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(共36张PPT)
第4节 水的浮力
(第2课时)
浙教版八年级科学上册
第四章 水与人类
学习目录
阿基米德原理
1
学习目标
科学观念
科学思维
了解阿基米德原理，掌握浮力与排开液体体积和液体密度的定量关系，建立浮力源于排开液体的重力的科学观念。
能结合阿基米德原理解释生活现象，强化理论联系实际与系统性思维的科学思维
实践探索
设计简易实验，验证阿基米德原理的定量关系，强化实验设计与动手实践能力
态度责任
通过实验验证浮力的客观存在，尊重实验数据，避免主观臆断
课堂导入
2000多年前，科学家阿基米德在洗澡中得到启发，意识到人进入装满水的浴盆中，溢出水的体积正好等于身体浸入水中的体积。受此启发，他把王冠与相同质量的纯金浸没水中，比较它们排开水的体积是否相同，由此判断王冠是否掺了假。在此基础上，他进一步研究，总结出著名的浮力原理——阿基米德原理
PART 01
阿基米德原理
新知讲解
在阿基米德灵感的启发下，我们可以进行如下推理。
一、阿基米德原理
铝块浸在水中时，它占据了原来由水占据的空间，也就是说，它排开了这个空间中的水。因此，铝块浸在水中的体积，可以表述为“铝块排开水的体积”。
铝块排开水的体积越大，它受到的浮力就越大。而物体的质量跟体积有关，因此，可以根据铝块质量与体积的关系推测，铝块浮力大小跟排开水的质量有关，也就是跟排开水所受的重力有关。
一、阿基米德原理
浮力大小跟排开水所受重力的关系
1.物体排开水的体积可以用溢水杯和量筒测出：把溢水杯盛满水，将物体浸入水中，让溢出的水流入小烧杯中，小烧杯中的水就是物体排开的水，用量筒测出排开水的体积，再计算出排开水所受的重力。
2.用图4.4-5所示的器材，以小组为单位，定性研究浮力的大小跟物体排开水的多少的关系。
3.用图4.4-6所示的器材，以小组为单位，定量研究水的浮力大小与物体排开水所受的重力的关系。实验中需要直接测量哪些量
4.完成如下实验记录表的设计。
5.进行实验，并把实验数据记录在表格中。
6.分析实验数据，写出实验结论。
7.问题与讨论：更换大小不同的物体做实验，看看是否存在同样的关系。
实验结论：浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，即F浮=G排液
反思与交流：
(1)实验时，在溢水杯中要装满水，若未装满，则测出的G排液会偏小。
(2)实验时，可先将溢水杯中多加一些水，使水从溢水口溢出，当水不再溢出时水面刚好与溢水口相 平，倒掉小桶中的水后再进行实验操作。
反思与交流：
(3)实验中要先测空桶的重力，再测小桶和排开水的总重力，这样可避免因桶内水有残留而造成误差。
(4)“浸在液体中”包含两种情况：浸没和部分浸入，前者V排=V物，后者V排如果把水换成别的液体，仍然可以得出相同的关系。这个关系称为阿基米德原理(Archimedesprinciple),它可表述为：浸在液体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，用公式表示为：
一、阿基米德原理
一、阿基米德原理
浮力，单位： 牛 ( N )
排开的液体的重力，
单位:牛(N)
液体的密度，单位： 千克/米3(kg/m )
排开的液体的体积， 单位：米 (m )
说明:不仅液体会产生浮力，气体也会产生浮力。阿基米德原理 同样适用于气体浮力的计算，即F浮=p气gV排气。
等效替换
等效替换是指用与研究对象特征相同的等效对象，替换原来的对象的研究方法。在研究阿基米德原理时，用溢杯把溢出的水收集起来，再称出溢出的水的重，得到物体所受的浮力等于物体排开水的重力。
一、阿基米德原理
