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第3节　物体的浮沉条件及应用
1．物理观念：
(1)知道物体的浮沉条件。
(2)了解浮沉的各种现象，规范描述各种浮沉状态的语言。
2．科学思维：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。
3．科学探究：
(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)通过对轮船、潜水艇、气球和飞艇等具体情境的模拟探究、信息处理，得出结论，加深对浮沉条件的理解。
4．科学态度与责任：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，体验科学、技术、社会的紧密联系，激发学生的学习兴趣。
教学重点：浮沉条件；知道密度计、潜水艇、气象探测气球的原理。
教学难点：综合利用二力平衡的知识探究浮沉条件；能应用浮沉条件解释简单的物理现象。
乒乓球、沙、蜡、装有水的水槽、气球、多媒体课件等。
情境展示 多媒体展示图片：种子在盐水中或漂浮或沉底，飞艇在空中自由地上升、下降。
过渡提问 对于上面展示的两幅图片，请思考问题：物体的浮与沉取决于什么条件？
这节课我们通过实验进行相关探究，引出课题：物体的浮沉条件。
探究点一　物体的浮沉条件
实验演示 将三个乒乓球浸没水中(一个充满沙；一个中空；一个有部分沙，用蜡封住)，松手并观察现象。
提问 我们会看到有的乒乓球上浮，有的下沉，有的悬浮不动。为什么会出现这些现象？乒乓球分别受到哪几个力的作用？
学生讨论、分析：因为不同的乒乓球受力不同。它们都受到重力和浮力，但是重力和浮力的大小关系不一样。
教师引导交流讨论：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的合力决定。
(1)如图甲，当F浮>G时，二力的合力方向向上，物体由静止开始上浮，最终处于漂浮状态。
(2)如图乙，当F浮＝G时，二力的合力为零，物体静止不动，保持悬浮状态。
(3)如图丙，当F浮总结 将学生讨论的结果填入表格中：
状态 受力关系 合力
上浮 F浮>G 竖直向上
悬浮 F浮＝G 为零
下沉 F浮补充 物体上浮后，会有部分露出液面，V排减小，F浮也减小，直到F浮′＝G时，物体保持漂浮状态；物体下沉后，最终会沉到容器底部，会受到底部提供的支持力，物体在三个力的作用下保持沉底状态。
提问 我们知道物体在液体中所受的浮力跟ρ液和V排有关，物体受到的重力跟物体自身的密度ρ物和体积V物有关，而物体浸没在液体中时，V排＝V物。那么可否只用物体和液体的密度关系来判断物体的浮沉状态呢？
学生活动：利用阿基米德原理的变形式F浮＝ρ液gV排和浮沉条件来分析浸没在液体中的物体的浮沉。
上浮：F浮>G，ρ液gV排>ρ物gV物，ρ液V排>ρ物V物，ρ液>ρ物(因为V排＝V物)；
悬浮：F浮＝G，ρ液gV排＝ρ物gV物，ρ液V排＝ρ物V物，ρ液＝ρ物(因为V排＝V物)；
下沉：F浮总结 当ρ液>ρ物时，物体会上浮；当ρ液＝ρ物时，物体会悬浮；当ρ液<ρ物时，物体会下沉。
探究点二　浮力的应用
1．轮船
提问 你有没有办法让铁块漂浮或悬浮在水中？
学生回答：让铁块的密度变小，小到等于水的密度就能悬浮了，小于水的密度就能漂浮了。
问题 怎么才能使铁块的密度变小呢？
学生讨论、交流：根据ρ＝，可知有两种办法：
(1)在质量不变的情况下增大体积。可将铁块压成薄片，包成铁盒，增大体积。
(2)在体积不变的情况下减小质量。可挖掉铁块内部的铁，减小质量。
其实这两种办法都是将铁块制成“空心”。轮船就是利用这个原理制成的。
总结 (1)轮船的原理：通过将密度大的钢铁制成空心，增大了体积，进而增大了排开液体的体积，从而增大了可以利用的浮力，使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮。
(2)排水量：轮船排开水的重力越大，受到的浮力就越大，就可以承载更多的货物。我们把轮船满载货物时排开水的质量叫作轮船的排水量。即m排＝m船＋m货。
2．潜水艇
提问 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？
讲解 潜水艇两侧有水舱，向水舱中充水时，潜水艇变重，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；当用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。
展示 利用多媒体课件演示潜水艇的浮沉。
学生讨论、交流：悬浮的潜水艇排开海水的体积不能变化，所受浮力不能改变，只能通过改变自身重力实现浮沉。
总结 潜水艇靠改变自身重力来实现在水中的浮沉。
强调：潜水艇浸没在水下不同深度，所受浮力相同。
3．气球和飞艇
展示 释放一个氢气球，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。
提问 这两个气球都受浮力吗？为什么一个上浮，另一个下沉呢？
学生回答：是因为充入的气体不同，密度不同造成浮沉不同的。
提问 如何才能让气球浮在空中？
学生讨论、交流：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，比如氢气、氦气等。
介绍热气球和飞艇的发展历程：氢气球——氢气飞艇——氦气飞艇。
提问 热气球、飞艇带着人飞上了天，实现了人们升天的梦想，可是它们怎么着陆呢？
学生讨论、交流：减小浮力，利用阿基米德原理可知，减小排开气体的体积，比如热气球停止加热、飞艇放出一部分气体等。
总结 气球和飞艇的升降原理：利用里面充入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来升空；利用减小浮力来下降。
4．密度计
自主学习 阅读教材P76“密度计”的内容，了解密度计的作用及工作原理。
第3节　物体的浮沉条件及应用
1．物体的浮沉条件：
状态 受力关系 密度关系 合力
上浮 F浮>G ρ液>ρ物 竖直向上
悬浮 F浮＝G ρ液＝ρ物 为零
下沉 F浮2.浮力的应用：
(1)轮船：做成空心，增大可利用的排水体积。
(2)潜水艇：改变自身重力。
(3)气球和飞艇：充入密度小于空气的气体。
(4)密度计：漂浮时，浮力等于重力。在细玻璃管上标刻度，可以直接读出液体的密度值。
本节课的教学是围绕着“物体的浮沉条件”这个问题进行的。通过受力分析并结合阿基米德原理的变形式我们知道了物体上浮、悬浮、下沉的原因。这时提出如何使铁块漂浮的问题，学生自然会想到减小密度的方法。通过对密度公式的分析得出轮船和潜水艇的浮沉原理，据此得到“空心”这一实现密度大的物体漂浮或悬浮的重要方法。这样的安排，使知识点之间过渡自然，层层递进，利于学生接受。最后还共同探讨了气球和飞艇的升降原理。通过本节课的学习，使学生进一步体会到物理与生活的联系。

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