9.3 跨学科实践：探究潜艇的浮沉原理（教学课件）物理北师大版（北京）2024八年级全一册

第九章 浮力 第三节 跨学科实践： 探秘潜艇的浮沉原理 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. 知道力是物体对物体的相互作用。能通过生活实例，归纳总结出这一概念，并能解释生活中的相关现象。并能正确读写力的符号和单位。 2. 认识力的作用效果，通过实验和生活体验，感受力的作用效果，能用力的作用效果解释生活中的一些力现象。 3. 知道物体间力的作用是相互的，并能解释相关现象。 4. 知道力的三要素，了解力的三要素对力的作用效果的影响。 5. 会画力的示意图，并能根据力的示意图判断力的大小、方向和作用点。 1. 阿基米德原理的内容：浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力大小等于它 __________ 的液体所受的 __________。 2. 阿基米德原理公式：F浮 =______=________=_______ （用符号表示），其中 ρ液 是 __________________，V排 是__________________， g取9.8 N/kg，便于计算取10N/kg。 3. 阿基米德原理适用范围：阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于_________。 课堂引入 温故知新 排开 重力 ρ液gV排 物体排开液体的密度 物体排开液体的体积 气体 G排 m排g 4 课堂引入 在现代海战体系中，潜艇凭借其隐蔽性和强大的攻击能力，成为各国海军不可或缺的力量。基洛级潜艇曾以 “大洋黑洞” 的威名震惊世界，039B型与039C型潜艇则代表着中国常规潜艇技术的不断突破与发展。 本节课，我们一起来探究潜艇的浮沉的原理。 第3节 跨学科实践：探究潜艇的浮沉原理 潜艇模型 039C型潜艇 潜艇既能在水面航行，又能潜入水下活动，为什么它可以在大海中浮沉自如呢? 知识点1 物体的浮沉 探究新知 知识点1 物体的浮沉 装入较多水的密闭大塑料瓶中有一个装有适量水的开口向下的小玻璃瓶，改变手握塑料瓶的力的大小，观察小玻璃瓶的运动情况，思考为什么会出现这种现象。 浮沉自如的小瓶 【视频欣赏：浮沉自如的小瓶】 1. 物体沉浮的原因 浸没在液体中的物体，一般受到两个力的作用：一个是竖直向下的重力G；另一个是竖直向上的浮力F浮。物体在液体中是上浮还是下沉，取决于二者之间的大小关系。 G F浮 探究新知 知识点1 物体的浮沉 2. 物体沉浮条件及判断 物体受到的浮力大于重力时，即：，物体上浮。 1 V排=V物 浸没在液体中的实心物体，如果液体的密度大于物体的密度，物体将上浮。 G F浮 探究新知 知识点1 物体的浮沉 漂浮：在液体中上浮的物体随着物体不断上升，物体将有一部分体积开始露出液面，物体受到的浮力也随之减小，一直减小到，物体的上浮运动结束，并静止在液面上，也就是说漂浮是浸没在液体中的物体上浮的最终状态。 2 V排＜V物 v ： G F浮 G F浮 探究新知 知识点1 物体的浮沉 下沉时：物体受到的浮力小于重力时，即：，物体下沉。 3 V排=V物 浸没在液体中的实心物体，如果液体的密度小于物体的密度，物体将下沉。 G F浮 探究新知 知识点1 物体的浮沉 在液体中下沉的物体，下沉到容器底部结束运动，此时在重力、浮力支持力的作用下，处于平衡状态，即G=F浮+F支。 4 G F浮 G F浮 F支 v 探究新知 知识点1 物体的浮沉 浸没在液体中的实心物体，如果液体的密度等于物体的密度，物体将处于悬浮状态。 G F浮 悬浮：当c体完全浸入液体且物体受到的浮力等于重力时，即：，此时二力平衡，物体将悬浮在液体中。。 5 V排=V物 探究新知 知识点1 物体的浮沉 【视频欣赏：盐水浮鸡蛋】 探究新知 知识点1 物体的浮沉 归纳总结 探究新知 知识点1 物体的浮沉 3. 漂浮和悬浮的理解与区分 探究新知 知识点1 物体的浮沉 归纳总结：漂浮问题的“六规律” 规律一：“二力平衡”，即物体漂浮在液体中，所受浮力大小等于它的重力。 规律二：“浮力恒等”，即同一物体在不同液体里漂浮，所受浮力相同。 规律三：“密大浸少”，即同一物体在不同液体里漂浮，在密度大的液体里浸入的体积小。 规律四：“比例相等”，即漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几，物体密度就是液体密度的几分之几。 规律五：“加力增浮”，即将漂浮物体全部浸入液体里，需施加的竖直向下的外力等于液体对物体增加的浮力。 规律六：“质量相等”，即排开液体的质量等于自身的质量(m排=m物)。 