7.1 浮力（教学课件）-【上好课】八年级物理下册同步高效课堂（沪科版·五四学制·上海2024）

第七章 浮力 八年级下册 •沪教版 五四•学制 考古发现，在良渚文化时期人们已经使用独木舟。从独木舟到现代大型船舶，人类已成功实现水面航行。潜水艇、热气球等发明，则使人类可以在水下和空中遨游。这些发明以及相关技术的发展都与浮沉条件密不可分。本章我们将学习与浮力相关的知识。 通过本章内容的学习，你将认识浮力，知道阿基米德原理；经历探究影响浮力大小因素的过程；能用物体的浮沉条件说明日常生活中的有关现象，感悟科学对技术进步和社会发展的积极影响。 导入新课 第1节 浮力 2024年5月8日，我国第三艘航空母舰“福建舰”顺利完成首次航行试验。它是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航母。 庞大的航空母舰为什么能浮在水面上呢？ 浮力 01 称重法测量浮力的大小 02 探究浮力大小与哪些因素有关 03 课堂总结 04 第1节 浮力 提升训练 05 浮 力 01 第1节 浮力 一、浮力 （1）观察现象 游船、鸭子能在水面游弋，海洋中巨大的冰山能在水面漂浮。 想一想：是什么力量把它们托起来的？ 游船、冰山、鸭子都受到重力的作用，但却没有因此而沉入水底，这表明水对它们有一个向上的作用力。 1. 浮力 一、浮力 气球脱手后飞向空中，这表明空气对气球也有向上的作用力。早在公元10世纪，热气球的雏形——孔明灯就已经诞生了。孔明灯和热气球都受到空气对其向上的作用力。 气球 热气球 孔明灯 一、浮力 （2）浮力 浸在液体或气体中的物体受到的向上的力，称为浮力，常用字母F浮表示。 （3）浮力方向：竖直向上。 （4）浮力的施力物体：液体或气体。 F浮 轮船浮在水面上时，受到竖直向下的重力G；因为静止，根据二力平衡条件可知，一定有一个竖直向上的力与重力平衡。 这个力就是浮力F浮。 G 一、浮力 为什么浸在液体中的物体会受到浮力呢？ 这是因为液体内部存在压强，而且深度不同，其压强不同。对其中物体表面产生的压力不同。 2. 浮力产生的原因 （1）分析浮力产生的原因 我们以浸没在液体中的长方体为例进行探究，浸没在液体中的长方体的六个面分别受到液体的压强（p=pgh）和压力（ F=pS ），我们来对比一下。（如图所示） 一、浮力 位置 前、后两个面 左、右两个面 上、下两个面 深度 压强 压力 相等 相等 相等 相等 上浅下深 上小下大 F前、F后是 一对平衡力， 合力为0 F左、F右是 一对平衡力，合力为0 F1˂F2， F差=F2-F1 总结归纳：浸没在水中的物体，由于下表面受到的压力向上，上表面受到的压力向下，两者的合力向上，所以水对浸没在水中的物体的作用力向上，这就是浮力产生的原因。浮力的大小等于其压力差： F浮=F2-F1 一、浮力 （2） 两种特殊情况 ①当物体部分浸入液体中时，如图所示， 上表面不受液体压力，则浮力的大小F浮=F向上。 ②若浸没在液体中的物体下表面和容器底紧密接触， 如图所示，则液体对物体向上的压力F为0，物体将不受浮力的作用，只受向下的压力。如在水中的桥墩、拦河坝等。 与杯底 紧密接触 一、浮力 视频讲解——《浮力产生的原因》 一、浮力 【例题1】物理实验小组的同学利用一只可乐瓶与一只乒乓球做“研究浮力产生原因”的实验，如图所示，将一只塑料可乐瓶剪去底部，把一只乒乓球放在瓶内，从上面倒入水，观察到有少量水从乒乓球与瓶颈缝隙中流出（图甲），但乒乓球并不上浮，这是因为： ____________________________________； 若用手堵住瓶口（图乙），可观察到乒乓球浮起，这是因为__________________________________________；此实验说明浮力产生的原因是液体对物体上、下表面产生__________。 乒乓球受到浮力的作用，浮力大于乒乓球的重力 乒乓球不受浮力，它的底部不受水的向上的压力 压力差 一、浮力 甲图中，乒乓球下部没有水，它的底部不受水的向上的压力，而浮力是由于浸没在液体中的物体上、下表面受到液体的压力差，所以，乒乓球不受浮力。 乙图中，用手堵住瓶口，乒乓球的上部和下部分别受到向下和向上的压力，从而产生浮力，当浮力大于乒乓球的重力时，乒乓球上浮。 综上分析可知，此实验说明浮力产生的原因是液体对物体上、下表面产生压力差。 