理。
關于決定浮力大小的因素的教學，教師應引導學生從生活體驗中提出問題及猜想并通過實驗檢驗這些猜想，在猜想過程中引導學生根據原有經驗和知識合理推測而不要盲目下結論，鼓勵學生積極動腦思考排除不合理的猜想，并展開有針對性的實驗研究，做好單一變量的控制，提升學生利用科學的方法梳理問題的能力；組織學生分組做好實驗，在實驗過程中教師在合理性和規范性上給予指導，對小組合作探究的過程給出評價；最后教師和學生一起歸納總結，得出結論。
教學目標
1.認識浸在液體中的物體都要受到浮力的作用，浮力的方向是豎直向上的。
2.通過實驗分析、引導學生認識浮力產生的原因，會用彈簧測力計測量物體在液體中所受浮力的大小。
3.經歷探究浮力大小跟哪些因素有關的實驗過程，認識物體所受浮力的大小跟它浸在液體中的體積有關，跟液體的密度有關。
教學重點難點
1.重點：決定浮力大小的因素。
2.難點：浮力產生原因的探究。
教具
學生用：燒杯1個、彈簧測力計1個、鉤碼1個、水適量、鐵塊1個、細線1根。
教師用：燒杯1個、彈簧測力計1個、鉤碼1個、水及鹽水、酒精適量、細線1根、氫氣球1個、乒乓球1個、正方體木塊1個、水桶1個、飲料瓶1個。另有電化教學器材、教學光盤。
教學過程
回顧思考
1.重力與質量、密度、體積的關系：G=mg=________。
2.液體壓強的計算公式:p=________。
3.二力平衡的條件是什么？
導入新課
1.小實驗導入
演示實驗1：教師手拿乒乓球浸沒在水中，放手后觀察乒乓球的運動情況。
教師：同學們看到了什么？為什么乒乓球會向上運動而沒有在重力作用下向下運動？
引導學生從乒乓球受力情況進行分析，得出乒乓球除了受重力外，還受到一個向上的力。
演示實驗2：放飛氫氣球。
教師：氫氣球為什么會上升而沒有在重力作用下落向地面？
引導學生分析：從氫氣球受力情況進行分析，得出氫氣球除了受重力外，還受一個空氣施加的向上的力。
教師：這兩個實驗說明浸在液體或氣體中的物體，除了受到重力作用外，還受到液體或氣體對物體向上托的力。
2.多媒體導入
圖片：冰山浮在水面上；小船、鴨子在水面上游弋。
教師：冰山、小船、鴨子都受到重力的作用，但卻沒有因此而沉入水底，是什么力量把它們托起來的？
學生根據生活經驗能答出水對它們有一個向上托的力。教師及時指出，這個力就叫浮力。（板書課題）。
進行新課
探究點一　認識浮力
教師：今天我們就來學習浮力。那么什么是浮力呢？
1.認識浮力的存在
教師：下面同學們利用桌上的器材進行以下實驗：將鉤碼掛在彈簧測力計下靜止時，彈簧測力計測的是什么力？并讀出靜止時彈簧測力計的示數。
學生讀數
教師：用手將物體輕輕向上托，此時彈簧測力計對物體的拉力又是多少？
學生進行操作并讀數
教師：對于同一物體來說，為什么用手將物體托起時彈簧測力計的示數要比在空氣中時的示數小？手對物體向上托的力是多少？
提示學生物體受到手向上托的力，得出F托=G-F。
教師：如果將物體浸在液體中，此時彈簧測力計的示數又是多少？
學生操作并讀數
教師：與物體在空氣中相比，此時彈簧測力計的示數又有什么變化？
引導學生對浸入液體中的物體受力分析，得出浸在液體中的物體受到液體對它向上的托力。和用手直接向上托物體使彈簧測力計示數減小的效果是相同的。
教師：在物理學中，我們把這個力叫做浮力?？梢越o浮力這樣下定義：浸在液體中的物體受到向上的力，這個力叫做浮力。
2.浮力的方向和測量方法
演示實驗
找一段較細的紅線，將其兩端分別固定在乒乓球和大燒杯的底部。首先，將水緩慢注入大燒杯，直到水將乒乓球浸沒，觀察紅線，發現紅線在豎直方向被拉直（圖甲）。然后，將大燒杯底面的一端墊高，使大燒杯傾斜，觀察紅線，紅線仍舊在豎直方向上被拉直（圖乙）。最后，分析兩種情況下乒乓球的受力情況，應用二力平衡的知識得出浮力的方向總是豎直向上的。
教師：那么浮力的方向向哪？你的依據是什么？
讓學生分小組討論交流，從不同角度闡述理由。
