资源简介

(共28张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：9.4.2 浮沉条件的应用
副标题：从原理到生活中的技术实践
学科：物理
适用年级：八年级
教材版本：人教版
幻灯片 2：学习目标
结合具体实例，分析轮船、潜水艇、气球和飞艇如何利用浮沉条件工作。
理解不同设备实现浮沉的核心原理（改变重力或浮力）。
能运用浮沉条件解释更多生活和科技中的浮沉现象。
认识物理原理在技术发明中的重要作用，培养科学应用意识。
幻灯片 3：引入 - 浮沉条件的技术价值
回顾旧知：上节课我们学习了物体的浮沉条件 —— 物体的浮沉由浮力与重力的大小关系（或物体与液体的密度关系）决定。这一原理不仅能解释自然现象，更被广泛应用于人类的技术创造中。
展示图片：万吨轮船远航、潜水艇深海探测、热气球空中游览、飞艇广告宣传。
提问：这些设备分别通过什么方式实现浮沉？它们的设计如何体现浮沉条件的应用？本节课我们将深入探究这些问题。
幻灯片 4：应用一 - 轮船
核心问题：钢铁的密度远大于水的密度（\(\rho_铁 = 7.9×10^3kg/m^3 > \rho_水 = 1.0×10^3kg/m^3\)），为什么钢铁制成的轮船能漂浮在水面上？
原理分析：
轮船采用 “空心” 结构，将实心钢铁制成空心船体，增大了排开液体的体积（\(V_排\)）。
根据阿基米德原理\(F_浮 = \rho_液V_排g\)，\(V_排\)增大时，浮力显著增大。
当浮力等于轮船总重力（\(F_浮 = G_船 + G_货\)）时，轮船漂浮在水面上，符合漂浮条件（\(\rho_物 < \rho_液\)，此处\(\rho_物\)为轮船平均密度）。
关键参数：
排水量：轮船满载时排开液体的质量（\(m_排\)）。根据阿基米德原理，\(m_排g = G_船 + G_货\)，即排水量等于轮船满载时的总质量。
示例：某轮船排水量为 5000 吨，表示其满载时排开水的质量为 5000 吨，能承载的总重力相当于 5000 吨水的重力。
展示图片：轮船空心结构示意图、轮船排水量标识牌、不同载重时轮船吃水深度对比图。
幻灯片 5：轮船的载重与吃水深度
吃水深度：轮船底部到水面的竖直距离，反映轮船排开液体体积的大小。
关系分析：
载重越大（\(G_货\)增大），轮船总重力增大，根据\(F_浮 = G_总\)，浮力需同步增大，因此\(V_排\)增大，吃水深度增加。
同一轮船在不同密度的液体中（如淡水和海水），载重相同时，液体密度越小，\(V_排\)越大，吃水深度越深（\(\rho_海水 > \rho_淡水\)，因此轮船在淡水中吃水更深）。
安全警示：轮船航行时不能超过最大吃水深度，否则可能因浮力不足而沉没。
展示图片：轮船吃水线示意图（标注淡水、海水、热带海域等不同情况的吃水线）。
幻灯片 6：应用二 - 潜水艇
核心问题：潜水艇既能在水面漂浮，又能下潜到深海，它是如何实现浮沉状态转换的？
原理分析：
潜水艇的体积固定，因此完全浸没时\(V_排\)不变，浮力\(F_浮 = \rho_水V_排g\)保持不变。
潜水艇通过调整自身重力实现浮沉：艇两侧有水舱，当水舱充水时，总重力\(G_总\)增大；排水时，\(G_总\)减小。
浮沉控制过程：
上浮：水舱排水，\(G_总\)减小，当\(F_浮 > G_总\)时，潜水艇上浮，最终可漂浮在水面（漂浮时\(F_浮 = G_总\)，部分体积露出水面）。
悬浮：调整水舱水量，使\(F_浮 = G_总\)，潜水艇可停留在任意深度。
下沉：水舱充水，\(G_总\)增大，当\(F_浮 < G_总\)时，潜水艇下沉。
展示图片：潜水艇水舱结构剖面图、潜水艇充水排水示意图、潜水艇不同浮沉状态对比图。
幻灯片 7：潜水艇的深海适应
抗压设计：深海中液体压强随深度增大而增大，潜水艇外壳需采用高强度材料（如钛合金），以承受巨大的外部压强。