如图所示，甲、乙、丙、丁四个小球的体积相等，受到的浮力最小的小球是( )
A. 甲 B. 乙
C. 丙 D. 丁
课堂练习
【答案】A
【解答】解 析： 由题图可知，酒精中甲漂浮、乙悬浮，水中丙悬浮、丁沉底，V 排甲< V排乙=V 排丙=V排 ， 因p 水 >P 酒精，所以由F 浮 =P 液 gV 排液可知，F浮甲我们可以在水中划出任意形状的一部分水，如边长为d的正方体水块，如图4.4-7所示。这块正方体水块静止在水中，其所受的浮力等于它自身所受的重力。若将同样大小的正方体物块浸没在水中这个位置时，物体浸入水中，它占据了原来由水占据的空间，相当于用该物块替换了原来的正方体水块，也就是物块排开了这块正方体水块，即：物体所受浮力等于排开的这块水所受的重力。
一、阿基米德原理
液体内部压强随深度增加而增大。把正方体物块浸没在水中时，物块前后面、左右侧面受到液体的压力相互平衡。物块上、下表面所处深度不同，液体对物块下表面的压强大于液体对物块上表面的压强，下表面所受液体向上的压力F 大于物块上表面所受液体向下的压力F ,如图4.4-7丙所示，物块上、下表面受到液体对它的压力不同，这就是浮力产生的原因。
一、阿基米德原理
特别提醒
不是所有浸在液体中的物体都受浮力作用
若浸入液体中的物体下表面和容器底部紧密接触，则液体对物体向上的 压力 F向上为0,物体将不受浮力的作用。如图所示，和容器底紧密接触的 蜡块、沉入河底的桥墩，都不受浮力的作用。
一、阿基米德原理
在一只很薄的塑料袋中装满水，使袋中的空气全部排出，用细线把袋口扎紧，挂在弹簧测力计上。然后将塑料袋缓慢浸没水中，观察弹簧测力计的示数将如何变化。用阿基米德原理解释这一实验现象。
弹簧测力计的示数逐渐变小，最后为0。因为浸在液体里的物体，受到的浮力等于物体排开的液体受到的重力，所以随着塑料袋缓慢浸没在水中，塑料袋受到的浮力逐渐增大，因此弹簧测力计的示数逐渐减小， 直至浮力与重力相等时，弹簧测力计的示数为0。
课堂练习
在抗洪抢险中，某村民自制了一个总体积为0.7m3 的竹筏，放入河水中时有 体积浸入水中。
（1）此时竹筏受到的浮力有多大？
（2）要使水对竹筏产生 4500 N 的浮力，竹筏应有多大的体积浸入水中？
课堂练习
阿基米德
阿基米德(Archimedes,公元前287～公元前212年)是希腊的哲学家、科学家。他在数学上有着极为光辉灿烂的成就，尤其在几何学方面；在科学上的贡献主要有两项，一是关于平衡问题的研究，提出杠杆平衡条件，二是关于浮力问题的研究，提出浮力原理；在机械工程方面，发明了一种 图4.4-9阿基米德螺旋提水器，运用杠杆原理制造出投石机用作武器。
当罗马军队攻入阿基米德居住的叙拉古城，一个士兵闯入阿基米德的居室时，阿基米德正在沙堆上专心研究一个几何问题。由于他过于专注研究，沉浸在研究带来的乐趣之中，没有意识到危险正在临近。士兵高声喝问，沉思中的阿基米德只叫了一声“不要踩坏了我的圆”,便被士兵刺死。一位科学巨匠就这样死在野蛮的罗马士兵刀下。
PART 02
课堂总结
课堂总结
阿基米德原理
PART 03
练习与应用
某同学用图所示实验装置验证阿基米德原理。将物块和空桶挂在弹簧测力计上，读数如图1所示；将物块浸没在装满水的溢水杯中，稳定后，弹簧测力计的读数如图2所示。此时物块受到的浮力大小是（　　）
A．0.5牛 B．0.9牛 C．1.5牛 D．3.5牛
练习与应用
【答案】A
【解答】由图1可知物块受到的重力是2N，由图2可知物体浸没时受到的拉力为1.5N，物块所的浮力大小为
F浮=G-F=2N-1.5N=0.5N。
故选：A。
某同学设计了一个实验，用排水法测某实心金属块的密度。实验器材有小空桶、小烧杯、溢水杯、量筒和水。实验步骤如下：
