10.3 科学探究：浮力的大小（课件）-2024-2025学年教科版八年级物理下册

nullnullnull教科版八年级下册 第10章 流体的力现象 第2课时 阿基米德原理的应用 1 学习目标 1.体验阿基米德原理的得出过程。 2.利用阿基米德原理进行有关浮力的计算。 复习回顾 1.浮力产生的原因 液体对物体上下表面的压力差。 公式： F浮=F向上-F向下 （压力差法） 2.称重法测浮力 F浮=G物-F拉 3.浮力大小的影响因素 与浸在液体中的体积和液体密度有关 推进新课 知识点1 阿基米德原理 传说古希腊科学家阿基米德在洗澡时发现，身体越往水下浸，从盆中溢出的水越多，人感到身体越轻。 物体浸在液体中的体积，就是物体排开液体的体积。 推理 浮力影响因素 物体排开液体的体积 液体密度 V排 ρ液 排开液体的体积越大 液体的密度越大 排开液体的质量越大 m液=ρ液V排 浮力越大 G排=m排g 排开液体的重力越大 浮力大小可能与排开液体的重力有关 猜想 演示实验 浮力大小与排开液体重力的关系 【提出问题】 物体所受的浮力与它排开液体的重力之间有什么关系？ 【猜想与假设】 浮力大小 排开液体的重力 思考下列问题： ① F浮如何测？ G排如何测？ ② 为什么要收集溢出的水？怎样使收集的水恰为排开的水？ ③ 用什么样的容器接水？如何测排开的水重？ ④ 怎样安排实验顺序最为合理，为什么？ 【设计实验】 【设计步骤】 ①如图甲，用弹簧测力计测量空桶所受的重力G桶。 ②如图乙，用弹簧测力计测出铁块受到的重力G。 ③如图丙，将铁块浸没在装满水的溢水杯中，读出此时测力计的示数F拉，同时用小桶收集铁块排开的水。 注意：溢水杯要灌满水(即水面到达溢水杯的溢水口)。若水不满，排出的水偏少，测出的G排偏小。 ④如图丁，用弹簧测力计测出小桶和水受到的总重力G总。 【设计步骤】 ⑤计算出石块受到的浮力和排开水的重力，将数据记录在表格中。 ④换用质量不同的铁块，重复以上步骤，再做几次实验。 多次实验避免偶然性 实验中应先测G桶，再测G总。若实验顺序颠倒，桶内水倒出时会有残留，测出的G桶偏大，G排偏小。 【数据记录】 次数 小桶所受的重力G桶/N 物体所受的重力G物/N 物体在水中时弹簧测力计的读数F拉/N 小桶和排开水所受的重力 G总/N 浮力 F浮/N 排开水所受的重力 G排/N 1 0.31 1.25 1.05 0.51 0.2 0.2 2 0.31 1.25 0.69 0.86 0.56 0.55 3 0.31 1.25 0.30 1.28 0.95 0.97 F浮=G物-F拉 G排=G总- G桶 物体受到浮力的大小等于它排开液体所受的重力 【实验结论】 阿基米德原理 浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受到的重力。 F浮 = G排 = ρ液 gV排 排开液体的重力（N） 浮力（N） 液体密度（kg/m3） 9.8N/kg 排开液体体积（m3） 1.内容 2.公式 F浮＝ ρ液 gV排 表明浮力大小只和 r液、V排有关，与物体的体积、形状、密度、浸没在液体中的深度及物体在液体中是否运动等因素无关。 阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体。 浸在气体中的物体收到的浮力F浮=ρ气 gV排 3.对阿基米德原理的理解 “浸入”包括“全部浸入（即浸没）”和“部分浸入”两种情况。 浸没 部分浸入 不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力。对于同一物体而言，浸没时受到的浮力大，部分浸入时受到的浮力小，而且浸入的体积越小，所受的浮力也越小。 