探究新知 知识点1 物体的浮沉 【例1】如图所示，将一个空心铁球浸没入水中，放手后铁球恰好悬浮，若沿虚线方向将铁球切成大小不等的两块，有两种切法如图甲和乙所示，则（　　） AC 探究新知 知识点1 物体的浮沉 A．甲切法会导致小块下沉，大块上浮 B．甲切法会导致大块下沉，小块上浮 C．乙切法会导致两块都下沉 D．乙切法会导致两块都上浮 【例2】将质量为100g的物体放入盛满水的盆中，有90g的水溢出，由此可以判断（　　） A．物体会浮在水面上 B．物体会悬浮在水中 C．物体会沉入盆底 D．不能据此判断出物体的沉浮况 【详解】由阿基米德原理可知，物体所受的浮力等于物体排开水的重力，即物体所受浮力为 而物体的重力为 重力大于浮力，故物体会沉入盆底。 c 探究新知 知识点1 物体的浮沉 【典例3】如图所示，将同一个小球先后放入甲、乙两杯液体中，小球在液体中均处于漂浮状态。下列判断中正确的是（　　） A．甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度 B．甲杯中液体的密度小于乙杯中液体的密度 C．小球在甲杯中受到的浮力小于 在乙杯中受到的浮力 D．小球在甲杯中受到的浮力大于 在乙杯中受到的浮力 探究新知 知识点1 物体的浮沉 A 【典例4】将一木块放入水中，静止时木块漂浮在水面上，露出水面的体积占总体积的，求这个木块的密度 【详解】因物体漂浮，则,即 因,故 则 答：这个木块的密度为。 探究新知 知识点1 物体的浮沉 知识点2 浮力的应用 1. 增大或减小浮力的方法 由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，浸在液体中的物体受到的浮力大小由液体密度和排开的液体的体积决定，故可以从改变液体密度和改变排开的液体体积两方面改变浮力。 （1）增大浮力的方法： 增大液体的密度（在水中加盐并搅拌，可以使沉底的鸡蛋浮起来）； 增大物体排开液体（或气体）的体积（如，飞艇、万吨巨轮等）。 探究新知 知识点2 浮力的应用 1. 增大或减小浮力的方法 由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，浸在液体中的物体受到的浮力大小由液体密度和排开的液体的体积决定，故可以从改变液体密度和改变排开的液体体积两方面改变浮力。 （2）减小浮力的方法： 减小液体的密度（如，可以采用加清水的方法减小盐水的密度，使悬浮在盐水中的鸡蛋下沉）； 减小物体排开液体（或气体）的体积（如，通过将辅助气囊中的气体放出，减小飞艇排开空气的体积，使飞艇降落）。 探究新知 知识点2 浮力的应用 潜水艇能潜入水下航行，进行侦查和袭击，隐蔽性强，是一种很重要的军用舰艇。 因为潜水艇浸没在水里时，排开水的体积不变，根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排 可知，所受浮力基本不变，故潜水艇通过靠改变自身重力实现浮沉的目的。 2. 浮力的应用实例——潜水艇 探究新知 知识点2 浮力的应用 当水舱中充入适量的水时，浮力与重力相等，潜艇就能悬浮在水中任何深度。 ②潜水艇的浮沉原理 下潜时，在两侧的水舱内充入水，艇重增大，重力大于浮力，潜艇就会下沉。 上浮时，用压缩气体将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，重力小于浮力，潜艇就会上浮。 潜入水中 若G＞F浮，则下潜 若G＜F浮，则上浮 探究新知 知识点2 浮力的应用 视频欣赏——《潜水艇的浮沉》 探究新知 知识点2 浮力的应用 【典例5】如图所示为潜水艇的示意图，当潜水艇在水中下潜过程其所受浮力与重力的大小关系为：F浮 G（选填“>”、“＜”或“=”），潜水艇所受浮力 ，海水压强 。（均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 ＜ 不变 变大 【详解】 [1]潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身重力来实现的；潜水艇在水中下潜过程中浮力小于重力。 [2]当它在海面下继续下潜的过程中，潜水深度h增加，而排开水的体积不拜年，根据可知：潜水艇受到水的浮力不变。 [3]由甲位置到乙位置深度增加，根据可知，潜水艇底部受到水的压强增大。 探究新知 知识点2 浮力的应用 升空原理： 通过充入（或排出）密度小于空气的气体（氢气、氦气、热空气等），使其受到的浮力大于（或小于）自身的重力而升（或降）。 热气球 2. 