第3节 浮沉的条件及应用（表格式教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

该初中物理教学设计聚焦“浮沉的条件及应用”，通过“奋斗者号”及航空母舰与石子浮沉现象提问导入，引导学生从受力分析入手，结合二力合成和力与运动关系推导浮沉条件，衔接潜水艇、热气球等应用实例。 资料亮点在于实验与视频结合，如浮沉子、盐水浮鸡蛋实验及《潜水艇的浮沉》等视频，培养科学探究能力。通过推理推导条件发展科学思维，融入我国科技成就增强科学态度与责任，助力学生理解应用，提升教师教学效率。

第3节 浮沉的条件及应用（教学设计） 年级 八年级下册 授课时间： 授课教师： 课题 第3节 浮沉的条件及应用 教学 目标 1. 能描述物体的浮沉条件，并运用其说明生产生活中的有关现象，发展运动与相互作用的观念。 2. 在得出物体浮沉条件的过程中，根据同一直线上二力合成的规则和力与运动的关系进行演绎推理，发展推理论证的能力。 3. 设计实验改变物体的浮沉状态，发展科学探究的素养及使用科学证据的意识。 4. 运用物体的浮沉条件解释和解决生产生活中的一些现象和实际问题，了解我国古代和现代利用浮沉条件的科技成就，感受物理学对人类生活和社会发展的影响，激发学习科学的兴趣和探究的热情，培养民族自豪感与使命感。 教材 分析 1. 通过节首图“奋斗者号”的展示，引导学生思考物体的浮沉条件。 2. 根据二力平衡条件、运动和力的关系描述物体的浮沉条件。引导学生通过已学知识得出浮沉条件：明确受力分析的对象；画出受力示意图；比较物体重力与浮力的关系，判断浮沉状态。通过浮沉子的活动，验证物体的浮沉条件。 3. 运用物体的浮沉条件解释潜水艇、热气球的工作原理，认识浮力在生产生活中的应用价值。 教学重点 能根据同一直线上二力合成的规则和力与运动的关系描述物体的浮沉条件，并能运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。 教学难点 将受力分析、力和运动的关系以及与浮力知识结合起来综合起来解决问题。 教学 器材 盐水、水、鸡蛋、浮沉子、密度计、潜水艇模型等。 课件。包含视频资料：①演示实验—《盐水浮鸡蛋》；②视频欣赏—《潜水艇的浮沉》；③演示实验—《做一个塑料袋热气球》；④视频讲解—《密度计》；⑤课堂总结—《物体的浮沉条件及应用》。 教学过程 导入新课 【提问】虽然液体或气体对浸入其中的物体有浮力的作用，但令人困惑的是，数万吨的航空母舰可以浮于水面自由航行，而一颗仅几十克的石子却沉入了水底。这是为什么? 【学生活动】思考问题，为学习物体的浮沉条件作铺垫。 学习新课 一、物体的浮沉条件 1. 探究物体的浮沉条件 【教师提问】浸没在液体中的物体受到哪些力的作用？物体在液体中的浮沉与这些力是什么关系（即物体的浮沉条件是什么）？ 【学生活动】讨论思考问题，并回答。 【师生归纳】（1）物体浸在液体中时的受力分析 浸没在液体中的物体受到两个力：一个是竖直向下的重力；另一个是竖直向上的浮力。决定物体在液体或气体中浮沉的条件是物体受到的重力与浮力之间的大小关系。 物体的浮沉条件：浸没在液体中的物体受到重力G和浮力F浮作用。 ①当F浮>G时，物体上浮，最后静止在液面，叫作漂浮； ②当F浮=G时，二力平衡，物体悬浮在液体中； ③当F浮<G时，物体下沉，最终静止在底部。 ④漂浮于液面的物体，处于平衡状态，其浮力F浮和重力G大小相等：F浮=G。 2. 比较物体密度与液体密度的大小判断物体的浮沉 （1）比较物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉。 【师生推导】当物体浸没在液体中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用，且V排 = V物；浮力的大小为F浮＝ρ液gV排；重力的大小为G＝ρ物gV物。 ①当ρ液＞ρ物时，得出F浮＞G，物体上浮； ②当ρ液= ρ物时，得出F浮= G，物体悬浮； ③当ρ液＜ρ物时，得出F浮＜G，物体下沉。 （2）物体的浮沉与密度大小有关的实例 【学生活动】分析下述三种现象，知道比较物体密度与液体密度的大小可以判断物体的浮沉。 ①冰的密度小于水的密度，所以冰浸没在水中会上浮，最后漂浮在水面； ②当鸡蛋的密度等于水的密度时，鸡蛋会在水中悬浮； ③石块的密度大于水的密度，所以石块在水中下沉。 【演示实验】将新鲜的鸡蛋分别浸没在盛有水和浓盐水的容器中，观察鸡蛋在容器中的位置并解释。 【师生分析】将鸡蛋放入水中，由于其所受的浮力小于它所受的重力，从而下沉；放入浓盐水中时，由于浓盐水密度较大，其所受的浮力大于它所受的重力，从而上浮，最终漂浮在浓盐水中。 【例题1】质量相等的甲、乙两个实心正方体物块在水中静止时如图所示，下列说法正确的是（ C ） A．甲受到的浮力小于乙受到的浮力 B．甲的密度小于乙的密度 C．甲下表面受到水的压力大于乙下表面受到水的压力 D．甲排开水的体积大于乙排开水的体积 【详解】AB．甲悬浮，则浮力等于重力，且密度等于水的密度；乙漂浮，则浮力等于重力，且密度小于水的密度。甲乙质量相等，则重力相等，所以浮力相等，且甲的密度大于乙的密度，故AB错误； C．根据压力差法F浮=F下-F上，甲的下表面受到水的压力大于浮力，乙的下表面受到水的压力等于浮力，甲乙受到的浮力相等，所以甲下表面受到水的压力大于乙下表面受到水的压力，故C正确； D．甲乙受到的浮力相等，根据F浮＝ρ水gV排可知甲排开水的体积等于乙排开水的体积，故D错误。 【例题2】小丽同学在洗碗时，她发现碗可以漂浮在水面上，也可以沉入水底，如图所示，下列说法正确的是（　D　） A．碗漂浮在水面时受到的浮力大于它的重力 B．碗沉入水底后不会受到浮力的作用 C．碗沉入水底后比漂浮在水面上时排开水的质量大 D．碗沉入水底后比漂浮在水面上时洗碗盆的液面下降 【答案】D 【详解】A．依据物体浮沉条件，碗漂浮于水面时处于平衡状态，此时浮力与重力构成平衡力，大小相等，F浮=G，故A错误； B．碗沉入水底后，因仍浸在水中，必然受到水施加的向上浮力。其下沉的原因在于此时浮力小于重力，并非不受浮力，故B错误； C．碗漂浮时，F浮1=G碗；沉入水底时F浮2< G碗，由此可得F浮2 < F浮1。根据阿基米德原理F浮= G排= m排g可知，浮力大小与排开液体的重力、质量成正比，所以碗沉入水底后排开水的质量小于漂浮时排开水的质量，故C错误； D．根据F浮=ρ液gV排，碗漂浮时浮力大，对应排开水的体积V排1大；沉入水底时浮力小，对应排开水的体积V排2小，即V排2< V排1。由于排开水的体积减小，洗碗盆内液面也会随之下降，故D正确。 学习新课 二、浮力的应用 1. 探究浮力的本质 【教师引入】在生活生产中，物体的浮沉现象很常见。人们常常利用浮力，改变浮力有哪些方法？ 【自主活动】装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下，漂浮在矿泉水瓶内的水中，矿泉水瓶内留有少量空气，拧紧瓶盖使其密封。小玻璃瓶（含瓶内的水和空气）称为浮沉子。挤压矿泉水瓶，观察浮沉子的浮沉情况。 实验现象：挤压矿泉水瓶，水进入小玻璃瓶，浮沉子下沉；松手后，水排出小玻璃瓶，浮沉子上浮。 【学生活动】分析上述现象，并回答。 挤压大塑料瓶，瓶内空气被压缩，将压强传递给水，水被压入小瓶中，这时浮沉子里进入一些水，它的重力增加，大于它受到的浮力，就会下沉。 松开手，小瓶内水面上方的空气体积增大，压强减小，浮沉子里面被压缩的空气把水压出来，此时浮沉子的重力小于它所受的浮力，因此它就向上浮。当浮力等于重力，就会悬浮在水中。 1. 改变物体浮沉状态的方法 【师生归纳】浸入液体或气体中的物体： （1）如果所受重力减小，当重力小于浮力时，物体会上浮； （2）如果所受重力增大，当重力等于浮力时，物体会悬浮； （3）如果所受重力增大，当重力大于浮力时，物体会下沉。 2. 浮力的应用 【学生活动】阅读教材第54页，分析潜水艇、热气球和飞艇的浮沉原理，并回答。 