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第3节 物体的浮沉条件及应用
第2课时 浮力的应用
【教学目标】
一、知识与技能
1.知道轮船、潜水艇、热气球、飞艇、密度计的工作原理.
2.通过浮沉条件的实际应用，了解物理知识在生产、生活和社会中的应用.
二、过程与方法
1.通过观察、分析，了解轮船是怎样浮在水面的，了解潜水艇怎样实现上浮、下沉的.
2.通过收集、交流关于浮力应用的资料，了解浮力应用的社会价值.
三、情感、态度与价值观
1.初步认识科学技术对社会发展的影响.
2.初步建立应用科学知识的意识.
【教学重点】
轮船、潜水艇、热气球的工作原理.
【教学难点】
密度计的工作原理和浮力的应用.
【教具准备】
多媒体课件、密度计、烧杯、水、食盐、两个铁罐子、沙子、小塑料管、潜水艇模型、热气球模型等.
【教学课时】
1课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一课时内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
教师用多媒体给学生展示以下情景图片：
①轮船漂浮在水面上；②潜水艇悬浮在水中；③节日放飞的气球升到空中；④鱼儿在水中自由地游动.
师 以上这些情景图片中，都是浮沉条件在我们生活中的应用，它们到底和浮力有怎样的关系呢？下面我们就一起来探究吧.
【进行新课】
知识1 轮船和潜水艇
1.轮船
教师演示实验：两个外形相同的铁罐子，一个空心，一个装满沙；同时按入水中，松手后实心的下沉，空心的上浮最终漂浮.
教师提问：（用多媒体展示）
思考题：（1）铁的密度大于水的密度，空心的铁罐子为什么能漂浮呢？
（2）要想让实心的铁罐子也漂浮，可以怎么办呢？
（3）大家是如何调节铁罐子的浮沉的呢？
学生回答：（1）可能是F浮＞G物，因为它是空心的，所以能上浮，最终能漂浮.
（2）把沙取出来，变成空心的.
（3）F浮不变，挖空使G物变小，当F浮＞G物，铁罐子自然就浮起来了.
师 回答正确，很好！上述实验告诉我们采用“空心”的办法，不仅可以增大漂浮物体可利用的浮力，还可以使下沉的物体变得上浮或漂浮.这个方法早就得到了应用——轮船.
教师用多媒体播放课件“轮船”，并讲解.
轮船（多媒体课件）
工作原理：空心法，即把密度比水大的钢材制成空心的，使它能排开更多的水，增大可利用的浮力，从而漂浮在水面上，这是浮沉条件的应用.同一艘轮船，不论在海里航行，还是在河里航行，F浮均等于G，所以F浮不变，由阿基米德原理F浮=ρ液 gV排知，由于海水和河水的密度不同，所以V排不同，ρ液大则V排小，ρ液小则V排大，因此轮船在海水里比在河水里浸入的体积小.
轮船的大小通常用排水量表示，排水量即轮船满载货物时排开水的质量.如果将上述质量转换成重力也就是船满载后受到水的浮力（即船受到的最大浮力）.排水量=船自身质量+满载时货物的质量，即m排=m船+m货.
板书：1.轮船采用把物体制成“空心”的方法来增大浮力，使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮.
2.排水量：满载时，船排开的水的质量（m排=m船+m货）.
教师提问：（用多媒体展示）
思考题：（1）轮船从河水驶入海里，它的重力变不变？它受到的浮力变大、变小还是不变？
（2）它排开的水的质量变不变？
（3）它排开的水的体积变不变？
（4）它是下沉一些，还是上浮一些？
（提示：同一条船在河里和海里时，所受浮力相同，但它排开的河水和海水的体积不同.因此，它的吃水深度不同.）
学生回答:（1）重力不变；浮力不变，因为始终漂浮；
（2）质量不变，因为浮力不变.
（3）体积变小，因为海水密度大于河水密度，即ρ海水＞ρ水，所以V排海水＜V排河水；
（4）上浮一些，因为V排变小了.
2.潜水艇
师 潜水艇能潜入水下航行，进行侦查和袭击，是一种很重要的军事舰艇.它是怎么工作的呢？好，下面请大家分组进行实验——制作潜水艇.