浮力稳定性：即使在深海，潜水艇排开液体的体积不变，浮力大小恒定，只需精确控制自身重力即可维持悬浮或实现升降。
实例：我国 “奋斗者” 号潜水器可下潜至万米深海，其浮沉控制正是基于潜水艇的基本原理，通过精细调整重力实现深海探测。
展示图片：“奋斗者” 号潜水器、潜水艇外壳抗压示意图。
幻灯片 8：应用三 - 气球和飞艇
核心问题：气球和飞艇没有翅膀，为什么能升空并在空中停留？
原理分析：
气球和飞艇内充入密度小于空气的气体（如氦气、氢气，或热气球中加热的空气）。
根据浮沉条件，当气球受到的浮力（\(F_浮 = \rho_空气V_排g\)）大于自身总重力（\(G_总 = G_壳 + G_气\)）时，气球升空。
升降控制：
热气球：通过燃烧器加热气囊内空气，空气密度减小，浮力增大（\(V_排\)基本不变），当\(F_浮 > G_总\)时上升；停止加热，空气冷却密度增大，浮力减小，当\(F_浮 < G_总\)时下降。
飞艇 / 氢气球：通过改变气囊体积调整浮力（体积增大，\(V_排\)增大，浮力增大），或释放部分气体减小体积实现下降。
安全提示：氢气具有可燃性，存在安全隐患，现代飞艇多使用惰性气体氦气。
展示图片：热气球燃烧器工作图、飞艇气囊结构示意图、氦气球升空过程图。
幻灯片 9：应用四 - 密度计
核心问题：密度计如何快速测量液体密度？它的刻度为什么是上小下大？
原理分析：
密度计是根据物体漂浮条件制成的仪器，始终漂浮在液体中，因此\(F_浮 = G_计\)（自身重力恒定）。
根据\(F_浮 = \rho_液V_排g\)，\(G_计\)不变则\(F_浮\)不变，因此\(\rho_液\)与\(V_排\)成反比：液体密度越大，密度计排开液体的体积越小，露出液面的部分越多。
刻度特点：
密度计的刻度线不均匀，且 “上小下大”。例如，刻度 1.0（水的密度）在上方，刻度 1.2 在下方，因为密度越大，密度计浸入深度越小。
刻度值表示所测液体的密度与水的密度的比值（单位：\(g/cm^3\)）。
展示图片：密度计结构示意图、密度计在不同密度液体中的漂浮状态对比图。
幻灯片 10：生活中的其他浮沉应用
农业选种：
原理：将种子倒入盐水中，饱满的种子密度大于盐水密度，会下沉；干瘪或空瘪的种子密度小于盐水密度，会漂浮，从而实现选种。
鱼的浮沉：
原理：鱼通过改变体内鱼鳔的体积调整自身密度。鱼鳔充气时，体积增大，平均密度减小，浮力大于重力，鱼上浮；鱼鳔放气时，体积减小，平均密度增大，浮力小于重力，鱼下沉。
救生圈 / 救生衣：
原理：内部充有密度小的气体（如空气），增大排开液体的体积，使人体和救生设备的总重力小于浮力，从而漂浮在水面。
展示图片：盐水选种示意图、鱼鳔结构示意图、救生圈工作原理示意图。
幻灯片 11：课堂小练习 1 - 轮船原理分析
题目：轮船从内河行驶到大海时，吃水深度会如何变化？为什么？
答案：吃水深度变浅。因为海水密度大于河水密度，轮船总重力不变（浮力不变），根据\(F_浮 = \rho_液V_排g\)，密度增大时，排开液体的体积减小，因此吃水深度变浅。
幻灯片 12：课堂小练习 2 - 潜水艇浮沉判断
题目：潜水艇在水下某深度悬浮时，若向水舱中再充入部分水，潜水艇将（ ）
A. 上浮 B. 下沉 C. 仍悬浮 D. 无法判断
答案：B
解析：充水后潜水艇总重力增大，浮力不变（\(V_排\)不变），此时\(F_浮 < G_总\)，潜水艇将下沉，B 正确。
幻灯片 13：课堂小练习 3 - 密度计刻度分析
题目：将同一支密度计分别放入酒精和水中，密度计在______中露出液面的部分更多，因为______。
答案：水；水的密度大于酒精的密度，密度计漂浮时浮力等于重力，密度越大，排开液体体积越小，露出部分越多。
幻灯片 14：技术应用与物理原理的联系
设备 / 现象
实现浮沉的方式
核心原理（浮沉条件）