教師：（板書浮力方向：豎直向上）通過剛才的實驗，同學們思考一下，你能否歸納出計算浮力大小的方法？
讓學生思考討論后，將計算浮力的方法寫在紙上。
教師：（投影多名學生寫的結論，評價、鼓勵學生）（板書：F浮=G-F）
引導學生對圖10-1-19丙中的鉤碼進行受力分析，使學生進一步認識F浮=G-F。
教師：利用這種方法，大家能測出浸入水中的鐵塊所受的浮力嗎？將實驗結果填入表格中。（學生進行實驗）
重力G/N 彈簧測力計的示數F/N 浮力F浮/N
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例1　如圖甲所示，在彈簧測力計的下方懸掛一個金屬塊，此時彈簧測力計的示數為________N。把金屬塊浸沒在水中，彈簧測力計的示數為________N，此時彈簧測力計的示數變小的原因是________，則金屬塊在水中受到的浮力為________N。
解析：圖中彈簧測力計的最大刻度是5 N，則量程為0~5 N，分度值為0.2 N。由圖可知，甲圖中彈簧測力計的示數為4 N，乙圖中彈簧測力計的示數為3 N。由于浸在水中的金屬塊受到向上的浮力，所以彈簧測力計的示數要變小。對金屬塊進行受力分析可知，G=F浮+F拉，故金屬塊在水中受到的浮力F浮=G-F拉=4 N-3 N=1 N。
答案：4　3　金屬塊在水中受到了浮力的作用　1
探究點二　浮力產生的原因
1.理論分析
教師：我們知道浸在液體中的物體會受到浮力的作用，那么浮力是怎樣產生的呢？現在有一正方體木塊浸沒在液體中，請同學們思考一下，木塊的六個表面所受的壓力情況怎樣？
讓學生仔細觀察、思考?；卮穑涸谙嗤疃忍?，即前后左右四個表面受到的壓力大小相等，方向相反；在不同深度處，深度越深，物體表面所受的壓力也就越大。
教師：那么在前后左右四個表面所受的壓力有何關系？
引導學生對物體受力分析，由p=ρgh，F=pS=ρghS，得出在前后（或左右）兩個表面所受的壓力大小相等、方向相反。
教師：木塊的上下兩個表面所受的壓力又怎樣呢？又有何關系呢？
引導學生對物體受力分析，由p=ρgh，F=pS=ρghS，得出木塊的上下兩個表面存在壓力差。
2.實驗驗證
（播放視頻）
把一個用橡皮膜包裹的長方體框架豎直浸沒在水中時，六個面的橡皮膜均向內凹陷，觀察前、后、左、右、上、下六個面上的橡皮膜凹陷的程度，發現了什么？
學生回答：發現前、后、左、右四個面上的橡皮膜凹陷的程度相同，而下表面橡皮膜比上表面橡皮膜凹陷的程度大。
引導學生解釋現象：
六個面的橡皮膜均向內凹陷，表明液體內部存在壓強；下表面橡皮膜比上表面橡皮膜凹陷的程度大，驗證了深度不同，其壓強不同的結論。分析長方體受力的情況可知，浸沒在液體中的物體，其上、下表面受到液體對它的壓力差，這就是浮力產生的原因。
（板書：浮力產生的原因：浮力就是液體對物體向上和向下的壓力差，公式：F浮=F向上-F向下）
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例2　如圖所示，A、B是自由移動的物體，C、D是容器自身凸起的一部分，現往容器里注入一些水，則下列說法中正確的是（　　）
A. A物體不一定受到浮力作用
B. B物體一定受到浮力作用
C. C不一定受到浮力作用
D. D一定受浮力的作用
解析：A物體上表面沒有受到水的壓力，但下表面受到水的壓力，因此水對A物體上下表面產生了壓力差，故A物體受浮力的作用，A錯誤；由圖可知，水對B、C上下表面都產生了壓力差，故B、C都受浮力的作用，B正確、C錯誤；D上表面受到水的壓力，但下表面沒有受到水的壓力，因此D不受浮力的作用，D錯誤。
答案：B
探究點三　影響浮力大小的因素
教師：我們雖然能計算出浮力的大小，但是浮力的大小究竟與哪些因素有關呢？現在請一位同學來給大家演示一個實驗，將飲料瓶慢慢向下壓入水桶中的過程中，體會一下手所受的壓力大小變化情況，其他同學仔細觀察物體浸入液體中的體積變化情況。