师 我们用打点滴用的小塑料管来模拟潜水艇.请同学们利用和塑料管连接的细管给塑料管吹气或吸气.
观察到的现象：吸气时，水逐渐进入管中，管子下沉；吹气时，管中的水被排出，管子上浮.
教师提问：（用多媒体展示）
思考题：（1）小塑料管浸没在水中所受F浮是否变化？
（2）那它是怎样上浮或下沉的呢？
学生回答：（1）由于塑料管形变很小，V排基本不变，所以可以认为F浮不变.
（2）吹气时，水从管子中排出，重力变小，F浮＞G物，所以上浮；吸气时，水进入管子，重力变大，F浮＜G物，所以下沉.
教师（用多媒体展示潜水艇模型）介绍潜水艇:潜水艇两侧有水舱，当往水舱中充水时，潜水艇加重，就逐渐潜入水中；当水舱充水使艇重等于同体积水重时，潜水艇就可悬浮在水中；当压缩空气使水舱中的水排出一部分时，潜水艇变轻，就可上浮了.
板书：1.潜水艇原理：靠改变自身重力来实现在水中的浮沉.
2.潜水艇浸没在水下不同深度所受浮力相同，因为排开水的体积不变，始终等于潜水艇的体积.
例题1 （用多媒体展示）一艘轮船的排水量是10000t，它满载货物时的总质量是 t，该船满载货物时受到水的浮力是 N．若该船从大海驶入内河，船的重力大小 （选填“变大”、“变小”或“不变”，下同），受到的浮力大小 ，由于河水密度比海水密度小，所以它排开水的体积 ，因此轮船要 （选填“上浮一些”或“下沉一些”）．（g取10N/㎏）
解析:轮船满载时受到的浮力：
F浮=G排=m排g=10000×103kg×10N/kg=1×108N，
∵轮船漂浮，
∴F浮=G=mg=m排g；
∴船满载货物时的总质量：m=m排=10000t；
当船从大海驶入内河，船自重不变，∵船漂浮，
∴船受到的浮力不变；
∵F浮=ρ水V排g，ρ河水＜ρ海水，
∴排开河水的体积大于排开海水的体积，船将下沉一些.
答案:10000 1×108 不变 不变 变大 下沉一些.
例题2 （用多媒体展示）潜水艇浸没在水中，在它下潜的过程中，关于它受到的重力和浮力的说法正确的是（ ）
A.重力不变，浮力不变 B.重力变大，浮力变小
C.重力变大，浮力不变 D.重力变小，浮力变大
解析：潜水艇下潜时让水进入载水舱，从而增大了自身的重力；而由于潜水艇排开水的体积不变，故所受浮力不变； 当重力大于浮力时，潜水艇就会下沉.
答案：C
知识点2 气球和飞艇
教师播放课件,演示教材P59页《想想做做》——“做一个塑料袋热气球”的实验,并提出问题：用电吹风向袋内吹热空气后袋内空气密度怎样变化？
学生思考、回答:气体密度变小.
师 为什么热气球和飞艇会飞起来呢？
生：热气球和飞艇内的气体密度小于外面的空气的密度，受到的浮力大于自身的重力.
师 回答正确.
板书：热气球和飞艇的原理：ρ气球＜ρ空气，使它受到的F浮＞G物而升空.
师 请大家讨论：要使充了氦气、升到空中的气球落回地面，你们能想出什么办法？要使热气球落回地面，又有什么办法？
学生思考、讨论:氦气球可以放气,热气球可以停止加热.
例题3 （用多媒体展示）如图是高空中的一只热气球，以下有关它的说法正确的是（ ）
A.为使静止的热气球下降，必须继续给热气球中的空气加热
B.为使静止的热气球下降，只需把热气球上的物体抛掉一部分
C.正在匀速下降的热气球，假如有一物体从热气球上掉下，热气球将立即上升
D.正在匀速下降的热气球，假如有一物体从热气球上掉下，热气球将先下降后上升
解析：静止的热气球处于平衡状态，受到的重力和浮力是一对平衡力，故两者大小相等．通过对气球加热，使气球内的空气膨胀、体积增大，从而使所受的浮力增大.此时浮力大于重力，所以气球上浮而不是下降；当把气球上的物体扔掉一部分，气球的重力减小，小于浮力，所以气球上浮而不是下降．故A、B均错误.正在匀速下降的热气球处于平衡状态，受到的重力和浮力是一对平衡力，所以两者大小相等.假如有一物体从热气球上掉下，此时重力小于浮力，但由于惯性，气球不会立即上升，而是先下降后上升．故C错误，D正确.