轮船
空心结构增大\(V_排\)
\(F_浮 = G_总\)（漂浮）
潜水艇
改变自身重力（充水 / 排水）
\(F_浮\)不变，调整\(G_总\)与\(F_浮\)关系
热气球
改变气体密度（加热 / 冷却）
调整\(F_浮\)与\(G_总\)关系
密度计
自身重力恒定，依赖\(V_排\)变化
\(F_浮 = G_计\)，\(\rho_液\)与\(V_排\)成反比
鱼
改变鱼鳔体积调整密度
调整自身密度与液体密度关系
幻灯片 15：课堂总结
核心思路：浮沉条件的应用本质是通过控制浮力（改变\(\rho_液\)或\(V_排\)）或重力，调整浮力与重力的大小关系。
典型应用：
轮船：空心结构增大\(V_排\)，利用漂浮条件。
潜水艇：改变自身重力，控制浮沉状态。
气球 / 飞艇：利用密度小于空气的气体，调整浮力与重力关系。
密度计：基于漂浮条件，通过\(V_排\)变化反映液体密度。
实践价值：从日常工具到深海探测、航空技术，浮沉条件的应用解决了运输、探测、安全等诸多实际问题，体现了物理原理对技术发展的推动作用。
幻灯片 16：课后作业布置
完成课本上关于浮沉条件应用的练习题。
查阅资料，了解现代轮船的最大排水量和载重能力，分析其设计如何体现浮沉原理。
对比潜水艇和鱼的浮沉方式，说明它们在原理上的相同点和不同点。
设计一个利用浮沉条件的小发明（如简易密度计），写出设计方案和原理说明。
2024沪科版物理八年级全册
实践 调研我国造船与航海方面的成就
第九章 浮力
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
活动方案
任务一：了解我国古代和近年来船舶的发展及成就
船舶发展史
远古时代
商代
秦汉时期
隋唐宋元
明代
新中国成立初期
新世纪时期
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远古时代，我国先民就造出木筏和独木舟，这些船以人力或流水的力量为动力。
木筏
独木舟
世界上迄今保存最早的独木舟——跨湖桥独木舟
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商代出现木板船，并发明了风帆。
中山国一号墓木板船模型
木板船
四角帆
三角帆
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秦汉时期，船体更加大型化，出现了楼船等，航海活动开始从近海走向远洋。汉武帝时期汉使南航，出访东南亚和印度诸国，标志着海上丝绸之路的开辟。
洛神赋中的楼船
楼船模型
汉武大帝与楼船
海上丝绸之路
返回
隋唐时期，中外商船频繁航行于中国、日本、印度和阿拉伯之间。
宋元时期，罗盘和水密舱开始应用于航海，使得中国帆船可以长年在海上航行，航线已经可以横跨印度洋远抵东非延岸。
水密舱
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明永乐三年(1405 年)到宣德八年(1433年)之间，郑和率领船队七次下“西洋”，前后到访过三十多个国家，这是中国古代造船业和航海事业的巅峰时期。郑和航海所使用的船舶都是大型的木质帆船，以风力为动力，其中最大的长148米，宽60米，是当时世界上最大的船舶。

郑和下西洋
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新中国成立初期，我国船舶工业主要侧重发展军品，建造出了常规潜艇、大型水面舰艇等各类舰船。改革开放后，我国船舶工业开始走向国际市场。
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进入新世纪，我国已成为世界第一造船大国，近些年来诞生了大量高科技、高附加值船舶，如世界首艘智能化船舶“大智”号、极地科学考察破冰船“雪龙2”号、大型邮轮、国产航母等。