物体排开液体的体积等于物体浸入液体中的体积。 浸没时：V排=V浸=V物，此时物体所受的浮力等于排开液体的重力，即 F浮=G液=ρ液gV排=ρ液gV浸=ρ液gV物 部分浸入时： V排=V浸＜V物 F浮=ρ液gV排=ρ液gV浸＜ρ液gV物 V排=V浸=V物 V排=V浸＜V物 浸没 部分浸入 无论物体是漂浮、悬浮还是沉在水中，它所受的浮力都等于其排开的水所受到的重力。 例 两个相同的烧杯中分别装满了两种不同的液体，把甲、乙两球分别轻轻地放入两杯液体中，最后处于如图所示状态。已知甲、乙排开液体的重力相等，则甲、乙所受浮力相比（ ） A.甲所受浮力更大 B.乙所受浮力更大 C.甲、乙所受浮力一样大 D.不知道液体密度，无法比较浮力大小 C F浮 = G排 知识点2 阿基米德原理的应用 谈论交流 死海之谜 在死海中，海水的密度高达1.18×103 kg/m3 。如图所示，人们可以很轻松地在海面仰卧，甚至还可以看书呢！ 请用阿基米德原理作出解释。 在排开的液体的体积相同时，液体的密度越大，物体所受的浮力就越大。因为死海中水的密度大于淡水的密度，所以人浸在死海中所受的浮力等于人的重力时，有一部分身体可以露出水面，可以仰卧看书。 【例题】一个边长为3cm，密度为2×103kg/cm3的立方体橡皮泥块浸没在水中时受到的浮力是多少？如果把这块橡皮泥捏成一只小船浮在水面上(如图)，小船所受浮力是多少？(取g =10 N/kg) 【分析】根据阿基米德原理，橡皮泥块受到的浮力等于它所排开的水所受的重力。如果把橡皮泥捏成小船，因其处于二力平衡状态，所以浮力等于橡皮泥所受的重力。 解：如果橡皮泥块浸没在水中，它排开水的体积 V排=V橡=0.03m×0.03m×0.03m=2.7×10-5m3 排开水的质量 m排=ρ水V排=1×103kg/m3×2.7×10-5m3=2.7×10-2kg 排开的水受到的重力 G排=m排g=2.7×10-2kg×10N/kg=0.27N 根据阿基米德原理，可以得到 F浮=G排=0.27N 如果把这块橡皮泥捏成小船，橡皮泥的质量不变，其所受重力不变。橡皮泥在水中漂浮时处于二力平衡状态，有 F浮=G排=m橡g=ρ橡V橡g=2×103kg/m3×2.7×10-5m3×10N/kg =0.54N 橡皮泥小船比橡皮泥立方体能排开更多的水，这说明采用“空心”的办法能增大可供利用的浮力，据此人们用密度远大于水的钢铁制造了轮船。 轮船排水量（m排）：轮船满载时排开水的质量。 所以：m排=m船+m货 因为轮船漂浮：F浮=G，F浮=m排g 思考： 轮船从河里驶入海里，浮力大小_____，排开液体的体积______（变大、变小或不变），轮船________一些（浮起来或沉下去）。 不变 变小 浮起来 家庭实验室 探究阿基米德原理 【实验验证】如图所示，用弹簧测力计吊起一个装满水的小塑料袋（袋内不留空气），观察弹簧测力计的示数。然后把这袋水逐渐浸入水中，弹簧测力计示数怎样变化？这袋水完全浸入水中时受到的浮力是多少？通过受力分析可以得到什么启示？ 【理论探究】把小塑料袋中的水看作是从整杯水中隔出的一部分水。这部分水静止，根据二力平衡条件，袋中水受到的浮力等于袋中水受到的重力。 如果把袋中的水换成相同体积、相同形状的固体，根据实验结论，水对这们作用和对袋中水的作用是一样的，这个作用是浮力，等于袋中水所受的重力，即等于固体排开的水所受到的重力。 随堂练习 1.我国055型驱逐舰首舰南昌舰的排水量为1.2×104t，表示它浮在海面上排开的海水质量1.2×104t。想一想，此时舰船所受的浮力是多少？若舰船从海洋驶入长江，吃水深度将怎样变化？ 