4.4 水的浮力（第5课时）教学设计- 2025-2026学年浙教版科学八年级上册

4.4 水的浮力（第5课时）教学设计 ——浮力的应用 【核心概念】物质的运动与相互作用 【内容要求】 学习内容：力是改变物体运动状态的原因 内容要求：利用浮力及物体的浮沉条件，应用于生活生产实践之中。 【教学目标】 1.根据阿基米德原理公式知道如何增大与减小浮力的方法 2.通过分析轮船、浮子式密度计、潜水艇、热气球、飞艇的工作原理，理解物体浮沉的条件在生活生产中的应用。 3.利用浮力及物体的浮沉条件，解决简单的实际问题，培养理论和实践相结合的能力。 4.树立利用浮力与物体浮沉的条件相关知识为人类生活生产服务意识。 【教学思路】 教学线索：原理分析——应用举例——内化知识 从阿基米德原理的公式出发，讨论如何增大与减小浮力。然后通过分析轮船、浮子式密度计、潜水艇、热气球、飞艇的工作原理，理解浮力及物体浮沉的条件在生活生产中的应用，培养学生理论和实践相结合的能力，树立利用浮力与物体浮沉的条件相关知识为人类生活生产服务意识。 【教学过程】 一、创设情景，引入任务 【复习】1.阿基米德原理；2.物体浮沉的条件。 【引入】物体浮沉条件不但可以用来解释许多生活现象，而且在生产、生活和科研上也有重要的应用。 如轮船、潜水艇、热气球等等，那么这些工具是如何应用物体的浮沉条件呢？ 二、围绕任务，素养内化 （一）增大与减小浮力的方法 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（如在水中加盐并搅拌，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）。 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）。 （二）浮力的应用 1.轮船 问题思考：人类很早就制造出了木船，而现代轮船通常用钢铁制造。钢铁的密度远大于水，用钢铁制造的轮船为什么能够漂浮在水面上呢？ 原理分析：如果把一块铁块放在水面，它将会沉入水底。如果将这块铁块铸成碗状，虽然它所受的重力没有改变，但是把它放在水面，它排开水的体积比块状时大得多，受到水的浮力就较大。当它浸入一定深度时，受到的浮力等于它所受的重力，它就会就漂浮在水面上。轮船就是根据这个原理制造的。如图： 视频：轮船 归纳总结：轮船的工作原理是增大排开液体（水）的体积/质量/重力来增大浮力，当受到的浮力等于它所受的重力，它就会漂浮在水面上。 （1）原理：漂浮原理，即F浮=G，若不改变船的总重力，在不同水域浮力不变，ρ液改变，V排发生改变，若在同一水域行驶，改变船重，则浮力改变（浮力总是等于重力）。 （2）结构：用密度比水大的钢板制成的轮船，由于船体中间很大部分是空的，可以排开更多的水，获得更大的浮力，从而能漂浮在水面上。 轮船的大小通常用排水量表示，排水量是轮船满载时排开水的质量，由于 ，可得： 即排水量等于船自身质量和满载时货物的质量之和。 例如，一艘轮船的排水量为1.8×104t，表示此船满载时，货物和船身质量之和为1.8×104t。 【思考与讨论】一艘轮船从江河驶入大海后受到浮力如何变化？排开水的体积如何变化？ 轮船漂浮，浮力等于重力，故浮力不变；海水密度比河水大，故V排 减小。 2.浮子式密度计 视频：密度计 （1）结构：下粗上细的玻璃管，下部的玻璃泡内装入小铅丸或汞，使重心下移密度计更稳定。 （2）用途：测量液体的密度； （3）工作原理：漂浮原理，即F浮＝G； （4）刻度值的特点： ①密度计上所示的数值代表被测液体的密度与水的密度的比值。 注意：密度计没有零刻度。 ②上面读数小，下面读数大。将同一支密度计放入不同液体中，浮力相等，均等于密度计重力，则液体密度越大，V排越小，密度计浸没的长度越短，故刻度上小下大。 ③刻度不均匀，上疏下密。密度计下粗上细，改变相同的V排时，上方细管浸入长度更长，故刻度不均匀，上疏下密，但在计算时常把密度计看作粗细一致的圆柱体。 3.潜水艇 视频：蛟龙号 （1）原理：潜水艇是靠改变自身的重力实现上浮或下潜的。 （2）调节方法：潜水艇浸没在水中时排开水的体积不变，所以浸没后受到的浮力不变，但艇身装有水舱，向水舱充水时，潜水艇变重，当G艇>F浮时，逐渐潜入水中。当水舱充水后潜水艇重等于同体积的水重时，当G艇=F浮时，它可以悬浮在水中。当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时潜水艇变轻，当 G艇<F浮时潜水艇上浮。 【探索活动】潜艇在水中实现上浮和下沉的模拟实验 1.如图4.4-16所示，玻璃球的顶部和底部各有一个小孔，顶部小孔通过橡皮管与针筒相连。开始时球内装满水，沉入水下。 2.将针筒的活塞向内推，使玻璃球内的水从底部小孔压出，观察玻璃球的运动情况。 玻璃球重力减小，浮力大于重力，小球上浮。 3.将针筒的活塞向外拉，使水从底部小孔进入玻璃球内，观察玻璃球的运动情况。 玻璃球重力增大，浮力小于重力，小球下沉。 