“大智”号
“雪龙2”号
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任务二：了解不同类型船舶的设计特点及其对浮力等知识的应用
1.不同类型船舶的设计特点
用于运送旅客其携带行李。客船主船体以上甲板层数多，普通客船生活设施仅满足旅客的一般旅行需要，多设计为“二舱或三舱不沉制”。
客船
用于运输散装货物，如煤炭、矿石、谷物等。散货船通常具有开放的货舱，可以容纳大量的散装货物。许多万吨级的杂货船，因压载的要求，常设有深舱。
散货船
客船和货船通常采用“空心”设计，通过增大排开水的体积来增大浮力，使其能够承载更多的乘客或货物。
专门用于运输集装箱货物，设计特点是单层甲板，货舱开口非常大，以适应集装箱的装载，船底设计为双层底和双层船壳舷侧结构。
集装箱船
油船主要用于运输原油、成品油等石油货物或其他油类货物。油船船型在发展演变过程中，货油舱构造型式出现了常规型(单船壳型)、双层底型和双船壳型。现代油轮多是双船壳型，一般由双壳、双层底、单层甲板和数道纵舱壁组成。
油船
载驳船又称“子母船”，运输时，先将货物装在统一规格的驳船里，以这些驳船为货运单元装到载驳船上，到达中转港后，卸下驳船，再用拖船把驳船拖往目的港。载驳船船型基本和集装箱船相似。
载驳船
2.制作动力小船模型
【点击画面播放视频】
跨学科实践
了解古代的船舶发展
早在远古时期，我们的祖先就广泛使用独木舟和筏走向
海洋。我国古代的造船技术长期处于世界领先水平。
1.如图所示的是杭州跨湖桥遗址出土的独木
舟，经测定，距今 年，是迄今
发现世界上最早的独木舟。现有独木舟外形
500
100
可看成一长方体，它长、宽、高 ，质量为
，取， 。独木舟空载时
受到的浮力是_____ ；独木舟能承载的最大货物的质量是
_____ 。
2.如图所示的是选自我国古代科技著作《天工开物》中的“六
桨客船”。客船上的乘客越多，客船受到水的浮力______。
越大
3.600多年前，我国明代航海学家郑和从南
京开始下西洋，郑和使用的船名为“宝
船” 。如图所示，宝船的长与宽约为
不变
变小
和 。这样的巨舶“盖古所未有”。当宝船从长江驶
向海洋后，若船上载重不变，船所受的浮力______，排开水
的体积______。(均填“变大”“不变”或“变小”)
了解现代船舶
打造大国重器，筑梦海洋强国。
4.“雪龙2号”是由中国建造，具备国际先进水平的极地科学考
察破冰船，该船设计满载排水量约为 ，能在厚冰层
上连续破冰，满载时该船受到的浮力为__________ ，满载
时排开海水的体积是__________。取 ，
5.如图所示的中国人民解放军海军“福建舰”—
—舷号18，是我国第三艘航空母舰，也是中国
完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰，该
改变
变小
舰满载时排水量约为8万吨，那么满载时受到的浮力约为
________ ，当舰上战斗机弹射出去后舰受到的浮力______
(填“改变”或“不变”)，舰底部受到的液体压强______
(填“变大”“变小” 或“不变”)。
6.如图甲所示的半潜船，
又称“海上大力神叉车”，
是通过改变自身重量实现
上浮和下沉的。半潜船隐没在水中的体积比例高，能够保持较佳的稳定
性而适合当作水上的工作平台使用。如图乙所示，半潜船通过调整水舱
内的压载水质量，把装货甲板潜入水中，等待货物装载，当货物拖至甲
板上方后，再次调整水舱内的压载水，船体上浮，即完成装载。
当半潜船依次处于图乙中三种状态时，从左至右水舱内水的质量分别为
、 、 则质量最大的是____(填“”“” 或“” )。
谢谢观看！

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