教師：慢慢向下壓的過程中，你有何感受？
引導學生從手受到飲料瓶壓力的大小變化方面回答。
教師：為什么你的手受到的壓力會越來越大？
引導學生回答在往下壓飲料瓶的過程中，飲料瓶所受的浮力越來越大。
教師：你們又觀察到了什么現象？
引導學生觀察飲料瓶浸入液體中的體積變化情況。
教師：根據剛才你們所觀察到的實驗現象，可知飲料瓶浸入液體中的體積越大，手所受的壓力也越大。
教師：請你根據剛才的實驗，猜想一下，浮力的大小可能與哪些因素有關？
小組代表面向全體同學談體會，學生觀察實驗現象，分組討論、猜想、回答浮力的大小可能與物體浸入液體中的體積有關。
教師：一般情況下，人在水中會下沉，但是在密度比較大的死海中人卻能漂浮于水面，由此可知浮力大小還可能與什么因素有關？
學生回答與液體密度有關。
教師：如何驗證我們的猜想是否正確？
引導學生回答驗證猜想的方法，回答通過實驗來驗證。（實驗是檢驗猜想是否正確的標準）
教師：剛才同學們猜想出物體所受的浮力可能與液體的密度和浸入液體中的體積有關，在實驗中我們應該采用什么方法？
引導學生回答實驗用到的思想方法（控制變量法）。
教師：如果我要研究浸在液體中的物體所受的浮力的大小與液體的密度的關系，應該怎樣做？
引導學生回答將同一物體完全浸在不同的液體中，通過讀取彈簧測力計的示數，再通過F浮=G-F計算出浮力的大小進行比較，就可以知道浸在液體中的物體所受的浮力的大小與液體的密度的關系。
教師：同學們請看桌上的物品，玻璃瓶中裝的分別是鹽水和酒精，下面請同學們根據剛才的提示，采用表格形式設計出你的實驗方案。
讓學生討論，找到實驗方案。
教師：咱們一起來交流你的實驗方案，看其他同學的想法是否跟你一樣，有沒有你想不到的，或是有沒有更好的想法。
學生交流。（在交流過程中，引導學生采用控制變量法來設計實驗）
教師：下面根據你的想法，或者用你認為好的想法去做實驗，驗證我們的猜想。
學生進行實驗。
教師：巡視，指導學生如何使用控制變量法進行實驗。
教師：大家交流一下你得出的結論，看別的同學是否跟你的結論一致。
結論：浸入液體中的物體所受的浮力與液體的密度和浸入液體中的體積有關。
教師：請同學們回顧一下，我們都有哪些收獲？哪位同學說說看，請大家交流。
板書：浮力的大小跟液體的密度和物體浸在液體中的體積有關；浮力的大小與物體的形狀、材料、浸沒的深度無關。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例3　（2019·寧夏中考）小紅用彈簧測力計、鐵圓柱體、兩個相同的大燒杯做“探究影響浮力大小的因素”的實驗，其實驗步驟和彈簧測力計示數如圖所示。
甲 乙 丙 丁 戊
（1）由圖可知：鐵圓柱體浸沒在水中所受浮力為________N。
（2）由甲、乙、丁圖可探究的問題是__________________ ______。
（3）由甲、丁、戊圖可以得出的結論是___________ _ __。
（4）在上述實驗的基礎上，請你添加合適的物體設計實驗，探究浮力大小與物體質量是否有關，請寫出你的實驗思路：____ ____。
解析：（1）由題圖甲可知鐵圓柱體的重力為G=5 N，由題圖丁可知，鐵圓柱體浸沒在水中時彈簧測力計的示數是F=1 N，根據稱重法，鐵圓柱體浸沒在水中所受浮力F浮=G-F=5 N-1 N=4 N。（2）比較甲、乙、丁圖可知，圓柱體部分浸在水中和浸沒在水中時受到的浮力并不相同，因此可探究的問題是：浮力的大小和排開液體體積的關系。（3）比較甲、丁、戊圖可知，鐵圓柱體排開液體的體積相同，液體密度不同時，受到的浮力也不同，浸沒在水中時受到的浮力是5 N-1 N=4 N，浸沒在鹽水中時受到的浮力是5 N-0.6 N=4.4 N，故得出的結論是：浮力的大小和液體的密度有關，V排相同時，液體密度越大，物體受到的浮力越大。（4）若要探究浮力大小與物體質量是否有關，應控制排開液體的體積相同、液體的密度相同，讓物體的質量不同，控制V排相同時，可選形狀、體積相同而質量不同的物體浸沒在同種液體中，比較兩次彈簧測力計的示數，就可得出結論。