①让小空桶漂浮在盛满水的溢水杯中，如图甲；
②将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为20mL，如图乙；
③将小烧杯中20mL水倒掉，从水中取出金属块，如图丙；
④将金属块放入小空桶，小空桶仍漂浮在水面，测得此时溢出水的体积为44mL，如图丁。
可测出金属块的密度是（　　）
A．2.0g/cm3 B．2.2g/cm3 C．3.0g/cm3 D．3.2g/cm3
练习与应用
练习与应用
【答案】D
如图甲所示，用弹簧测力计将一长方体物体从装有水的杯子中匀速拉出，物体的底面积为20cm2，杯子的底面积为100cm2，拉力随时间的变化关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）
A．该物体的质量为0.3kg
B．当物体有一半露出水面时，受到的浮力为2N
C．该物体上表面离开水面到物体整个露出水面用时1s
D．该物体的体积为4×10-4m3
练习与应用
练习与应用
【答案】C
如图所示，质量相等的实心木块、铝块和铁块均静止于水中，已知ρ水＜ρ铝＜ρ铁，则受到浮力最小的是（　　）
A．木块 B．铝块 C．铁块 D．无法确定
练习与应用
【答案】C
【解答】由图示可知，木块将漂浮在水面上，所以木块受到的浮力等于其自身的重力；
铝块和铁块沉在水底，所以铝块和铁块受到的浮力小于其自身重力，
三个物块的质量相等，由G=mg可知，它们的重力相等，所以木块受到的浮力最大，铁块和铝块受的浮力较小；铁块和铝块的质量相等，铁块的密度大于铝块的密度，根据密度公式可知，铁块的体积小于铝块的体积，铁块和铝块都浸没在水中，排开水的体积等于各自的体积，则两者排开水的体积V排铝＞V排铁，根据F浮=ρ水gV排可知，两者受到的浮力F浮铝＞F浮铁，
综上可知，受到浮力最小的是铁块，故C正确。故选：C。
PART 04
提升训练
如图甲所示，是小冬老师探究浮力大小与哪些因素有关的装置。升降台上有重为2N、底面积为200cm2的盛水薄壁柱形容器（足够高），上方有一底面积为100cm2的圆柱体A，其上表面中央沿竖直方向固定一根体积不计的细杆，下表面刚好与水面接触。现将升降台以1cm/s的速度匀速竖直向上运动，通过细杆上端压力传感器测得细杆对圆柱体A的作用力F的大小与时间t的关系图象如图乙所示。（g取10N/kg）求：
（1）第5s时圆柱体A所处的状态 （只选填字母：A、刚好浸没；B、刚好接触杯底），此时细杆对圆柱体A 的力的方向是 （只选填字母：A、竖直向上；B、竖直向下）。
（2）圆柱体A的质量。
（3）圆柱体A的密度。
提升训练
提升训练
【答案】（1）A；B；
（2）圆柱体A的质量是0.6kg；
（3）圆柱体A的密度是0.6×103kg/m3。
【解答】（1）第5s后，压力不变，说明受到的浮力不变，根据阿基米德原理知，浸入的体积不变，故是开始浸没，且没有触底；触底会使得压力变大，是第7s后的情形。此时细杆的压力加上重力与浮力平衡，故方向竖直向下；
（2）由图可知圆柱体A的重力为6N，则圆柱体A的质量：m=G/g=6N/10N/kg=0.6kg；
（3）由图乙可知3s时，细杆对A的拉力为0，此时A受到的浮力等于自身重力，
3s后细杆对A有向下的压力，5～7s细杆对A的压力不变为4N，说明此时A浸没，A受到的浮力：
F浮=G+F压=6N+4N=10N，
由阿基米德原理F浮=ρ水gV排可得：浸没时浮力10N=ρ水gV排；
物体的重力为6N，根据G=mg=ρVg可得：6N=ρ物gV；
浸没时V排=V，解得ρ物=0.6ρ水=0.6×103kg/m3。

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