解：驱逐舰排开海水的质量 m排= 1.2×104t= 1.2×107kg，根据阿基米德原理可得驱逐舰受到的浮力F浮=G排= m排g=1.2×107kg×9.8 N/kg=1.176×108N。舰船在海洋和长江中行驶时，都处于漂浮状态，所受的浮力都等于重力，但由于江水的密度比海水的密浮度小，在排水量不变时，据 可知排开江水的体积较大，所以当舰船从海洋驶人长江时，吃水深度变大。 2.2022年5月15日，用于大气观测的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4270 m的科考营地顺利升空。该浮空艇体积约为9000m3，它在营地升空时所受空气浮力有多大？它上升的过程中(气球体积不变)，浮力将怎样变化？为什么？(海拔4270m处空气密度为0.80kg/m3) 解：根据阿基米德原理，气球受到的浮力F浮=G排=ρ空气gV排=0.80kg/m3×9.8 N/kg×9000 m3=70560N。因为空气的密度随着高度的增加而减小，而V排几乎不变，所以浮力将变小。 3.小明试图通过“理论探究”推导浮力的大小。 第一步：建立模型——选取浸没在液体中的长方进行研究，如图所示； 第二步：理论推导——由长方体上下的压力差推导浮力的大小。 请你协助小明写出推导过程。 解：设液体中的长方形底面积为S，高为h，长方体上表面所处的深度为h上，长方体下表面所处的深度为h下，液体的密度为ρ。根据p=ρgh可知，长方体上表面所受液体的压强p上=ρgh上，根据 可知，长方体上表面所受的压力F上=p上S=ρgSh上；同理，长方体下表面所受液体的压强p下=ρgh下，下表面所受的压力F下=p下S=ρgSh下，则F浮=F下-F上=ρgSh下-ρgSh上=ρgS（h下-h上）=ρgSh=ρgV。 课堂小结 阿基米德原理 内容 应用 F浮=G排= ρ液g V排 求排开液体的体积 求浮力 求液体的密度 Lavf61.7.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf61.7.100 $$nullnullnull教科版八年级下册 第10章 流体的力现象 第1课时 探究影响浮力大小的因素 1 学习目标 通过实验探究浮力的大小与哪些因素有关。 新课导入 如图所示，把空瓶按入装满水的中。随着按入深度的增加，溢出的水也增加了，感觉要用更大的力才能把空瓶按下去。这是为什么呢？ 浮力大小与什么有关系呢？ 推进新课 知识点 浮力大小与什么因素有关 你有什么猜想？说一说你提出猜想的依据。 猜想1：浮力可能与物体浸在液体中的体积有关。 船运载货物的多少与船的大小有关 木头能漂在水上，铁块会沉入水底 猜想2：浮力可能与物体的密度有关。 浮力是在液体中产生的，深度不同，液体压强不同，浮力也可能不同。 猜想3：浮力可能与物体浸没在液体中的深度有关。 猜想4：浮力可能与液体的密度有关。 猜想1：浮力可能与物体浸在液体中的体积有关。 猜想2：浮力可能与物体的密度有关。 猜想3：浮力可能与物体浸没在液体中的深度有关。 猜想4：浮力可能与液体的密度有关。 归纳： 你还有其他猜想吗？ 实验探究 探究浮力大小与哪些因素有关 【实验材料】 铁架台、升降台、弹簧测力计、烧杯、圆柱体、水、盐水 为了方便调节浸在液体中的物体的体积，可以选取带刻度线的圆柱体 【实验方法】 控制变量法 （1）探究浮力的大小与圆柱体浸在液体中的体积的关系 ①用弹簧测力计测量圆柱体的重力； ②将圆柱体悬挂在弹簧测力下，记录圆柱体在液体中浸入 、 、 体积和浸没时弹簧测力计的示数，计算并比较所受浮力的大小。 【实验步骤】 物体重力/N 浸入体积 测力计示数/N 浮力大小/N 1.2 1 0.2 0.8 0.4 0.6 0.6 全部 0.4 0.8 结论：浮力的大小与物体浸在液体的体积______。 