9.2 阿基米德原理（教学课件）物理北师大版（北京）2024八年级全一册

第九章 浮力 第二节 阿基米德原理 2025 八年级上册（北师大（北京）2024） 目录 壹 学习目标 肆 课堂练习 贰 课堂引入 叁 探究新知 陆 课后作业 伍 课堂总结 学习目标 1.理解浮力产生的原因。(物理观念) 2.经历探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系的实验过程,知道实验的目的、方法和结论。(物理观念、科学探究) 3.能复述阿基米德原理并书写其数学表达式。(物理观念) 4.能应用阿基米德原理计算简单的浮力问题。(物理观念、科学思维) 课堂引入 浮力：_____浸在液体（或气体）中的物体均受到液体（或气体）对其有一个_________的力，这个力就叫做浮力。 方向：__________ 施力物体： __________ 称重法测浮力： F浮=________ 竖直向上 一切 竖直向上 液体或气体 G-F示 温故知新 课堂引入 “东方红 3”科考船是我国自主创新研发的新一代深远海综合科学考察实习船，是国内首艘、世界第四艘获得静音科考级证书的排水量最大的海洋综合科考船。 本节课我们一起学习阿基米德原理，了解轮船的排水量。 第2节 阿基米德原理 排水量是什么?为什么要用排水量作为衡量轮船大小的指标呢? 东方红3科考船 知识点1 浮力产生的原因 1. 实验探究：浮力产生的原因 在玻璃圆筒的两端蒙上绷紧程度相同的橡胶膜，将其浸没在水中，如图所示。 【实验操作】 【现象观察】 甲图：当玻璃圆筒沿水平方向放置时，橡皮膜凹陷程度相同。 乙图：当玻璃圆筒沿竖直方向放置时，下方橡皮膜的凹陷程度更大。 【现象分析】 甲图：水对玻璃圆筒左右两侧的压力F左_____F右，其水平合力 F水平=______。 乙图：水对玻璃圆筒上、下两侧的F上_____F下，其竖直方向合力 F竖直=________,方向___________。 = 0 ＜ F下-F上 竖直向上 探究新知 知识点1 浮力产生的原因 F左 F右 F下 F上 我们以浸在液体中的长方体为研究对象，如图所示，设长方体的上下地面面积为S，上表面和下表面的压力分为F1和F2。 1. 探究：浮力产生的原因 探究新知 知识点1 浮力产生的原因 F1=ρ液gh1S F2=ρ液gh2S F浮=F2-F1=ρ液g（h2-h1）S ∵（h2-h1）S为物体排开液体的体积，V排 ∴则有：F浮= ρ液 gV排液=m排液g=G排 2. 两种特殊情况下浮力的计算 （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， 与杯底紧密接触 F浮=0 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 F浮=F向上 探究新知 知识点1 浮力产生的原因 例如：桥墩、拦河坝等，它们的下部跟河床紧密黏合，下表面没有水，向上的压力为零，不具备浮力产生的条件，所以物体不受到浮力。 根据浮力产生的原因，如果物体下表面没有水存在，就没有向上的压力，所以便不会产生浮力。 探究新知 知识点1 浮力产生的原因 【例1】如图所示，A、B是能自由移动的物体，C、D是容器自身凸起的一部分。现往容器里注入一些水，则下列说法中错误的是（　　） A．A物体一定受浮力的作用 B．B物体一定受浮力的作用 C．C物体一定不受浮力的作用 D．D物体一定不受浮力的作用 容器自身部分D的上、下表面积相同，且下表面受到的水的压强大于上表面受到的水的压强，故容器自身部分D整体会受到水对它的向上的压力（即浮力），故D物体一定受浮力的作用，故D错误，符合题意。 D 探究新知 知识点1 浮力产生的原因 【例2】如图所示，圆锥体重为G，浸没在水中静止时受到水对它向上的压力为F1，向下的压力为F2，这两个力之间的关系是（   ） A．F1>F2 B．F1=F2 C．F1<F2 D．无法判断 【详解】静止在水中的圆锥体受到浮力作用，根据浮力产生的原因，则有,所以F1>F2，故A符合题意，BCD不符合题意。 A 探究新知 知识点1 浮力产生的原因 【例3】如图所示，将一个长方体物块浸没在装有足够深的水的容器中，物块恰好处于静止状态，此时物块所受浮力大小为3N，方向 ；若将物块再下沉5cm，其上表面受到液体的压力变为4N，则下表面受到的液体压力为 N。 【详解】[1]浸在液体或气体里的物体受到液体或气体向上托的力叫做浮力，浮力的方向竖直向上。 [2]根据浮力产生的原因，下表面受到的压力为 竖直向上 探究新知 知识点1 浮力产生的原因 7 知识点2 阿基米德原理 1. 阿基米德原理的由来 探究新知 知识点2 阿基米德原理 阿基米德通过生活实例，发现了皇冠的秘密。这就是伟大的阿基米德原理。 【视频欣赏：阿基米德的故事——金冠之谜】 古希腊人阿基米德（公元前287年—公元前212年）在力学、数学、天文学有成就。他研究重心和杠杆原理，奠定静力学基础；发现阿基米德原理，奠定流体静力学基础；确定几何图形面积、表面积、体积计算方法；精确测定夏至点和冬至点。 相传他通过洗澡时水溢出受到启发，解决王冠掺假问题。 浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。 2. 阿基米德原理 （1）内容 （2）公式 ρ液表示液体的密度，单位：千克/米3（kg/m3） V排表示排开液体的体积，单位：米3（m3） g表示9.8牛/千克（N/kg） F浮表示物体受到的浮力，单位：牛（N） F浮= G排= m排g= ρ液 gV排 探究新知 知识点2 阿基米德原理 （3）应用阿基米德原理的五点注意事项： ①阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体，计算浸在气体中的物体所受浮力的公式为F浮=G排=m排g=ρ气gV排° ②阿基米德原理阐明了浮力的三要素：浮力作用在浸在液体(或气体)中的物体上，其方向是竖直向上的，其大小等于物体排开的液体(或气体)受到的重力的大小，即F浮=G排 ③原理中所说的“浸在液体中的物体”包含两种状念：一是物体全部浸入液体里，即物体浸没在液体里，此时V排=V物；二是物体的一部分浸入液体里，另一部分露在液面以上，此时V物=V排+V露，所以V排<V物 探究新知 知识点2 阿基米德原理 （3）应用阿基米德原理的五点注意事项： ④由F浮=G排还可推导出F浮=G排=m排g，m排指物体排开的液体(或气体)的质量。 ⑤由F浮=ρ液gV排可以看出，浮力的大小只跟液体密度和物体排开液体的体积有关，而跟物体本身的材料、体积、密度、形状、浸没在液体中的深度、在液体是否运动、液体的多少等因素无关。 探究新知 知识点2 阿基米德原理 （2）收集实验中石块排开的水，测出被排开的水所受的重力，比较浮力和杯排开的水的重力的大小； F2 F1 G桶 设计实验 （1）使用弹簧测力计利用称重法得出石块所受的浮力； F1 G G （3）换用不同质量的小石块，重复上面的实验，寻找规律。 G排=G总-G桶=F3-F2 F浮=G-F1 3. 验证阿基米德原理 探究新知 知识点2 阿基米德原理 次数 物体的重力G 物体在液体中测力计示数F1 浮力 F浮 小桶的重力G桶 小桶和排液的总重F2 排开液体的重力G排 1 2 3 ... 实验数据记录表： 探究新知 知识点2 阿基米德原理 弹簧测力计、小石块（ρ石＞ρ水）、溢水杯、小桶、细线、水、盐水. 实验器材 进行实验 ①测出空桶的重力 G桶和石头的重力G； G桶 测出空桶的重力G桶 G 测出石头的重力G 探究新知 知识点2 阿基米德原理 进行实验 ②将溢水杯装满水（液面与溢水口平齐），把小石块缓慢（不要晃动，以免排开水量偏多）放入杯中，读出此时弹簧测力计的示数F1，并用小桶收集溢出的水； G F1 测出石头的重力G 小石块浸入液体中弹簧测力计的示数F1 探究新知 知识点2 阿基米德原理 ③测出小桶和排开水的总重力，比较浮力和排开水的重力的关系； ④换用不同质量的小石块，重复上述步骤（多次实验，使结论更具普遍性），记录实验数据。 F2 测出小桶和排开 的水的总重力F2 探究新知 知识点2 阿基米德原理 ⑤测量数据填入记录表，分析数据，得出结论。 次数 物体的重力G 物体在液体中测力计示数F1 浮力 F浮 空桶的重力G桶 小桶和排液的总重力F2 排开液体的重力G排 1 2.0 1.0 1.0 1.0 2.0 1.0 2 2.8 1.4 1.4 1.0 2.4 1.4 3 3.6 1.8 1.8 1.0 2.8 1.8 浮力的大小等于排开液体的重力。 实验结论 探究新知 知识点2 阿基米德原理 ⑤换用不同的物体、不同的液体多做几次实验。 【视频欣赏】 浮力的大小等于排开液体的重力。 归纳总结 F2 F1 G桶 探究新知 知识点2 阿基米德原理 实验中减小误差的方法 （1）实验中要先测小桶的重力，再测排出的水和小桶的总重力避免因小桶内壁残留水造成计算得出的排开水的重力偏小。 （2）溢水杯中的水面必须达到溢水口，且溢出的水全部流人小桶中，这样溢出水的体积才等于排开水的体积，否则，测得排开水的体积将偏小 评估与交流 探究新知 知识点2 阿基米德原理 【典例4】某物理兴趣小组利用图甲A、B、C、D四个步骤用石块验证阿基米德原理。 （1）图甲步骤C中弹簧测力计示数如图乙，则F3=          ； （2）实验前先向溢水杯中注水，直到溢水口          （选填“流出”或“不流出”）水时，停止加水，目的是使溢水杯中的水面恰好与溢水口相平； 2.2N 流出 探究新知 知识点2 阿基米德原理 27 （3）为减小实验误差，图甲A、B、C、D四个步骤中最后进行的实验步骤是        （选填“A”“B”“C”或“D”）； （4）由图甲可知，石块浸没在水中时，受到的浮力F浮=        N，排开水的重力G排=        N，从而验证了阿基米德原理； 【典例4】某物理兴趣小组利用图甲A、B、C、D四个步骤用石块验证阿基米德原理。 C 1 1 F浮=G-F2=F1-F2=2.7N-1.7N=1N G排=G总-G桶=F3-F4=2.2N-1.2N=1N 探究新知 知识点2 阿基米德原理 28 （5）收集完实验数据后，细心的同学发现弹簧测力计未使用时指针指在0.2 N处，则以上实验所测浮力大小的数据          （选填“可靠”或“不可靠”）； （6）为了使实验结论更具有普遍性，还应该如何操作____________ _________________________。 可靠 如果实验前忘记对弹簧测力计进行调零，则测量出的所有数据偏大的量都相等，因F浮=G-F2，所以差值不变，即求出的浮力大小不变，因此数据是可靠的。 换用不同的液体或物体多次实验 探究新知 知识点2 阿基米德原理 【典例5】已知某物体浸没在水中时受到的浮力是5.0N，那么该物体浸没在酒精中时，受到的浮力是 N。（，，g取10N/kg） 【详解】因为物体浸没在水中，则有物体的体积为 那么该物体浸没在酒精中时，受到的浮力为 4 探究新知 知识点2 阿基米德原理 【典例6】一个正方体铁块重45N，浸没在水下某深度时，弹簧测力计示数30N，下底面受到20N压力，则此时铁块受到浮力是 N，上底面受到压力是 N；当铁块下降到另一位置时，上底受到压力增大至30N时，下底受到压力是 N；当物块浸入水中时，测力计示数 N。 【详解】[1]根据称重法得，铁块受到浮力是 [2]上底面受到压力为 [3]当铁块下降到另一位置时，由于液体的密度和排开液体的体积保持不变，所以铁块受到的浮力保持不变 下底受到压力是 15 5 45 40 [4]当物块浸入水中时， 根据得，测力计示数为 探究新知 知识点2 阿基米德原理 【典例7】如图甲所示，在弹簧测力计下挂一圆柱体，从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降，圆柱体浸没后继续下降，直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止。如图乙所示，圆柱体下降过程中弹簧测力计读数F随圆柱体下降高度h变化的图像，则圆柱体的体积是 m3；圆柱体的密度是 kg/m3。（取g=10N/kg） 详解见下一页 探究新知 知识点2 阿基米德原理 【详解】[1]由图像可知，当h=0时，弹簧测力计示数为12N，此时圆柱体在空气中，圆柱体的重力G=F示=12N 从h=7cm开始，弹簧测力计示数不变，说明此时圆柱体已经浸没在水中，根据称重法知浮力为 物体是全部浸没，圆柱体的体积等于排开水的体积， 根据，得圆柱体的体积为 [2]圆柱体的质量为 圆柱体的密度 探究新知 知识点2 阿基米德原理 把密度比水大的钢铁制成空心，能使它排开更多的水，增大可利用的浮力，从而漂浮在水面上。 轮船的排水量：轮船装满货物时排开水的质量，等于轮船和货物的总质量。 ②轮船的排水量——表示轮船的大小 ①原理——空心法 m排= m船+ m物 探究新知 知识点2 阿基米德原理 4. 轮船 舷号17的国产第一艘航空母舰“山东舰”，满载排水量为6.5万吨。 表示航空母舰满载时，航空母舰的质量和全部其他舰载物体（例如舰载机、武器、弹药、物资等等）的质量之和是6.5万吨。 ∵轮船漂浮， ∴浮力与轮船的总重力是一对平衡力： F浮=G物船 根据阿基米德原理，浮力等于排开水的重力： F浮=G排水 所以轮船总的重力等于排开水的重力： G排水= G物船 m排水= m物船 即轮船的排开水量等于等于轮船和货物的总质量 ③推导：轮船的排开水量等于等于轮船和货物的总质量。 探究新知 知识点2 阿基米德原理 【典例5】轮船是采用挖 的办法使船漂浮在水面上。一油轮满载时排水量为5500t的轮船在长江中航行，所受江水的浮力是 N，当它从长江驶向东海时，船身会 （选填“上浮些”、“下沉些”或“不变”）。 [3]船从长江航行进入东海时，始终漂浮于水面上，根据物体沉浮条件可知，船所受的浮力等于自身重力，重力不变，则浮力不变。根据可知，因江水的密度小于海水的密度，故船从长江航行进入东海时，排开海水的体积减小，故船将上浮一些。 【详解】[1]轮船是采用挖空心的办法使船漂浮在水面上。 [2]一油轮满载时排水量为5500t的轮船在长江中航行，所受江水的浮力为 空心 上浮些 探究新知 知识点2 阿基米德原理 课堂练习 1. 如图所示，洗手盆底部的出水口寒着橡胶制成的水堵头，则正确的是（　　） A．水堵头不受水的压力作用，但受到水的浮力作用 B．水堵头不受水的压力作用，也不受水的浮力作用 C．水堵头受水的压力作用，不受水的浮力作用 D．此时水堵头受到非平衡力的作用 【详解】ABC．洗手盆底部的出水口塞着橡胶制成的水堵头，受到水向下的压力，但水堵头的下表面没有水，没有受到水向上的压力，所以水堵头不受浮力，故AB错误，C正确； D．水堵头静止，处于平衡状态，所以此时水堵头受到平衡力的作用，故D错误。 C 2．2021年12月9日，神舟十三号的航天员给我们展示在轨工作生活场景的同时，也做了多个实验。如图所示是乒乓球在水中浮力消失的实验，对这个现象的解释最准确的说法是（    ） A．乒乓球的质量为零，重力为零 B．乒乓球没有排开水，水对球没有压力 C．太空中失重状态下，排开水的重力为零 D．太空中失重状态下，水的密度小到零 课堂练习 C 3．浸没在水中的物体，上表面受到水的压力为8N，下表面受到水的压力为10N，该物体受到的浮力为 N。 课堂练习 2 【详解】物体受到的浮力F浮=F下-F上=10N-8N=2N 4．一个体积为800cm3的木块放在水中静止时有露出水面，则木块受到的浮力为 N，如果把它浸没在水中受到的浮力将_______（选填“增大”“减小”或“不变”）。（水的密度ρ=1.0×103kg/m3，g取10N/kg） 课堂练习 6 增大 【详解】[1]木块排开水的体积 木块受到的浮力为F浮=ρgV排=1×103kg/m3×10N/kg×6×10-4m3=6N [2]如果把它浸没在水中，排开水的体积变大，根据F浮=ρgV排可知，木块受到的浮力增大。 5．2022年5月，全球首艘智能型无人系统母船“珠海云”号（如图所示）在广州下水。“珠海云”号排水量为2000吨，表示 ，满载时受到的浮力为 N，船上的无人机起飞后船身受到的浮力 （填“变大”、“变小”或“不变”）。（g取10N/kg） 课堂练习 满载时排水量为200吨 2×107 变小 【详解】[1]“珠海云”号排水量为2000吨，指的是“珠海云”号满载时排开的水的质量为2000吨。船受到的浮力也变小。 [2]由阿基米德原理可知，“珠海云”号满载时受到的浮力为F浮=G排=m排g=2000×103kg×10N/kg=2×107N。 [3]因为船漂浮，所以由二力平衡原理可得F浮=G船，船上的无人机起飞后，船受到的总重力变小，因此船受到的浮力也变小。 内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力， 浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。 数学表达式 理解 适用范围：适用于液体和气体。 ②物体“浸在液体中”包括两种情况： 一是物体全部浸入（浸没），此时V排=V浸=V物； 二是物体一部分浸入液体中，此时V排=V浸<V物。 ①浮力F浮的大小只和 ρ液、V排有关，与物体的形状，密度浸没在液体中的深度等因素无关。 阿基米德原理 F浮= ρ液 gV排 浮力产生的原因 液体对起下上表面的压力差 知识总结 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后“实践与探索”练习 自主安排 配套同步分层作业 43 ENDING! 2024 Thank you for watching! 谢谢观看 $$