【师生归纳】 （1）潜水艇 当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，所以只能靠改变自身重力实现浮沉的。 ①下潜时，在两侧的水舱内充入海水，艇重增大，重力大于浮力，潜艇就会下沉。 ②当水舱充水后潜水艇所受的重力等于浮力时，它可以悬浮在海水中。 ③当用压缩空气将水舱里的海水排出一部分时，潜水艇变轻，从而上浮。 潜水艇浮沉示意图 热气球 （2）热气球和飞艇 ①热气球：如果气球里充的是密度小于空气的气体，则气球受到的浮力大于自身的重力，气球就会上升，可以飘在空中。例如，节日放飞的气球、携带气象仪器的高空探测气球，充的是氦气；体育、娱乐活动用的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气。 ②飞艇：在气球大气囊下面装了带螺旋桨的发动机和载人、装货的吊篮，可以定向航行。 （3）轮船 ①轮船的漂浮原理：把轮船做成“空心”体后放在水里，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水的体积变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。 ②轮船的排水量m排：表示轮船的大小，指轮船装满货物时排开水的质量，等于轮船和货物的总质量。即m排= m船+ m物 我国首艘航空母舰辽宁舰的排水量约为6万吨，表明辽宁舰满载时，舰载机和舰身的质量之和约为6万吨。 ③轮船的“吃水线” 为了航行安全，轮船的船体上标有多条水平横线，叫“吃水线”，如图所示。“吃水线”对应的是轮船在不同水域、不同季节承载最大载重时浸入水中的深度。 图中“印度洋线”在上，“北大西洋线”在下，说明轮船在印度洋中排开海水的体积大于轮船在北大西洋中排开海水的体积；轮船满载时漂浮在海面上受到的浮力等于自身的重力且不变，在不同的海域，海水的密度不同，轮船在印度洋中排开海水的体积大于轮船在北大西洋中排开海水的体积，根据F浮=ρ液V排g可知，印度洋海水的密度小于北大西洋海水的密度。 （4）密度计 ①主要构造：这种密度计通常中间有一个体积较大的玻璃泡。密度计下方装着金属颗粒作为配重，使密度计漂浮时能保持竖直姿态。密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据液面所处的位置直接读出液体的密度值。 ②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且不变，即F浮=G。根据F浮=ρ液gV排可知，F浮不变时，把它放在密度比较大的液体里，则V排变小，即它浸入液体的体积变小，所以会上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，则浸入液体的体积大，会下沉一些。密度计的刻度不均匀，且从下往上的刻度数是越来越小的。 【例题3】海权握，国则兴。建设一支强大海军是实现中国梦的有力保障，潜水艇是海军的战略重器。如图所示是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海水中悬浮、上浮、漂浮的训练过程。下列对此潜水艇分析正确的是（　A　） A．悬浮和漂浮时受到的浮力不相等 B．潜水艇是通过改变浮力大小达到上浮和下沉的 C．上浮过程中所受浮力逐渐变小 D．潜水艇完全入水后，下沉越深，所受浮力越大 【详解】A．由图可知，悬浮时排开海水的体积大于漂浮时排开海水的体积，由F浮=ρ液gV排可知，潜艇悬浮时所受浮力大，即F悬浮> F漂浮，故A正确； B．在水中，潜水艇受到水的浮力和重力的作用，由F浮=ρ液gV排可知，潜水艇的体积不变，排开水的体积不变，故潜水艇受到的浮力不变；把压缩空气压入潜水艇的压力舱，将海水排出，潜水艇自重G减小，当F浮＞G时，潜水艇上浮；打开压力舱的阀门，让海水进入压力舱内，潜水艇自重G增大，当F浮＜G时，潜水艇下沉；当F浮＝G时，潜水艇悬浮，可以停留在任何深度；由此可见，潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身重力来实现的，故B错误； C．