浮力的应用实例——气球和飞艇 飞艇 探究新知 知识点2 浮力的应用 【典例7】如图所示，热气球下方开口处燃烧液化气，随着热气球内部气体温度升高，热气球体积膨胀到一定程度时，热气球开始离地，徐徐升空，此时热气球受到的浮力 （选填“大于”“小于”或“等于”）热气球的重力；在加热过程中，热气球内部气体的密度 （选填“变大”“变小”或“不变”）；如果充入气体后气球和吊篮的总质量为100kg，体积为150m3，则气球可以搭载重 N的货物悬浮在空中。 （，g取10N/kg） 大于 变小 950 探究新知 知识点2 浮力的应用 详解见下页 【详解】[1]热气球徐徐升空时，其体积不变，排开空气的体积不变，所受的浮力不变，而气球内部体积膨胀时，热空气从球口流出，球内气体质量减小，重力减小，小于浮力，所以升空。 [2]在加热过程中，热气球内部气体温度升高，其气体体积增大，则气球内部的气体密度减小。 [3]热气球悬浮在空中时，排开气体的体积 受到的浮力 气球和吊篮的的重力 由于热气球悬浮在空中，则热气球受到的浮力等于热气球和吊篮与货物的重力，则气球可以搭载的货物 探究新知 知识点2 浮力的应用 ①密度计是测量液体密度的仪器。 ②构造：密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管，管的下部装有少量密度较大的铅丸。 ③原理：密度计放在液体中都是漂浮的，因此受到的浮力始终等于它受到的重力，F浮=G，且不变。 密度计的刻度不均匀，数值是上小下大 根据 F浮=ρ液gV排可知， F浮不变，把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积小，上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积就大，下沉一些。 所以密度计的刻度从下往上的示数是越来越小的。 2. 浮力的应用实例——密度计 探究新知 知识点2 浮力的应用 32 1．将重为4N，体积为6×10-4m3的物体投入一个装有适量水的烧杯中，溢出200g水。当物体静止时，下列判断正确的是（　　） A．物体漂浮，F浮=2N B．物体悬浮，F浮=6N C．物体漂浮，F浮=4N D．物体沉在水底，F浮=2N 课堂练习 C 33 2．如图所示，小明把鸡蛋放入盛水的杯中，鸡蛋沉在杯底如图甲，向杯中加盐，鸡蛋悬浮如图乙，则鸡蛋在两液体中的浮力关系是F甲 （选填“大于”“小于”或“等于”）F乙。若鸡蛋的质量为50g，则鸡蛋在乙杯盐水中所受到的浮力为 N，往乙杯盐水中再加一些盐，鸡蛋将 （选填“下沉”“上浮”或“仍悬浮”）。 课堂练习 小于 0.5 上浮 【详解】[1]鸡蛋在甲中沉入水底，则，在图乙中悬浮，则，所以，鸡蛋受到的浮力。 [2]在乙杯盐水中鸡蛋处于悬浮状态，故所受的浮力大小等于鸡蛋的重力 鸡蛋在乙杯盐水中所受到的浮力为0.5N。 [3]若向杯中继续加盐，使盐水的密度增大，而鸡蛋的体积（排开盐水的体积不变），由阿基米德原理知道鸡蛋受到的浮力变大，由于重力不变，则鸡蛋上浮，最后漂浮。 34 3．当把饺子放入沸腾的水中后，饺子（不考虑饺子的吸水性）先下沉到锅底，过了一会儿又上浮，最终漂浮在水面上。则饺子在下沉过程中 （选填“受”或“不受”）浮力；在加速上浮的过程中，饺子的平均密度ρ ρ水（选填“<”、“=”或“>”）；最终漂浮时，饺子受到的浮力 饺子重力（选填“<”、“=”或“>”）。 课堂练习 受 ＜ ＝ 35 课堂练习 D 36 5．体积是的塑料球漂浮在水面上，有的体积露出水面，则塑料球的密度是 .(写出求解思路) 课堂练习 0.67×103 【详解】塑料球漂浮在水面上，F浮=G，ρ水gV排=ρ球gV球， ρ水g(1- ) V球 =ρ球gV球， ρ球=ρ水= ×1×103kg/m3≈0.67×103kg/m3． 37 6．如图所示，底面积为100cm2的圆柱形容器内盛有一定量的水，将一重力为6N的木块A放入水中，再将另一重力为2N的合金块B放在木块A的上方，此时木块A恰好有的体积浸入水中。求： (1)此时木块A受到的浮力大小； (2)木块A的密度； (3)若取走合金块B，水对容器底部压强的变化量。 课堂练习 【答案】(1)8N (2) (3) 38 知识总结 物体的浮沉条件及应用 上浮 F浮>G物（合力：竖直向上）、ρ液>ρ物 F浮<G物（合力：竖直向下）、ρ液<ρ物 F浮=G物（合力为0）、ρ液>ρ物 F浮=G物、ρ液=ρ物 F浮<G物、ρ液<ρ物 下沉 漂浮 悬浮 沉底 应用：轮船、潜水艇、气球和飞艇、密度计 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 40 ENDING! 2024 Thank you for watching! 谢谢观看 $$