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第4节　沉与浮
教学目标
【知识与技能】
1．知道物体的沉浮取决于浮力与重力的大小关系，理解物体的浮沉条件是二力平衡知识的具体应用．
2．知道物体的沉浮与密度的关系．
3．能应用浮沉条件解释简单的物理现象．
4．知道密度计、潜艇、气象探测气球的原理．
【过程与方法】
1．通过物体的浮沉现象的实验研究，培养学生思维能力和实验研究能力．
2．认识浮力知识在生产、生活中的应用价值．
【情感、态度与价值观】
1．通过对轮船、潜艇、气球、飞艇的浮沉原理的学习，体验科学、技术、社会的紧密联系．
2．通过浮力知识应用实例培养学生理论联系实际的良好学风，激发学生学习兴趣；通过学生自己动手探究，激发学习欲望．
重点难点
【重点】
理解沉浮条件．
【难点】
1．利用沉浮条件解释轮船、潜艇、气球等的原理．
2．能应用沉浮条件解释一些简单问题．
教学过程
知识点一　物体的沉浮条件
【自主学习】
阅读课本P66，完成以下问题：
1．浮力大于重力时，物体上浮．
2．浮力等于重力时，物体受力平衡，可以悬浮在液体内．
3．浮力小于重力时，物体下沉．
【合作探究】
演示一　观察鸡蛋的沉浮
1．取一枚新鲜鸡蛋，放在清水中，观察它在水中沉浮的情况．
答：鸡蛋沉在水底．
2．向水中慢慢加些盐，并轻轻搅拌，观察到鸡蛋怎样运动？
答：鸡蛋慢慢上浮、悬浮，最后漂浮在水面．
3．如果再加些清水，又会发生什么现象？
答：鸡蛋慢慢浸入水中，全部浸入，悬浮，最后下沉到水底．
4．探究结论
(1)物体在液体中的沉浮取决于物体所受浮力和重力的大小．
(2)通过改变重力或浮力的大小，可以改变物体的浮沉状态．当F浮＞G时，物体上浮；当F浮＜G时，物体下沉；当F浮＝G时，物体处于悬浮或者漂浮状态．
演示二　上浮和下沉
1．物体下沉的条件是什么？
答：F浮＜G物时，物体下沉．
2．物体上浮的条件是什么？
答：F浮＞G物时，物体上浮．
演示三　物体在水中的三种状态
1．漂浮：物体浮在水面，有一部分露出水面．
漂浮条件：F浮＝G物．
2．悬浮：物体完全浸没在水中，可以停留在水中的任何位置．悬浮条件：F浮＝G物．
3．下沉：物体沉在水底．下沉条件：F浮＜G物．
4．悬浮与漂浮有何相同点和不同点？
答：相同点：都是一种静止的平衡状态，都满足F浮＝G物．不同点：(1)悬浮是指物体全部浸入液体中，这时物体所受的浮力是最大浮力，F浮＝ρ物gV物(V排＝V物)；漂浮指物体部分浸入，此时V排ρ物，悬浮条件是ρ液＝ρ物．(物体为实心)
演示四　密度与物体浮沉的关系
1．上浮：由F浮>G可得：ρ液gV排>ρ物gV物，因为V排＝V物，所以ρ液>ρ物．
2．下沉：由F浮3．悬浮：由F浮＝G可得：F浮＝ρ物gV物，因为V排＝V物，所以ρ液＝ρ物．
4．漂浮：由F浮＝G可得：ρ液gV排＝ρ物gV物，因为V排ρ物．
5．总结：简单地说，浸在液体中的物体的浮和沉，取决于所受的浮力和重力的合力的情况．还可以通过改变液体和物体密度来改变物体的浮沉状态．
演示五　对于浮沉条件的理解
1．ρ物是物体的密度(平均密度)，而不是构成该物体的物质的密度．
2．由物体的沉浮情况可以判断物体重力与浮力的大小关系及物体密度与液体密度的大小关系，反过来由物体重力与浮力大小关系及物体密度与液体密度的大小关系也可以判断物体的浮沉情况．