答案：（1）4?。?）浮力的大小和排開液體體積的關系?。?）浮力的大小和液體的密度有關，V排相同時，液體密度越大，物體受到的浮力越大　（4）添加一個形狀、體積相同，質量不同的物體，分別將它們浸沒在水中，比較兩次彈簧測力計的示數，就可得出結論
課堂小結
本節課我們主要學習了：
1.浮力的定義、方向和測量。
2.浮力產生的原因。
3.決定浮力大小的因素。
下面我們來檢驗一下學習成果，請完成“ 當堂達標”測試題。
當堂達標
1.將空礦泉水瓶慢慢壓入水中，直到浸沒。下列對礦泉水瓶受到的浮力分析不正確的是（　　）
A.礦泉水瓶受到水對它的浮力
B.浮力的方向豎直向上
C.浸沒后受到的浮力保持不變
D.浸沒后，壓入越深，受到的浮力越大
2.如圖所示物體沒有受到浮力的是（　?。?br/>A.沉在水底的鐵球 B.水面戲水的天鵝 C.立在河水里的橋墩 D.在水中游動的魚
3.把一個塑料球放到水中，如圖所示，它受到的浮力方向________，若將杯子傾斜放置，浮力的方向________。
4.小華在探究浮力與哪些因素有關時，將一金屬塊懸掛在彈簧測力計下，示數為7.5 N。當把金屬塊浸沒在水中時，彈簧測力計示數為6.5 N，金屬塊所受浮力為________N；當金屬塊在水中的深度增加時，發現彈簧測力計示數不改變，說明浮力大小與物體浸沒在水中的深度________（選填“有關”或“無關”）。
5.小明用如圖所示的實驗裝置，驗證下沉的物體是否受到浮力的作用。由圖可知，彈簧測力計前后示數變化了________N。為了使彈簧測力計前后示數變化更明顯，他可采取的措施有________、________。（填兩種方法）
6.（2019·重慶中考B卷改編）小明同學在探究浮力的實驗中：
（1）如圖甲所示，把半徑為3 cm、密度均勻的實心小球A用細線掛在彈簧測力計上，測得其重力為________N，他用手豎直向上輕輕托起小球，彈簧測力計示數將變________。
（2）他又將小球A緩慢放入盛有適量水的燒杯中，彈簧測力計的示數逐漸變小，說明小球受浮力作用且浮力的方向豎直向________，當小球頂部距水面7 cm時彈簧測力計示數為1.9 N，如圖乙所示，小球受到的浮力大小是________N。
（3）為進一步研究浮力產生的原因，小明自制了薄壁實驗箱，左右分別是柱形箱B和C。B箱下部有一圓孔與C箱相通，他將上下表面是橡皮膜的透明空心立方體M放在圓孔上緊密接觸，并向B箱中加入適量的水使M浸沒且沉在箱底，如圖丙所示?，F往C箱加水至與M下表面相平時，M下表面橡皮膜________ （選填“受到”或“不受”）水的壓力作用，繼續向C箱中加水至M上下表面橡皮膜形變程度相同時，則M上下表面受到水的壓力________（選填“相等”或“不相等”）；再向C箱中加一定量的水，M上下表面形變程度如圖丁所示，則下表面受到水的壓力________ （選填“大于”“小于”或“等于”）上表面受到水的壓力。這就是浮力產生的真正原因。
甲　　　　 乙　　　　　 　　丙　　 　　　　丁
7.（2019·湖南益陽中考）小明同學在沒有彈簧測力計的情況下，用天平、燒杯、適量的水、細線等器材，經過以下實驗步驟，測出了小石塊在水中受到浮力的大小。
A.用天平測出小石塊的質量m1；
B.在燒杯中倒入適量的水，測出燒杯和水的質量為m2；
C.用細線系住小石塊，將小石塊全部浸沒但未接觸燒杯底，天平的示數為m3。
請回答下列問題：
（1）當小石塊慢慢浸入燒杯內的水中的過程中，天平的指針將向________（選填“左”或“右”）偏轉。
（2）上述實驗步驟中，沒有必要的是________（選填“A”“B”或“C”）。
（3）請寫出小石塊所受浮力的表達式F=________（用測量量的符號表示，已知物體重力與質量之比為g）。