一、浮力 【例题2】如图所示，将两端扎有绷紧程度相同的橡皮膜的玻璃圆筒浸没在水中，当玻璃圆筒沿水平方向放置时，水对玻璃圆筒两端橡皮膜的压力F向左 F向右；当玻璃圆筒沿竖直方向放置时，水对玻璃圆筒两端橡皮膜的压力F向上 F向下（前两空选填“大于”“等于”或“小于”）。通过以上实验可知，浮力产生的原因是液体对物体的上下两个表面有 ，若玻璃圆筒沿竖直方向放置时，上端的橡皮膜受到的压力为6N，下端的橡皮膜受到的压力为18N，则玻璃圆筒受到的浮力为 N。 12 等于 大于 压力差 一、浮力 玻璃圆筒沿水平方向放置时，水对玻璃圆筒两端橡皮膜的深度相同，液体压强相同，受力面积相同，故水对玻璃圆筒两端橡皮膜的压力相同。 当玻璃圆筒沿竖直方向放置时，水对玻璃圆筒两端橡皮膜的向上的压力大于向下的压力，因为橡皮膜下表面的深度比较深，受到的液体压强比较大，受到的向上的力比较大。 通过以上实验可知，浮力产生的原因是液体对物体的上下两个表面有压力差，且向上的压力大于向下的压力，故产生向上的浮力。 玻璃圆筒受到的浮力为 称重法测量浮力的大小 02 第1节 浮力 想一想 漂浮在水面的物体受到浮力，浸没在水中的物体也受到浮力吗?例如，图中，沉入水底的石块会受到浮力吗?如果浸没在水中的物体会受到浮力的话，怎样测量此时浮力的大小呢? 我国自行设计、自主集成研制的奋斗者号载人潜水器下潜深度可达万米。 沉入水底的石块 二、称重法测量浮力的大小 二、称重法测量浮力的大小 2. 称重法测量浮力的大小 【自主活动】 测量浸没在水中的金属块所受的浮力大小 如图所示，在弹簧测力计下悬挂金属块A，此时弹簧测力计示数F1等于金属块A受到的重力大小；将金属块A浸没在水中，弹簧测力计示数为F2。 比较F1与F2。 ①物体在空气 中的重力G=F1 ②物体浸在水中 测力计的拉力F2 ①物体在空气 中的重力G=F1 ②物体浸在水中 测力计的拉力F2 【实验分析】 由上述实验可看出，物体浸没在水中后，弹簧测力计示数变小，说明物体受到浮力。 根据物体的平衡条件，物体受到的竖直向下的重力大小G应该等于竖直向上的浮力大小F浮和弹簧测力计对物体的拉力大小F2之和，即G = F2+ F浮，又因为重力大小与F1相等， 所以浮力 F浮=F1-F2 F浮 F2 G 这种测量浮力的方法也叫“称重法”。 二、称重法测量浮力的大小 演示实验——《测量铝块浸没在水中时所受的浮力》 二、称重法测量浮力的大小 【例题3】把一重为10N的铁块用细线系在弹簧测力计下浸没在水中，如图所示，静止时弹簧测力计的示数为8N，则铁块所受的浮力为（　　） A．10N B．7N C．2N D．17N C 铁块所受的浮力为 F浮=G-F=10N-8N=2N 故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 二、称重法测量浮力的大小 （1）将物体悬挂在弹簧测力计下端，如图甲实验所示，物重G=5N； （2）当用手向上托物体时，如图乙实验所示，手对物体向上的托力F= N； （3）当物体浸入水中后，如图丙实验所示。将丙实验与甲、乙实验对照，说明水对物体也有向上的托力，即浮力。水对物体的浮力F浮= N； （4）该实验是通过 （填物理实验方法）建立起浮力概念的。 2 2 【例题4】如图所示是认识浮力的探究实验． 对比（类比） 二、称重法测量浮力的大小 （2）图乙中，弹簧测力计的示数为3N，则手对物体向上的托力为F托＝G－F乙＝5N-3N=2N，故托力F托＝2N （3）在图丙中，弹簧测力计的示数为3N，故浮力 F浮＝G-F丙=5N-3N=2N （4）此实验是通过对比图甲、图乙、图丙的实验结果，得到液体对物体有向上的托力，即通过对比（类比）法来建立起浮力概念的。 二、称重法测量浮力的大小 探究浮力大小与哪些因素有关 03 第1节 浮力 三、探究浮力大小与哪些因素有关 猜想1：浮力的大小与物体浸在液体中的体积有关。他的根据是：用手把一个空易拉罐压入水中，易拉罐浸入的体积越大越费力。 猜想2：浮力的大小跟液体的密度有关。他的根据是：人在水中会下沉，在死海中却能漂浮于水面。 猜想3：浮力的大小跟固体的密度有关。他的根据是：木块在水中漂浮，铁块在水中下沉。 你还有哪些猜想?请说出猜想的根据。 1. 猜想浮力的大小与哪些因素有关 浮力的大小跟哪些因素有关？日常的生活经验能使我们对浮力大小的因素产生很多猜想…… 三、探究浮力大小与哪些因素有关 2. 