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第四节　物体的浮与沉
1．能用浮沉条件的知识解释相关的自然现象，解决生活中的有关问题。
2．通过浮沉条件，知道密度计、盐水选种、潜水艇和热气球的工作原理。
通过对生活中常见物体的浮沉情况的判断，根据二力平衡的知识、阿基米德原理和重力的计算式，归纳出物体的浮沉条件。
1．通过科学探究，总结交流后利用表格整理浮沉条件的相关知识，形成系统的知识。
2．通过对密度计、盐水选种、潜水艇和热气球等具体情境的模拟探究、信息处理，得出结论，加深对浮沉条件的认识。
1．培养应用科学知识来解释生活中现象的意识。
2．通过浮力知识的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；使学生能主动关心我国古代和现代在应用浮力知识方面的成就。
教学重点：1.浮沉状态的判断和密度大的物体实现漂浮的方法。2.知道密度计、盐水选种、潜水艇、热气球的原理。
教学难点：1.综合利用二力平衡的知识探究浮沉条件。2.应用浮沉条件解释简单的物理现象。
小木块、小铁块、乒乓球、牙膏皮、沙子、装有水的水槽、大烧杯、盐水、细管、塑料瓶、密度计、充有氦气的气球、没充气的气球、多媒体课件等。
实验1：将小木块、乒乓球、小铁块浸没在水中，小木块、乒乓球上浮，小铁块下沉。
实验2：将牙膏皮放入水中时下沉，将牙膏皮折成小盒子时其漂浮在水面上。
同时展示多媒体图片：人在死海中悠闲地戏水，如图所示。
为什么有的物体会上浮？为什么有的物体会下沉？物体的浮与沉取决于什么条件？是什么原因影响了物体的浮沉状态呢？这节课我们通过实验进行探究。
说明：这个时候学生的思维是直接的，他们很容易得到的答案可能是浮力大的上浮，浮力小的下沉。此时老师对学生进行有针对性的引导，“在水中只受浮力吗？”“与重力有没有关系？”“物体的运动状态是由什么决定的呢？”引导学生对观察到的现象进行有根据的猜测。
引出课题：物体的浮沉条件。
探究点一　物体的浮沉条件
1．漂浮、悬浮和下沉。
演示实验：将三个乒乓球浸没水中(一个充满沙子；一个中空；一个有部分沙子，用蜡封住)，松手后出现什么现象？
指明这些现象可以描述为“漂浮”“下沉”“悬浮”，规范物理语言，然后要求学生进行受力分析，利用二力平衡的知识解决问题。
提出问题：浸入水中的物体受到哪几个力的作用？它们的施力物体是什么？
交流讨论：一个物体在受到两个或两个以上力的作用时，它的运动状态由这些力共同决定。
(1)F浮＝G时，它受到平衡力的作用，将处于什么状态？
(2)F浮>G时，它受到非平衡力的作用，将处于什么状态？
(3)F浮思考问题：下沉的物体最终处于什么状态？上浮的物体最终处于什么状态？为什么？
2．物体的浮沉条件。
学生活动：分析讨论，得出浮沉条件。
将学生讨论的结果填入表格中：
状态 受力关系 合力
漂浮 F浮＝G 为零
下沉 F浮＜G 竖直向下
悬浮 F浮＝G 为零
上浮 F浮＞G 竖直向上
沉底 F浮＜G 为零
　　问题：物体漂浮和悬浮时，都有F浮＝G，那这两种情况岂不是完全相同了吗？
学生活动：比较分析。漂浮时，物体只有部分体积浸入液体中，而悬浮时，物体全部浸入了液体中。
总结易混淆的几个词语：
浸没：物体完全处于液面以下。
浸入：也就是“浸在”，即：物体部分或完全处于液面以下。
漂浮：物体在液面处，部分处于液面以下。
悬浮：物体在液体中浸没，可以存在于液面下任何位置。
上浮：物体正在向上加速运动，可能浸没，也可能部分露出液面，最终状态是漂浮。
下沉：物体正在向下加速运动，可能浸没，也可能部分浸没，最终状态是沉底，即沉在液体底部。
问题：铁块放入水中会下沉，放入汞中会怎样？
有学生认为会漂浮，也有学生认为会下沉。
问题：汞有毒，我们不方便亲自去试，但是我们知道汞的密度比铁的密度大，能不能利用它们的密度关系来判断？
学生活动：利用阿基米德原理F浮＝ρ液V排g和浮沉条件来分析。
漂浮(V排＜V物)：F浮＝G?ρ液V排g＝ρ物V物g?ρ液V排＝ρ物V物?ρ液＞ρ物。
下沉(V排＝V物)：F浮＜G?ρ液V排g＜ρ物V物g?ρ液V排＜ρ物V物?ρ液＜ρ物。
悬浮(V排＝V物)：F浮＝G?ρ液V排g＝ρ物V物g?ρ液V排＝ρ物V物?ρ液＝ρ物。
上浮(V排＝V物)：F浮＞G?ρ液V排g＞ρ物V物g?ρ液V排＞ρ物V物?ρ液＞ρ物。
由此可判断，铁块会沉入水底，但却会漂浮在汞液面上。
农民们经常利用浮力的知识来选种。当把绿豆倒入盛水的容器中，成熟饱满的绿豆沉入水底，干瘪、虫蛀的绿豆漂浮在水面上，产生这一现象的原因是(　　)
A.沉底的绿豆受到的浮力小于重力，漂浮在水面的绿豆受到的浮力大于重力
B.沉底的绿豆受到的浮力小于重力，漂浮在水面的绿豆受到的浮力等于重力