布置作業
教材第52頁“動手動腦學物理”第1至5題。
板書設計
一、浮力 1.浮力：浸在液體中的物體受到向上的力，這個力叫做浮力。 2.方向：豎直向上。 3.大?。篎浮=G-F。 二、浮力產生的原因 1.浸沒在液體中的物體，其上、下兩表面所處深度不同，兩深度處液體的壓強也就不同，故受到液體的壓力不同，這就是浮力產生的原因。 2.計算：F浮=F向上-F向下。 三、決定浮力大小的因素 1.浮力的大小跟物體浸沒的深度無關。 2.浮力的大小跟物體浸在液體中的體積有關。 3.浮力的大小跟液體的密度有關。
參考答案
1. D　解析：浸在液體中的物體會受到液體對它向上托的力，即浮力，浮力的方向是豎直向上的。浮力的大小與液體的密度、物體浸在液體中的體積有關，當物體浸沒后，雖然深度增加，但是液體的密度、物體浸入液體的體積不變，所以浮力大小不變，A、B、C選項正確，D選項錯誤。
2. C　解析：立在河水里的橋墩下表面沒有受到水的壓力，故不受浮力。
3.豎直向上　豎直向上　解析：浮力的方向是豎直向上的，浮力的方向與容器是否傾斜無關。
4. 1.0　無關　解析：金屬塊所受的浮力F浮=G-F=7.5 N-6.5 N=1.0 N；當金屬塊在水中的深度增加時，彈簧測力計示數不改變，即拉力F不變，由公式F浮=G-F可知，浮力大小不變，所以浮力大小與物體浸沒在水中的深度無關。
5. 0.2　換用體積更大的物體（密度大于液體）　換用密度更大的液體（密度小于物體）
解析：該彈簧測力計的分度值是0.2 N，在空氣中測量時，指針指在2 N 下面第2個小格上，示數是2 N+0.4 N=2.4 N，物體浸在液體中測量時指針指在2 N下面第1個小格上，示數是2 N+0.2 N=2.2 N，則彈簧測力計前后示數變化了2.4 N-2.2 N=0.2 N；彈簧測力計前后示數的變化量即為物體所受浮力的大小，為了使前后示數變化更明顯，可以想辦法增大浮力，因為物體在液體中所受浮力的大小跟它浸在液體中的體積和液體的密度有關，浸在液體中的體積越大、液體的密度越大，浮力就越大，所以可采取的措施有換用體積更大的物體（密度大于液體）或換用密度更大的液體（密度小于物體）。
6.（1）3.0　小?。?）上　1.1?。?）不受　相等　大于
解析：（2）將小球緩慢放入盛有適量水的燒杯中，彈簧測力計示數逐漸變小，說明此時小球受到水施加的豎直向上的力，即浮力；當彈簧測力計示數為1.9 N時，小球受到的浮力為F浮=G-F=3.0 N-1.9 N=1.1 N。（3）向C箱中加水至與M下表面相平時，由于M下表面的橡皮膜與C箱中的水面相平，由p=ρgh可知，M下表面受到水的壓強為零，所以M下表面不受水的壓力作用；橡皮膜形變程度顯示它的受力情況，所以當M上下表面形變程度相同時，M的上下表面受到的水的壓力相等；再向C箱中加水，如圖丁所示，使M下表面橡皮膜形變程度大于上表面形變程度，此時M下表面受到水的壓力大于上表面受到的水的壓力。
7.（1）左?。?）A?。?）m3 g-m2 g
解析：（1）在步驟B中，測出燒杯和水的質量時，天平是平衡的，且盛水的燒杯放在左盤；當小石塊慢慢浸入燒杯內的水中的過程中，小石塊受到浮力，由于力的作用是相互的，小石塊對水會產生向下的壓力，因此放燒杯這一側（天平左側）將向下傾斜，則天平的指針將向左偏轉。（2）在實驗中，用細線系住小石塊，將小石塊浸沒但未接觸燒杯底，天平的示數為m3，用這一示數減去燒杯和水的質量m2，即是小石塊浸沒后增加的質量（排開水的質量），據此可求出浮力的大小，沒有必要測量小石塊的質量，故步驟A沒有必要。（3）第二次燒杯和水對天平左盤的總壓力為m2 g，第三次浸入小石塊后，天平左盤受到的總壓力為m3 g，則增加的壓力等于小石塊所受的浮力，所以小石塊受到的浮力F=m3 g-m2 g。
教學反思

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