潜艇上浮过程中，露出水面前，V排不变，根据F浮=ρ液gV排可知，潜艇所受浮力不变，逐渐露出水面时，V排减小，潜艇所受浮力减小，故C错误； D．潜水艇排开水的体积不变，由F浮=ρ液gV排知，所受浮力不变，故D错误。 【例题4】许多轮船都有排水量的标记，某轮船的排水量是4800t，则该轮船满载时所受的浮力是 N（注：排水量是指轮船满载时排开水的质量）。如图是该轮船从印度洋到北大西洋的过程中“吃水线”排列情况，由图可以判断：印度洋海水的密度 （选填“大于”或“小于”）北大西洋海水的密度。（g=10N/kg）    【答案】 4.8×107 小于 【详解】满载时轮船所受的浮力为 F浮=G排=m排g=4800×103kg×10N/kg=4.8×107 N 轮船从印度洋到北大西洋的过程中，始终处于漂浮状态，受到的浮力和自身的重力相等，由轮船的重力不变可知，轮船受到浮力不变，由图可知，印度洋的吃水线高于北大西洋的吃水线，即轮船在印度洋中排开海水的体积较大，由F浮＝ρ液gV排可知，印度洋海水的密度小于北大西洋海水的密度。 课堂练习 1. 小灿将一个质量为50g的鸡蛋放入一杯均匀盐水静止时，如图所示，然后向杯子里加入一些食盐搅拌后，则鸡蛋最终（　　） A．所受浮力小于0.49N B．所受浮力大于0.49N C．所受浮力等于0.49N D．浮力大小无法确定 【答案】C 【详解】如图，鸡蛋处于悬浮状态，向杯子中加入一些食盐搅拌后，液体密度增大，鸡蛋受到的浮力变大，将上浮并最终漂浮于液面上，此时鸡蛋受到的浮力等于它的重力，所以鸡蛋最终所受浮力为F浮=G=mg=50×10-3kg×9.8N/kg=0.49N 故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 2. 小延洗水果时，发现体积较大的香瓜漂浮在水面上，而体积较小的李子却沉在水底，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．李子的密度小于香瓜的密度 B．香瓜受到的浮力大于它受到的重力 C．若将香瓜浸没在水中，它受到的浮力大于受到的重力 D．李子受到的浮力大于它受到的重力 【答案】C 【详解】AB．香瓜漂浮在水面，说明香瓜的密度小于水的密度，且漂浮时浮力等于重力；李子沉在水底，说明李子的密度大于水的密度，故李子的密度大于香瓜的密度，AB错误； C．香瓜原本漂浮，浮力等于重力；若将香瓜浸没在水中，此时香瓜排开水的体积变大，根据阿基米德原理F浮=ρ水V排g知，浸没时V排增大，浮力会变大，所以此时浮力大于重力，故C正确；    D．李子沉在水底，根据物体的浮沉条件可知，此时浮力小于重力，所以D错误。 3. 晓强制作了一个“浮沉子”，如图，他将装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下，使其漂浮在矿泉水瓶内的水面上，拧紧瓶盖使其密封，用力挤压矿泉水瓶侧面时“浮沉子”下沉，松手后“浮沉子”上浮。下列说法正确的是（　　） A．“浮沉子”下沉时，不受浮力作用 B．“浮沉子”下沉时，所受重力等于它受到的浮力 C．“浮沉子”上浮时，所受浮力大于它受到的重力 D．无论怎样操作，“浮沉子”都不可能悬浮在水中   【答案】C 【详解】AB．“浮沉子”下沉时，浮子受到的浮力要小于重力，故AB错误； C．“浮沉子”上浮时，所受浮力大于它受到的重力时会上浮，故C正确； D．挤压大塑料瓶，瓶内空气被压缩，一部分水被压入小瓶中，即浮沉子里进入一些水，它的重力增加，当重力等于它受到的浮力，会悬浮在水中，故D错误。 4. 将一支液体密度计分别放入甲、乙两种液体中，最终情况如图所示，则下列判断正确的是（　） A．密度计在甲中受到的浮力较大 B．密度计在乙中受到的浮力较大 C．