C.沉底的绿豆受到的浮力大于重力，漂浮在水面的绿豆受到的浮力等于重力
D.沉底的绿豆受到的浮力等于重力，漂浮在水面的绿豆受到的浮力小于重力
练习答案：B
探究点二　浮沉条件的应用
1．密度计的原理。
问题：我们在上学期已经学习了“质量与密度”，那么同学们对密度计有哪些了解呢？
学生回答：密度计是测量液体密度的工具，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有小铅丸。用密度计测量液体的密度时，将密度计插入液体，密度计静止后漂浮在液体中，此时它所受的浮力大小等于它的重力大小，根据密度计浸入液体的深度就可以从刻度上读出液体的密度。
演示实验：用密度计测水、盐水的密度，如图所示。
问题：观察密度计在水和盐水中的状态有什么相同点和不同点？
学生回答：密度计在水和盐水中均处于漂浮状态，在水中时浸入的体积更大，在盐水中时浸入的体积更小。
讲解：密度计漂浮在液体中时，有F浮＝G物，根据阿基米德原理，F浮＝G排可得G排＝G物即G物＝ρ液V排g。G物是一定的，每个ρ液值对应一个V排值，且V排小，ρ液大；V排大，ρ液小，即密度计越往上，刻度表示的密度值越小，越往下，刻度表示的密度值越大。盐水的密度大于水的密度，因此密度计在盐水中浸入的体积更小。
2．盐水选种的原理。
盐水选种，就是把种子放在一定浓度的盐水里，利用浮力可选出饱满、结实的种子，从而促进农作物产量的提高。选小麦的种子的盐水密度在(1.16～1.2)×103 kg/m3。把小麦放在这样的盐水里，密度超过1.2×103 kg/m3的好种子都沉在盐水里，因为它们受到的浮力小于它们的重力，密度小于(1.16～1.2)×103 kg/m3的坏种子都在盐水中浮起来，这样好坏种子就很容易被分开了。
3．潜水艇的浮沉原理。
问题：潜水艇受到的浮力和重力相等，所以可以悬浮在海水中，可是它如何才能浮出水面呢？
学生实验：请同学们利用和塑料瓶连接的细管给塑料瓶吹气或吸气，模拟潜水艇上浮和下沉的过程。
现象：吸气时，水逐渐进入瓶中，瓶子下沉；吹气时，瓶中的水被排出，瓶子上浮。
质疑：(1)塑料瓶浸没在水中所受F浮是否变化？(塑料瓶形变很小，V排基本不变，所以可以认为F浮不变)
(2)塑料瓶是怎样上浮或下沉的呢？(吹气时，水从瓶子中排出，重力变小，F浮＞G物，所以塑料瓶上浮；吸气时，水进入瓶子，重力变大，F浮＜G物，所以塑料瓶下沉)
讲解：潜水艇两侧有水舱，当水舱中充水时，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。
利用多媒体课件演示潜水艇的浮沉，如图所示。
归纳总结：潜水艇是靠改变自身的重力来实现下潜和上浮的。
强调：潜水艇浸没在水下不同深度时，所受浮力相同。
4．热气球的升降原理。
创设情景：释放一个氦气球，气球上浮至天花板。现场吹一个气球，扎紧口并松手，气球降至地面。
问题：这两个气球都受浮力吗？为什么一个上浮，另一个下降呢？
学生活动：不假思索地回答是因为充入的气体不同，密度不同造成浮沉不同的。
问题：如何才能使气球浮在空中？
学生回答：利用浮沉条件的密度关系可知，向气球中充入密度比空气小的气体，比如氦气、热的空气等。
利用多媒体课件介绍热气球的发展历程，如图所示。
问题：热气球带着人飞上了天，实现了人们飞天的梦想，可是它们怎么下来呢？
学生回答：减小浮力。利用浮沉条件可知，减小排开气体的体积，比如热气球停止加热。
归纳总结：热气球的升空原理是利用里面充的气体的密度小于空气的密度，空气产生的浮力大于自身的重力；下降的原理是利用增大热气球的重力来下降。
问题：生活中还有哪些现象可以利用浮力的知识来解释？
学生回答：如煮饺子时，刚放入锅中的饺子沉在水底，煮熟的饺子会浮出水面；吹出的肥皂泡先上升后下降等。
第四节　物体的浮与沉
一、物体的浮沉条件
状态 受力关系 密度关系 合力
漂浮 F浮＝G ρ液＞ρ物 为零
下沉 F浮＜G ρ液＜ρ物 竖直向下
悬浮 F浮＝G ρ液＝ρ物 为零
上浮 F浮＞G ρ液＞ρ物 竖直向上
沉底 F浮＜G ρ液＜ρ物 为零
二、沉浮条件的应用
1．密度计的原理。
2．盐水选种的原理。
3．潜水艇的浮沉原理。
4．热气球的升降原理。
本节课我设计内容使学生自己跳一跳也能摘到果子，极大地简化了知识的理解难度。通过小组交流与合作的形式共同学习，在课堂中营造自主、合作、互助的学习气氛和愉悦轻松的环境，有利于学生形成协作意识，使学生尊重、理解、合作，进而学会交往，改善人际关系，形成良好的个性品格。这样设计还有利于培养学生的创造精神和实践能力，有利于学生从善于解决问题到敢于提出问题转变、从善于单一思维到勇于发散性思考转变。

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