视频：潜水艇模拟实验 【拓展应用】航天员适应性训练 1.航天员太空活动状况 空间站环绕地球运行时，内部所产生的效果，像水中的鱼一样，使航天员能够悬浮在太空中。这样的空间环境使得航天员在太空行走时身体变得难以控制，空间知觉也会紊乱。 2.模拟训练 为了使航天员能够适应太空的特殊环境，人们设计了在大型水池中对航天员进行太空行走模拟训练的方法，如图所示。为保证航天员在水中处于悬浮状态，应使航天员自身及所携带的装备受到的浮力与总重力相等。 注意：航天员在太空中悬浮是由于处于完全失重状态，所以重力为0，也没有受到浮力作用。类似于在液体中的悬浮状态。 【生活中的科学】 悬浮的鱼 鱼可以一动不动地悬浮在水中，直到感兴趣的食物出现，才立刻摆动尾巴紧跟而上。鱼的脊柱下有一个壁很薄的囊，叫作鱼鳔。鱼鳔中有从其血液里获取的氧气和氮气。鱼通过调整鱼鳔的体积，改变自己的总体积，从而改变所受的浮力。鱼的上浮或下沉也是通过调整自身鱼鳔的体积来实现的。 4.热气球 （1）工作原理：热气球和气艇都是靠空气的浮力升空的。热气球是由于球内热空气的密度比球外冷空气的小，使得热气球受到空气的浮力大于重力，从而能在空气中上升。 （2）气体材料：气艇内一般充有氦气等密度比空气小的气体。早期的气艇充的都是易燃的氢气，后来发生了几次氢气爆炸事故，使人们改用了氦气。 5.飞艇 （1）工作原理：由于飞艇排开的空气重力（浮力）大于或等于其自身的总重力（包括艇体、气体、货物和人员）而升空。 （2）飞艇的主要组成部分 ①气囊：飞艇的主体，内部填充氦气等升力气体。现代飞艇通常使用不可燃的氦气，早期则使用易燃但浮力更强的氢气。 ②吊舱：悬挂在气囊下方的舱室，用于搭载乘员、乘客、货物和飞行控制系统。 ③推进系统：通常由发动机和螺旋桨组成，为飞艇提供前进、后退和转向的动力。 ④尾翼：位于气囊后部，包括方向舵和升降舵，用于控制和稳定飞艇的飞行姿态。 （3）优点及用途：飞艇造价低廉、消耗燃料少，可用于交通、运输、娱乐、赈灾、拍摄、气象观察、大气科学实验等。 三、归纳总结，应用迁移 （一）课堂小结 1.通过哪些方法可以增大或减小浮力？ 2.举例说明物体浮沉的条件在生活生产中的应用如轮船、潜水艇、密度计、热气球等。 （二）随堂例题 【例1】如图是我国自主研发的第一艘航母“山东舰”海上训练的场景。下列说法正确的是（ ） A.航母能漂浮在海面上是因为它受到的浮力大于它的总重力 B.舰载机飞离航母后，航母所受的浮力不变 C.舰载机飞离航母后，航母船身相对于水面会下沉些 D.航母是采用“空心”的方法增大了可利用的浮力 【答案】D 【解析】AB.由沉浮条件知，漂浮在海面上的航母受到的浮力等于总重力，当舰载机飞离航母后，航母的总重力减小，航母所受的浮力变小，故AB错误； C.舰载机飞离航母后，航母的总重力减小，航母所受的浮力变小，由F浮=ρ液gV排可知，海水的密度不变，航母排开水的体积减小，航母船身相对于水面会上浮些，故C错误； D.航母是采用空心的办法增大排开液体的体积，从而增大可以利用的浮力，故D正确。 【例2】如图所示为潜水艇的示意图，当潜水艇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”）。 【答案】 ＜ 不变 变大 【解析】 [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。 【例3】我国自主研制的“极目一号”Ⅲ型浮空艇（如图）以0.5m/s的平均速度顺利升至9050m高空，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录.正在升空的浮空艇，所受空气的浮力 浮空艇的重力（选填“大于”、“等于”或“小于”），其外表面受到的大气压强 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。“极目一号”浮空艇内部有三层：上层装有氦气（相同条件下氦气密度比空气小得多），中间隔开，下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要 （填“上浮”或“下降”）的时候，可以用上层的氦气排出下层的部分空气，以此变自身力。 【答案】 大于 变小 上浮 【解析】[1]浮空艇上浮，由浮沉条件知其浮力大于重力。 [2]正在升空的浮空艇，距离地球表面的高度逐渐升高，所受大气压强逐渐减小。 [3]由于相同条件下氦气密度比空气小得多，当用上层的氦气排出下层的部分空气时，浮空艇的重力减小，而浮空艇的体积可认为不变，外部空气的密度大于内部气体的密度，根据阿基米德原理可知，浮空艇受到的浮力大于自身的重力，从而上升到空中。 【板书设计】 第4节 水的浮力（第5课时） ——浮力的应用 热气球和飞艇 潜水艇 密度计 轮船 浮力的应用 改变自身重力实现浮沉 漂浮 F浮 = G计 通过增大V排来增大浮力 充入密度较小的气体如氦气 【课后作业】 1.完成作业本上相应内容 2.自制一支密度计。 1 学科网（北京）股份有限公司 $