答案：D
知识点3 密度计
师 我们在前面学习了用天平、量筒可以测量液体的密度，能否设计一个仪器直接测量出液体的密度呢？
学生思考.
教师用多媒体播放课件“密度计”，并向学生展示密度计，介绍它的构造、原理等.
密度计（多媒体课件）
用途：它是用于测定液体密度的仪器；
构造：它是一根上部标有刻度，形状特殊的玻璃管，管下部的玻璃泡内封装入小铅丸或汞（如图所示）；
原理：它是根据漂浮时的受力平衡及阿基米德原理制成的，密度计在任何液体里都是呈漂浮状态，所受浮力大小不变，都等于它的重力.根据浮力公式F浮=ρ浮 gV排，液体密度较大的时候，密度计露出部分多，反之就少，所以密度计上的刻度数是上面较小而下面较大，密度计上的数值表示待测液体密度是水密度的倍数.如“1.8”表示该液体密度是1.8×103kg/m3.
教师将密度计放入清水、盐水中，引导学生观察，并请几位学生读出数值判断哪个是清水杯、盐水杯.
学生读数，立即判断出清水杯和盐水杯.
师 请大家仔细观察密度计的刻度值的标注方法，它是按从上到下还是从下到上的方向标注？
生：下面大，上面小.
师 你能说说这种标注的道理吗？
学生思考，教师引导学生分析，完成下列思考题.（用多媒体展示）
思考题：（1）漂浮在液面上的密度计，所受浮力F浮、重力G关系 ；
（2）根据阿基米德原理，F浮= ；
（3）排开液体的体积V排= ；
（4）密度计的横截面积S可以看作是一定的，因此，浸入液体的深度
h浸入= .
答案：（1）F浮=G （2）ρ液V排g （3）h浸入S
（4）G/（ρ液Sg）=m/（ρ液S）
教师总结:由于密度计的质量m、横截面积S一定，故密度计浸入液体中的深度h浸入与液体的密度ρ液成反比.即液体的密度越大，浸入的深度越小；液体的密度越小，浸入的深度越大.所以，密度计的刻度值从上向下标注，即上小下大.
板书：1.用密度计测量液体密度时,密度计处于漂浮状态,则F浮=G密.
2.密度计的刻度值是按上小下大的顺序标注.
3.密度计浸入液体的深度越小,说明液体密度越大,浸入深度越大,说明液体密度越小.
例题4 （用多媒体展示）如图所示，把一个自制的密度计分别放入三种不同的液体中，则下列判断正确的是（ ）
A.这个密度计在丙液体中受到的浮力较大
B.这个密度计在乙液体中受到的浮力较大
C.甲液体的密度较大
D.丙液体的密度最小
解析：密度计在液体中处于漂浮状态F浮=G密，则A、B错，由于密度计浸入液体的深度越小，说明液体密度越大，则ρ乙>ρ甲>ρ丙,则C错,D正确.
答案：D
【教师结束语】
通过这节课的学习，我们知道了浮力在日常生产、生活中的广泛应用.如盐水选种、轮船、潜水艇、热气球\,密度计等，还进一步熟悉了它们的工作原理.好，谢谢大家！
课后作业
完成本课时对应练习.
在本节教学过程中，充分利用学生已有的浮力初步知识和生活经验作为课程资源进行整合,做到在实验（演示实验、学生动手实验）的基础上，对现象的观察进行分析、思考，找出原因，得出结论.这种实验探究教学能激发学生的探究知识欲望，调动学生的学习主动性、积极性，帮助学生获取新知识，真正体现学生是学习的主体，教师是教学的组织者、引导者.另外，在突破难点上，采取将大问题化解成几个小问题，以提纲的形式，引导学生分析、推理、概括，这样既降低了学生学习的难度，同时让学生尝试到获取新知识的轻松、喜悦.

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