有关 （2）探究浮力的大小与圆柱体浸没深度的关系 ①用弹簧测力计测量圆柱体的重力； ②将圆柱体悬挂在弹簧测力下，增大圆柱体浸没深度，记录弹簧测力计的示数，计算并比较所受浮力的大小。 物体重力/N 浸入深度/cm 测力计示数/N 浮力大小/N 1.85 2 1.1 0.75 4 1.1 0.75 6 1.1 0.75 结论：浮力的大小与物体浸没深度______。 无关 （3）探究浮力的大小与液体的密度的关系 ①用弹簧测力计测量圆柱体的重力； ②将圆柱体悬挂在弹簧测力下，分别将圆柱体浸没在水、盐水中记录弹簧测力计的示数，计算并比较所受浮力的大小。 物体重力/N 液体种类 测力计示数/N 浮力大小/N 1.2 水 0.4 0.8 盐水 0.3 0.9 结论：浮力的大小与液体的密度______。 有关 如图所示，将弹簧测力计换成力传感器，逐渐增加升降台的高度，改变物块浸在水中的体积V，计算机可绘制出F浮-V图像。 0 0.02 0.06 0.10 0.14 0.18 0.22 0.26 0.30 0.34 0.38 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 F浮/N V/10-4m3 【实验结论】 实验表明，浸在液体中的物体受到的浮力大小，跟物体浸在液体中的体积和液体的密度有关；浸没在同种液体中的物体所受浮力跟物体在液体中的深度无关。 例 如图所示是探究同一物体所受浮力大小与哪些因素有关的实验过程。 （1）________（填实验代号）两次实验证明：物体所受浮力的大小随物体浸在液体中的体积的变化而变化。 甲、乙 （2）进行乙、丙两次实验是为了探究物体所受浮力大小与__________的关系。 （3）由丙、丁两次实验可知：浸没在同种液体中的物体，所受浮力大小与_______________无关。 液体密度 物体浸没的深度 随堂练习 1.如图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程，其中运动员受到水的浮力不断增大的阶段是（ ） A A.①→② B.②→③ C.③→④ D.④→⑤ 2.如图所示，乒乓球从水里上浮到水面上。兵乓球在A位置时受到的浮力为FA，水对杯底的压强为pA，在B位置时受到的浮力为FB，水对杯底的压强为pB，则它们的大小关系是（ ） A. FA= FB， pA = pB B. FA＜ FB， pA ＜ pB C. FA＞ FB， pA ＞ pB D. FA＞ FB， pA = pB C 3.同学们探究“影响浮力大小的因素”，实验步骤和弹簧测力计的示数如图所示。 （1）物体P的重力为_____N，其中实验 b 中物体 P 所受浮力大小为_____N。 4.8 1.4 （2）分析a、c、d三次实验，可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度_____(选填“有关”或“无关”)。 （3）分析_________三次实验，可知浮力大小与物体浸在液体中的体积有关。当液体的密度一定时，物体浸在液体中的体积越大，受到的浮力越____。 无关 a、b、c 大 （4）分析a、d、e三次实验，可知物体浸在液体中的体积一定时，____________越大，物体受到的浮力越大。 （5）请你写出能够支持（3）中结论的一个生活现象：_________________________________________。 人往水深处走时，会感觉身体越来越轻 液体的密度 课堂小结 影响浮力大小的因素 物体浸在液体中的体积（V） 液体的密度（ρ液） $$null