探究浮力的大小与哪些因素有关 【实验思路 】 由以上猜想，浮力的大小可能与浸在液体中物体的体积、液体的密度等因素有关。要探究浮力的大小是否与这些量有关，需要逐次探究，每次探究浮力的大小与其中一个量的关系，其他的量要保持不变。即用到了控制变量法. 三、探究浮力大小与哪些因素有关 【实验过程】 （1）探究浮力大小与物体浸没的深度的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②将物体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数（如图B所示）； ③改变物体在水中浸没的深度，读出弹簧测力计的示数（如图C与D）。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 ④记录数据，计算浮力: 浸没在液体 中的深度h 较浅 较深 更深 重力G / N 1.0 1.0 1.0 弹簧测力计 示数F/ N 0.4 0.4 0.4 浮力F浮/ N 0.6 0.6 0.6 实验结论：浮力的大小跟物体浸没液体中的深度无关. 三、探究浮力大小与哪些因素有关 演示实验——《探究浮力的大小与物体浸没的深度的关系》 三、探究浮力大小与哪些因素有关 （2）探究浮力大小与物体浸在液体中的体积的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②如图B所示，把物体小部分体积浸入水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图CD所示，增加物体浸在水中的体积，读出弹簧测力计的示数； ④如图E所示，把物体浸没水中，读出弹簧测力计的示数。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 物体浸在液体 中的体积V 较小 较大 浸没 重力G/ N 2.7 2.7 2.7 弹簧测力计 示数F/ N 2.2 2.1 1.7 浮力F浮/ N 0.5 0.6 1 ⑤记录数据，计算浮力: 实验结论：浮力的大小跟物体浸在液体中的体积有关，物体浸在同种液体中的体积越大，浮力越大. 三、探究浮力大小与哪些因素有关 演示实验——《探究浮力的大小与它浸在液体中的体积的关系》 三、探究浮力大小与哪些因素有关 （3）探究浮力大小与液体密度的关系 ①用弹簧测力计测量出物体A的重力G； ②将物体A分别浸没在水、酒精和盐水中，读出弹簧测力计的示数。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 液体种类 水 酒精 盐水 重力G / N 3.4 3.4 3.4 弹簧测力计 示数F/ N 3.0 3.2 2.8 浮力F浮/ N ③记录数据，计算浮力: 0.4 0.2 0.6 实验结论：浮力的大小跟液体的密度有关，在浸在液体的体积相同时，液体的密度越大，浮力越大. 三、探究浮力大小与哪些因素有关 演示实验——《探究浮力的大小与液体密度的关系》 三、探究浮力大小与哪些因素有关 （4）探究浮力大小与物体密度的关系 ①用弹簧测力计分别测出体积相等的铜块、铝块的重力； ②把铜块、铝块分别悬挂在弹簧测力计下端浸没在水中，观察并记录弹簧测力计的示数。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 ③记录数据，计算浮力: 固体种类 铜块 铝块 重力G / N 9.0 2.8 弹簧测力计示数F/ N 8.0 1.8 浮力F浮/ N 1.0 1.0 实验结论：浮力的大小跟物体的密度无关，在浸在同种液体的体积相同时，所受浮力相等. 三、探究浮力大小与哪些因素有关 （5）探究浮力大小与物体的形状的关系 ①如图（a），用弹簧测力计测出橡皮泥的重力； ②如图（b），将一块橡皮泥浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图（c），将同一块橡皮泥捏成实心五边体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ④如图（d），将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 橡皮泥形状 长方体 五边体 球体 橡皮泥重力G/N 4.8 4.8 4.8 弹簧测力计示数F/N 3.2 3.2 3.2 浮力F浮/ N ⑤记录数据，计算浮力: 1.6 1.6 1.6 实验结论：浮力的大小跟物体的形状无关，在浸在同种液体的体积相同时，所受浮力相等。