甲液体的密度比乙液体的密度大 D．甲液体的密度比乙液体的密度小 【答案】C 【详解】AB．同一支密度计放在甲、乙液体中都漂浮，所以，密度计在甲、乙两种液体中受到的浮力都等于密度计受到的重力G，密度计的重力不变，则密度计在甲、乙两种液体中受到的浮力相等，故AB错误； CD．由图知，密度计排开液体的体积V排甲<V排乙，因为F浮=ρ液V排g，而受到的浮力相等，所以，ρ甲> ρ乙，故C正确；D错误。故选C。 5. 我国自主研制的深海潜水器“奋斗者”号是国之重器。 （1）“奋斗者”号体积约为40m3，潜入万米深的海底时，海水对其浮力约为 N（海水的密度近似取1.0×103kg/m3）；请在图中，画出此时浮力的示意图 。 （2）关于“奋斗者”号的浮沉，下列说法正确的是________。 A．通过改变自身重力实现浮沉 B．通过改变受到浮力实现浮沉 【答案】（1） 3.92×105；（2）A 【详解】（1）体积约为40m3的“奋斗者”号潜入万米深的海底时受浮力约为 F浮＝ρ海水gV排＝1.0×103kg/m3×9.8N/kg×40m3＝3.92×105N 浮力的方向竖直向上，作用点为O点，大小为3.92×105N，故过O点画竖直向上的有向线段，标3.92×105N，作图如下： （2）在“奋斗者”号的浮沉过程中，体积不变，则排开水的重力不变，受到的浮力不变，所以是通过改变自身重力实现浮沉的，故A正确，B错误。故选A。 6. 为了航行安全，远洋轮的船体需标有国际航行载重线，即轮船满载时的“吃水线”。如图所示，是某船满载时在不同水域、季节时的“吃水线”，其中FW为在淡水中航行时的“吃水线”，A、B则为夏、冬两季在海水中航行时的“吃水线”，经查询：同一海域，表层海水在夏季的密度小于在冬季的密度。 （1）若该船满载时，在不同水域、季节航行时，水（海水）面正好与“吃水线”相平，则下列对于该船所受浮力大小的判断中，正确的是： 。 a. 在“FW”处所受浮力最大 b. 在“A”处所受浮力最大 c. 在“B”处所受浮力最大 d. 在“FW”、“A”、“B”三处所受浮力一样大 （2）该船在冬季海水航行时的“吃水线”是如图中的 （选填“A”、“B”），判断的理由是： 。 【答案】（1）d；（2）B，冬季温度低，海水的密度变大，满载时浮力相等，根据阿基米德原理，货船排开水的体积变小 【详解】（1）远洋轮船在不同水域、季节航行时，处于漂浮状态，浮力等于重力，轮船所受的浮力不变；由F浮=G=G排=m排g可知，排开海水的质量不变，所以在“FW”、“A”、“B”三处所受浮力一样大，故选d。 （2）同一海域，表层海水在夏季的密度小于在冬季的密度，由可知，冬季排开水的体积小，则船的吃水深度最小，所以该船在冬季海水航行时的“吃水线”是图中的B。 板书设计 第3节 浮沉的条件及应用 一、物体的浮沉条件 1. 当F浮< G物或ρ物＞ρ液时，物体下沉； 2. 当F浮= G物或ρ物=ρ液时，物体悬浮； 3. 当F浮> G物或ρ物＜ρ液时，物体上浮。 4. 漂浮时：F浮=G物。 二、浮力的应用 1. 潜水艇：靠改变自身重力上浮和下潜的。 2. 气球和飞艇：是充入密度小于空气的气体，使自身的重力小于受到的浮力。 3. 轮船：轮船靠挖“空心”的方法增大浮力。 （1）轮船的排水量：指轮船满载时，排开水的质量。 （2）轮船的“吃水线”：是轮船在不同水域、不同季节承载最大载重时浸入水中的深度。 4. 密度计：测量液体密度的仪器，工作原理：漂浮时，F浮=G。 课堂总结 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图“奋斗者号”的展示，引导学生思考物体的浮沉条件。 2. 根据二力平衡条件、运动和力的关系描述物体的浮沉条件。通过浮沉子的活动，验证物体的浮沉条件。 3. 运用物体的浮沉条件解释潜水艇、热气球的工作原理，认识浮力在生产生活中的应用价值。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $