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水的浮力.doc

发布时间:2014-06-12 09:31:37  

浙教版科学八年级(上)第1章

第5节 水的浮力

【教学目标】

1.认知目标:

①确认水及其他液体对浸在其内的物体都会产生浮力的作用,确认空气也有浮力。 ②理解阿基米德原理及数学表达式。

2.能力目标:

①能通过实验的方法,探究浮力的大小跟哪些因素有关,并概括出阿基米德原理。 ②能用测力计测量浮力。

③能用阿基米德原理计算浮力。

④能用力和运动的关系推导出物体在液体中浮沉的条件,并会用物体的浮沉条件解释有关现象和解决简单的实际问题。

⑤培养和逐步提高学生的科学探究的能力。包括通过观察现象提出问题、猜想和假设、设计实验方案、实验操作、记录并处理数据、合作和交流的能力。

3.情感、态度和价值观:

①养成严谨细致、一丝不苟、实事求是的科学态度。

②感受科学探究的乐趣和成功的喜悦。

【教学重点】

阿基米德原理

【教学难点】

通过实验的方法,探究浮力的大小跟哪些因素有关,并概括出阿基米德原理;阿基米德原理及其应用

【教学准备】

1.实验器材

第一课时:空矿泉水瓶、水槽、弹簧秤、铁块、铁架台、烧杯、水、酒精、气体浮力存在

的实验仪器一套

第二课时:铁架台、弹簧秤、物体(铁块)、溢杯、水、大、小烧杯各一个、量筒

第三课时:盛水杯、水、乒乓球(里面装入不同质量的沙)、盐水、塑料吸管、橡皮泥、

密度计、水槽、潜水艇浮沉模拟实验仪器一套

2.课件演示

【课时安排】 3~4课时

第 一 ~ 二 课 时

【教学过程】

(一)创设情景,激发兴趣:(课件展示)

情景一:泰坦尼克号----------水能载舟,亦能覆舟。

水为什么会表现出截然相反的特性?

情景二:死海图片-----------死海不死

在死海,人为什么又可以悠然自得地躺在水面上看报呢?

(讲述)从这节课开始我们将一起来研究这一方面的问题。

(二)新课教学

(演示)静止漂浮在水中的木块

(提问)日常生活中,还有哪些东西可以浮在水面上?

(学生举例回答)

(演示)托在手中静止的木块,静止漂浮在水中的木块

(分析木块的受力情况,通过类比学生猜测)静止漂浮在水中的木块(或其他物体)受到一个水对它施加的向上托的力---浮力。

(讲述)要想检验我们的猜想对不对,我们就要设计实验获取一些数据来证明。请每一个小组在实验器材中选择合适的物体设计出可行的方案进行研究,并做好记录。 (学生设计实验感受或获得数据验证猜想是否正确)

(实验1)图1-40研究水的浮力

(交流、得出结论1)在水中会上浮的物体受到向上的浮力。

(演示)取一铁块投入水中,发现铁块沉入水底。

(进一步追问)在水中会上浮的物体受到向上的浮力。那么,在水中会下沉的物体是否也

受到向上的浮力呢?

(学生猜测)1.有 2.没有

(讲述)我们的猜想到底对不对呢?请同学们先选择出在水或者盐水中会下沉的物体设计实验来感受或者获取一些数据来证明我们的猜想。并作好记录。

(实验2)图1-41在水中下沉的物体受到水的浮力

(交流、得出结论2)在水中会下沉的物体也受到向上的浮力。

(进一步追问)水对浸入其内的物体产生一个向上的浮力,如果把水换成其它的液体,其

它的液体对浸入其内的物体是否也会产生一个向上的浮力?

(实验3)将水换成酒精、食盐重新进行图1-41实验

(交流、得出结论3)不仅是水,所有的液体都会对浸入其内的物体产生一个向上的浮力. (提问)浮力方向如何?能给浮力下个定义吗?

(交流、统一定义)浸在液体里的物体受到液体向上托的力叫做浮力。

(进一步追问)液体对浸入其内的物体有浮力,那么气体对浸入其内的物体是否也有浮力呢?

(提问)给你如教科书图1-41的装置你能否用它来证明气体浮力的存在?应该怎么做? (学生提出方案,并预测结果)

(演示实验4)图1-42气体浮力存在的实验

(交流、得出结论4)不但液体会产生浮力,气体也会产生浮力。

(知识整合)你能给浮力下个完整的定义吗?

(板书)所有的液体和气体都会对浸入其内的物体产生一个向上的浮力。

(提问)你能举例说明液体和气体浮力的存在吗?

(学生举例说明)氢气球在空中一放手会上浮??

(讨论)回顾实验2,你能从本实验得到测浮力的一种方法吗?

(小结)测浮力的方法之一:称量法 F浮=G-F拉

这个方法适用的条件:物体在水中会下沉,即物体密度比液体密度大的固体。 (设问)液体和气体都会对浸入其内的物体产生向上的浮力,但浮力的大小究竟跟哪些因素有关呢?

二、阿基米德原理

(生活常识引入)当你躺在浴缸的水中时,人会有什么感觉?水发生了什么变化? (回答)人会有一种变轻了的感觉。浴缸中的水面会上升。

(提问)人为什么会变轻?水面为什么会上升?

(回答)人变轻是因为人受到水的浮力。水面上升是因为人浸入水中后,排开了一部分水。 (提问)对此,你认为浮力的大小可能跟什么因素有关?

(学生猜测,可能会提出以下问题)

*与液体密度相关问题,可用鸡蛋的浮沉来解决;

*与深度有关问题,可用多组分头实验,再交流,如有疑问再实验得出;

*与体积有关问题先明确体积的不同范畴,再讨论出最佳方案共同实验完成;

*与物重相联系问题可采取举例说明解释;

*与物体形状有关的问题可用橡皮泥捏成不同形状浸没来实验;

。。。。。。

【探究】浮力与物体排开水的关系

(提出问题)浮力的大小与物体排开水的多少到底有什么关系?

(建立假设)浮力的大小跟物体所排开的那部分水的多少有一定的联系,排开的水越多,浮力越大。

(设计实验方案定性研究浮力的大小跟物体排开水的多少的关系)

(学生分组实验,得出初步结论)物体受到的浮力跟物体排开水的多少有关系,排开水越多,浮力越大。

(设计实验方案定量研究浮力的大小跟物体排开水的多少的关系)

(提问)如何定量的证实你的猜想呢?为了定量地进行检验,我们必须测那些量? (回答)浮力的大小,还有排开水的多少。

(提问)怎样测浮力?

(回答)用弹簧秤测量。

(提问)怎样测出物体排开水的体积,首先必须解决什么问题?

(回答)应该设法将被物体排开的那一部分水单独取出来。

(提问)那么怎样将这部分水取出来呢?

(讨论、交流)如何利用课文1-44的实验器材进行实验?

怎样安排实验步骤?

应当设计怎样的实验数据记录表?

(学生分组实验,得出实验结论)浸在水里的物体,受到向上的浮力,浮力的大小等于物 体排开的水受到的重力。

(提问)如果物体浸入其他液体(如食盐水、酒精)中,得到的结论是否相同?

(视时间而定,有时间的话可以安排学生分组实验)把水换成食盐水(或酒精),重复上述实验,发现结论相同。

(引导概括出阿基米德原理内容及数学表达式)

1.内容: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。

2.数学表达式:F浮=G排液=ρ液gV排液

(1)公式中的ρ液是液体的密度,而不是浸入液体的物体密度。

(2)公式中的V排是物体浸入液体时,排开液体的体积,而不是液体的总体积。当物体完全浸入液体中时,V排液恰好等于物体本身的体积V物;当物体部分浸入液体时,V排液小于物体本身的体积V物。

(3)浮力只跟物体排开的液体受到的重力有关,与其他因素无直接关系。

【应用练习】(由学生分组自行讨论,学生推选代表发言)

1.解释曹冲称象的原理。(结合课件演示)

2.(不准浸入水中)只用一只弹簧测力计测水袋浸没在水中受到的浮力。

3.阿基米德原理对于气体适用吗?

4.物体浸入液体中越深,物体受到的浮力是否一定越大?

5.例题:体积是100立方厘米的铁块,浸没在酒精里,它受到的浮力是多少牛?

(取g=10牛/千克)

(阅读)阿基米德

实践性作业:

1.探究浮力的大小是否跟物体的形状、密度、体积、、重力、深度、温度,液体的体积、 重力、温度等因素有关。

2.能否利用1牛的水产生比1 牛大的浮力?设计一个实验来探索这个问题。

第三、四课时

(一)引入

你知道俄罗斯“库尔斯克号”核潜艇和“泰坦尼克号”沉船事件吗?假如把打捞沉船的任务交给你,你将采取什么措施?

打捞沉船与物体的沉浮有关,今天我们就亲自来探究影响物体浮沉的条件。

(二)新课学习

三、物体浮沉的条件

(实验)展示装不同质量沙子的乒乓球在水中的浮沉状态。学生观察乒乓球的浮沉情况。 (提问)为什么同样都在水中,3只球会出现三种不同的结果呢?