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 通过大量的实验发现： 浮力的大小与物体浸入液体中的体积及液体的密度有关。液体的密度一定时，物体浸入液体的体积越大，浮力越大。物体浸入液体的体积一定时，液体的密度越大，浮力越大。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 【例题5】如图所示，甲、乙、丙、丁是用同一金属块探究浮力大小跟哪些因素有关的实验。下列分析不正确的是（　　） A．图乙中金属块受到的浮力大小为0.6N B．利用甲、乙、丙，可以探究浮力的大小与物体浸在液体中的体积的关系 C C．利用甲、乙、丙，可以探究浮力的大小与物体浸没在液体中深度的关系 D．利用甲、丙、丁，可以探究浮力的大小与液体密度的关系 三、探究浮力大小与哪些因素有关 A．乙图金属块浸在水中时，根据称重法测浮力可知，受到浮力的大小为 故A正确，不符合题意； BC．根据甲、乙、丙可知，物体浸在液体的体积不同，弹簧测力计的示数不同，故所受浮力不同，所以可以探究浮力的大小与物体浸在液体中的体积的关系；若要探究浮力的大小与物体浸没在液体中深度的关系，应再设置一组实验，让物体浸没但处在不同深度，观察弹簧测力计示数，比较浮力大小，故B正确，不符合题意，C错误，符合题意； D．根据甲、丙、丁可知，同一个物体浸没在不同液体中，排开的液体的体积相同，液体的密度不同，弹簧测力计示数不同，故浮力不同，所以可以探究浮力的大小与液体密度的关系，故D正确，不符合题意。故选C。 三、探究浮力大小与哪些因素有关 【例题6】在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”实验中，小明同学用调好的弹簧测力计测出金属块的重，再将金属块缓慢浸入液体中不同深度，实验步骤如图所示，弹簧测力计的示数如图所示。 （1）由实验步骤_________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”）。 （2）分析实验步骤A、E、F可知，浮力的大小与__________有关，步骤F中液体密度 _____（选填“大于” 、“小于”或“等于） 水的密度。 无关 小于 A和D、E 液体密度 三、探究浮力大小与哪些因素有关 （1）研究浮力大小与物体浸没在液体中的深度的关系，要控制浸在液体的体积和密度相同，所以，分析比较实验步骤A和D、E知道，因D、E中测力计示数相同，由称重法可知，受到的浮力相同，故浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。 （2）分析实验步骤A、E、F知道，E、F浸在液体的体积相同，但液体的密度不同，由称重法可知，E、F中物体受到的浮力不同，浮力的大小与排开液体的密度有关。 分析实验数据知道，因F中测力计示数较大，由称重法知，F图中受到的浮力较小，所以液体密度小于水的密度。 课 堂 总 结 04 第1节 浮力 课堂总结 ①浮力：浸在液体或气体中的物体受到的向上的力。 ②称重法测浮力：弹簧测力计在液体中减小的示数 就是物体受到的浮力：F浮=F1-F2 ③浮力产生的原因：浸没在液体中的物体，其上、下表面受 到液体对它的压力不同，这就是浮力产生的原因。 浮力的大小与物体浸入液体中的体积及液体的密度有关。液体的密度一定时，物体浸入液体的体积越大，浮力越大。物体浸入液体的体积一定时，液体的密度越大，浮力越大。 浮力 浮力的 概念 影响浮力 大小的因素 46 提 升 训 练 05 第1节 浮力 提升训练 1. 物体A浸入水中前后，弹簧测力计的示数如图所示，物体浸入水后，受到受到重力、_____和_____的作用，其中重力为___N，浮力为____N。 物体浸没时，受到重力、浮力及拉力作用； 根据左边测力计的示数可知，物体的重力G=4N； 根据称重法可得，物体受到的浮力 F浮=G﹣F=4N﹣3N=1N 浮力 拉力 4 1 提升训练 2. “天宫课堂”第一课上，王亚平做了一个有关浮力的实验。在太空中，乒乓球并没有像在地面一样浮在水面，而是停留在了水中，如图。下列有关该现象的解释正确的是（　　） A．乒乓球受到的浮力方向向下 B．乒乓球受到的浮力小于重力 C．太空中重力消失时，浮力也就消失了 D．浮力是由重力产生的 浮力产生的原因：物体受到液体向上的压力大于向下的压力，上下表面的压力差即为浮力，在太空中水和乒乓球处于完全失重状态，水不会对浸入其中的物体产生压力，所以在太空失重环境下浮力消失，故C正确，ABD错误。 C 故选C. 提升训练 3. 用细绳吊着某金属块并将其浸在水中，分别在图（a）、（b）、（c）所示位置保持静止，若金属块所受的拉力分别为F1、F2和F3，则F1 F2 F3，若液体对其上、下表面的压力差分别为ΔF1、ΔF2和ΔF3，则ΔF1 ΔF2。（均选填“>”“=”或“<”） = = < 提升训练 根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，当液体密度相同时，物体排开液体的体积越大，浮力越大，故浮力的关系为 F浮1=F浮2>F浮3 由称重法F浮=G-F 可得 F=G-F浮 因同一物体重力不变，故拉力的关系为F1=F2<F3 由浮力的产生原因可知 F浮=F向上-F向下=ΔF 因F浮1=F浮2，故ΔF1=ΔF2。 提升训练 4．如图所示，小聪用一个长方体铝块探究影响浮力大小的因素。他先后将该铝块平放、侧放和竖放，使其部分浸入同一杯水中，保证每次水面到达同一标记处，比较弹簧测力计示数大小。该实验探究的是下列哪个因素对浮力大小的影响（　　） A．液体的密度 B．物体的密度 C．物体排开液体的体积 D．物体浸入液体的深度 D 提升训练 先后将该长方体铝块平放、侧放和竖放，使其部分浸入同一杯水中，液体的密度相同，每次水面到达同一标记处，说明物体排开水的体积相同，物体进入水的深度不同，比较弹簧测力计示数大小，可以探究浮力与物体浸入液体的深度的关系，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 提升训练 5. 如图所示，一金属块吊在弹簧测力计下端，在空气中弹簧测力计读数是27.5N，现将金属块浸入水中后，弹簧测力计读数是21.5N，若金属块上表面受到水的压力为20N，求： （1）金属块受到浮力； （2）金属块下表面受到水的压力。 提升训练 （1）金属块浸没在水中称量时，弹簧测力计的示数比空气中的示数小，是因为金属块在水中受到向上的浮力的作用，浮力为 F浮=G-F=27.5N-21.5N=6N （2）根据浮力产生的原因可知，物体的浮力等于物体上下表面受到的水的压力差，故金属块下表面受到水的压力为 F下=F上+F浮=20N+6N=26N 提升训练 6. 小明用弹簧测力计、正方体物块、两个相同的圆柱形容器等，对浸在液体中的物体所受浮力进行了探究，其装置和弹簧测力计示数如图所示。 （1）分析甲、乙、丙图，说明浮力的大小与______________________有关；比较甲、丁、戊图，说明浮力的大小与___________有关； （2）为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度是否有关，可比较甲、____和丁三图的实验，并得出当物体完全浸没于液体中，浮力大小与物体浸入液体的深度______； 当物块浸没在水中时，受到 的浮力是_____ N. 物体排开液体的体积 液体的密度 丙 1 无关 提升训练 （1）由图甲、乙、丙所示实验可知，物体浸入水中，而排开水的体积不同，受到的浮力不同，由此可知，浮力大小与物体排开液体的体积有关。 由丁、戊中，物体排开液体的体积相同，液体的密度不同，测力计示数不同，由称重法测浮力知，受到的浮力不同，所以，分析图甲、丁、戊实验，说明浮力的大小与排开液体的密度有关。 （2）为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度是否关系，需要控制液体的密度相同，排开的液体的体积相同，所以，可比较甲、丙、丁三图的实验。观察丙、丁两图可知，物体完全浸没于液体中，排开液体的体积不变，物体在水中的深度增加，弹簧测力计示数不变，受到的浮力不变，说明浸没在液体中的物体所受浮力与浸没的深度无关。 当物块浸没在水中时，受到的浮力是F浮=G-F示=5N-1N=4N Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$