3．求解某物体在液体中所受的浮力，首先要明确物体在液体中所处的状态，若漂浮或悬浮则浮力等于物体重力；若沉底则浮力应根据阿基米德原理求解．
演示六　根据阿基米德原理和浮沉条件作出的有关推论
1．密度均匀的物体悬浮(或漂浮)在某液体中，若把物体切成大小不等的两块，则大块、小块仍都悬浮(或漂浮)．
2．漂浮在水中的冰或含有木块、蜡块等密度小于水的物体的冰，熔化成水后液面不变；若冰中含有铁块、石块等密度大于水的物体，冰熔化成水后液面下降．
3．漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几，物体的密度就是液体密度的几分之几．
4．将漂浮物体全部浸入液体里，需加竖直向下的外力，且力的大小等于液体对物体的浮力的增量．
例题　如图所示，烧杯中盛有水，将一块冰放入水中，冰漂浮在水面，此时水面恰好与杯子口相平．则在冰块熔化的过程中(　D　)
A．将有水从烧杯中溢出
B．水面先下降后上升
C．烧杯中的水面会下降
D．水面始终与杯子口相平
解答　由于冰漂浮于水面上，则F浮＝G冰，即ρ水gV排＝G冰…①，
又因冰熔化成水后，其质量不变，重力不变，G水＝G冰，即ρ水gV水＝G冰…②，
由①②可得：ρ水gV排＝ρ水gV水，所以V排＝V水，
即冰熔化为水的体积等于冰排开水的体积．所以，不会有水从烧杯中溢出，杯中水面也不会下降，始终与杯子口相平．
【教师点拨】
条件分析法：当影响浮力大小的两个因素都不相同时，不能根据单个影响因素来比较所受浮力的大小，这时可以先由浮沉条件分析出不同情况下的浮力与物体自身重力之间的大小关系，再比较浮力的大小．
【跟进训练】
1．如图所示，A、B两物体静止在水中，下列说法正确的是(　C　)
A．两物体受到的浮力一定相等
B．两物体受到的浮力不等，A物体受到的浮力大
C．两物体的密度不等，B物体的密度大
D．两物体的重力不等，B物体的重力大
2．重为15 N的物体，浸没于装满水的容器中后，溢出了5×10－4m3的水．则此物体是(　B　)
A．浮在水面上　　 B．沉到水底
C．悬浮在水中 D．以上几种情况都有可能
3．质量相等的实心铝球和铁球放在水中，铁球受的浮力<铝球受的浮力；若把它们都放在水银中静止时，则铁球受的浮力＝铝球受的浮力．(均选填“＞”“＜”或“＝”)
知识点二　控制沉与浮
【自主学习】
阅读课本P67－69，完成以下问题：
1．采用“空心”的办法可以增大物体排开液体的体积，轮船就是利用这个原理制成的．
2．潜艇是靠改变自身所受的重力来实现沉浮的．
【合作探究】
演示七　海洋生物用不同的方法控制沉与浮
甲：鱼鳔的大小变化能使鱼在水中自由沉浮．
乙：抹香鲸靠加热或冷却脑油来控制沉浮．
丙：乌贼的骨中包含有许多小的充气隔室．
丁：鹦鹉螺具有螺旋形的外壳，壳内有很大的充气囊．
演示八　浮力的应用——轮船
现代轮船指用机械发动机推动的船只，多用钢铁制造．
演示九　橡皮泥小船为什么能浮在水面上
1．橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉．根据阿基米德原理，怎样把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面，并能承载重物？
答：把橡皮泥捏成瓢状放在水里，它可以漂浮在水面上，并能承载重物．
2．轮船就是根据这个道理制造的．请简述轮船能够漂浮在水面上的原理．
答：将钢铁制成空心的轮船，可以排开更多的水，轮船就可以漂浮在水面上．
3．轮船的大小通常用排水量来表示．排水量是指什么？
答：排水量是指轮船满载时排开水的质量．
4．什么是轮船的载重线？
答：表示船舶在允许的最大载重情况时水面位置的水平线．
5．思考：一艘轮船从海里行驶到河里，受到的浮力和船身在水中的体积变化情况是怎样的？
答：轮船受到的浮力大小不变．由F浮＝ρ液gV排可知，ρ海水>ρ河水，故船身在水中的体积变大，船身会下沉一些．
演示十　潜艇
1．潜艇如何潜入水中？
答：潜艇的艇身装有水舱，向水舱充水时，潜艇变重，逐渐潜入水中．
2．潜艇如何浮出水面？
答：当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时，潜艇变轻，从而上浮．
3．由此可知潜艇的工作原理是怎样的？
答：潜艇的工作原理是靠改变自身重力实现上浮和下潜．
演示十一　动手做一个潜艇
1．按上图自制一个潜艇模型，把模型浸在水中，从管中抽气，模型将怎样运动？
答：模型下沉．
2．向管中打气，模型又会怎样？
答：模型上浮，最后漂浮在水面．
演示十二　热气球
1．热气球能浮在空中的原理是什么？
答：热气球是通过加热空气或某些密度比空气小的气体，以获得较大的浮力来升空的．
2．热气球如何下降呢？
答：减小浮力，根据阿基米德原理可知，方法是减小排开气体的体积，比如热气球停止加热．
演示十三　浮船打捞
1．据史籍记载，900多年前，僧人怀丙曾“打捞”起沉落江中的万斤大铁牛．他创造了浮力起重法，这一方法一直沿用至今．
2．现代打捞技术
将浮筒绑在沉船两侧时使整体体积增大，总的浮力增大，排出浮筒中的水，浮筒的重力减小，当整体的浮力大于重力时沉船上浮．
知识拓展　密度计
1．密度计是一种什么仪器？它的刻度有什么特点？
答：密度计是测量液体密度的仪器，它的刻度是上小下大，上稀下密．
2．密度计的底部配有铅坠，其作用是什么？
答：使密度计能够直立在液体中．
3．密度计的工作原理是什么？
答：物体漂浮在液面上时，F浮＝G.同一支密度计漂浮在不同的液面上时，其受到的浮力大小是相等的，都等于其重力大小．
4．密度计浸入液体中越深，说明液体的密度是越大还是越小？
答：由F浮＝ρ液gV排可知，V排越大，液体密度ρ液越小．
【教师点拨】
1．人们根据物体的浮沉条件，在用盐水选种时，把漂浮的种子清除掉，保留下沉的饱满种子．
2．轮船从河里驶入海里，受到的浮力大小不变，船身会向上浮起一些．
3．潜艇在水面下从河里驶入海里，受到的浮力变大．
4．生活中另外一些可以利用浮力的知识来解释的现象：腌鸡蛋时，开始鸡蛋漂浮，后来下沉；煮饺子时，饺子熟了后会浮出水面；吹出的肥皂泡先上升后下降，等等．
【跟进训练】
1．(多选)如图所示，用同一支密度计测定不同液体的密度，下列叙述正确的是(　BD　)
A．密度计漂浮得越高，所受的浮力越大
B．密度计漂浮在不同液体中，所受的浮力都相等
C．密度计排开液体体积越大，液体密度越大
D．密度计漂浮得越高，液体密度越大
2．潜艇是靠改变自身重力实现上浮和下潜的，向潜艇的水舱中充入适当的海水后，潜艇在海水中由漂浮变为悬浮，潜艇受到的浮力变大(选填“变大”“变小”或“不变”)．如果该潜艇由海水中潜入长江中仍然保持悬浮，应该减小(选填“增大”或“减小”)潜艇水舱中水的质量(ρ海水＞ρ水)．
课堂小结
沉与浮
练习设计
完成本课对应训练．
温馨提示：实验视频见课件．

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