(学生猜测原因)

(分析)3只乒乓球受到的浮力大小相等,现在处于不同的状态,原因是3只乒乓球内部 装的沙子不一样多,即3只乒乓球受到的重力不同。从而得出物体的浮沉就是决定于浮力 重力这两个力的大小。

(在此基础上引导学生利用力和运动的关系,导出物体在液体中的浮沉的条件) 浸没在液体中的物体: F浮>G,物体将在液体中下沉至底;

F浮<G,物体将在液体中上浮至漂浮在液面;

F浮=G,物体将在液体中悬浮;

(提问)那么,树叶会浮在水面上,石头却要沉入水底。你能不能根据树叶、石头和水的密度大小关系,猜测物体在液体中的浮沉跟物质密度之间的关系呢?

(学生推导用物质密度的关系表达的浮沉条件)

实心且密度均匀的的物体:当ρ物>ρ液时,G>F浮,物体将在液体中下沉至底;

当ρ物<ρ液时,G<F浮,物体将在液体中上浮至漂浮在液面;

当ρ物=ρ液时,G=F浮,物体将悬浮在液体中。

(讨论)悬浮和漂浮的异同点

(讨论)

1.煮汤圆或饺子时,当汤圆或饺子刚放入水中时,会沉入锅底,而当汤圆或饺子煮熟时,则会浮出水面。这是为什么?

2.你可能在电视里见过油轮被撞、触礁或海洋采油装置泄漏后,石油污染海洋的情景,泄漏到大海的石油为什么都是漂浮在水面,而不会沉入水底呢?

(提问)你还能列举利用物体浮沉的条件来解释生活中的大量有关浮沉事件吗?

(学生举例回答)

四、物体浮沉条件的应用

人类利用浮力从远古时代就开始了,最初可能从抓住漂浮的树木免于灭顶之灾得到启示,而抱住或骑在一段树干上顺水漂流。这是人类最早的航行,利用了密度小于水的木材受到的浮力。

后来人们发现,把树干挖空成为独木舟,不但乘坐舒适,还能承载更多的人和物。从浮力利用的角度看这是个了不起的进步:采用“空心”的办法增大可以利用的浮力。即使最现代化的轮船,也保持着这种古老的办法。

(提问)你能举出生活中有哪些利用物体浮沉的例子吗?

(学生举例说明)

1.密度计

(实验)图1-50模拟密度计的实验

(讨论)密度计的用途、构造、原理、刻度特点

探究密度计的原理、刻度特点:

(1)密度计(利用橡皮泥和一小段吸管),要求:使自制密度计能竖直地漂浮在液体中

(2)自制的密度计放入清水中,盐水中、酒精中,观察自制密度计浸入液体中的深度,你有什么发现?

结论:密度计是用来测量液体密度的仪器,它是利用漂浮条件工作的。当密度计漂浮在不同的液体中时,若液体密度小,则密度计浸入液体的体积大;若液体密度大,则密度计浸入液体的体积小。

2.轮船

(提问)我们知道铁块在水中会下沉,轮船的船壳都是用钢板制造的,为什么能漂浮在水面上?

(实验)轮船模拟实验

(讨论)轮船的工作原理

结论:与橡皮泥类似,用钢板制成的轮船,可以排开更多的水,获得更大的浮力,从而能够漂浮在水面上。

3.潜水艇

(介绍潜水艇)潜水艇能潜入水下航行,进行侦察和袭击,是一种很重要的军用舰艇。 (提问)采用什么方法可以使潜水艇下潜、悬浮在水中或浮出水面?

(实验)潜水艇浮沉的模拟实验

(讨论)潜水艇的工作原理

“下潜”:向潜水艇水舱中充水,潜水艇逐渐加重,潜水艇重大于它受到的浮力,就

逐渐潜入水中。

“悬浮”:当水舱中保留一定量的水时,潜水艇重等于浮力,潜水艇可以悬浮在水中。 “浮出水面”:用压缩空气将水舱中的水排出一部分,潜水艇变轻,潜水艇重小于它

受到的浮力,从而浮出水面。

潜水艇在实际航行时,上浮和下沉过程还要开动推进器,用以加速。

结论:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重来实现的。

(阅读)轮船载重线

4.气球和气艇

(提问)其体内充的是什么气体?这种气体的密度比空气的密度大还是小?它为什么能够升空?节日气球、热气球、飞艇能不能无限制升空?若要它下降,可采取什么方法?

(分析)节日气球或携带气象仪器的高空探测气球里充的是氢气或氦气;热气球充的是被燃烧器烧热而体积膨胀的热空气;飞艇中充的是氢气或氦气。这些气体的密度比空气的密度小。由于气球或飞艇的总重小于气囊排开的空气重,即重力小于浮力,气球和飞艇就能上升。当上升到一定高度,由于越高空气密度越小,它受到的浮力变小,浮力等于重力时,它就不再上升,停留在这个高度。请你想一想,如果这是个载人的带吊篮的气球,为了使乘客返回地面,你打算采用什么办法?(改变气囊中的气体量(放气或充气)、

结论:气球和气艇是靠通过改变自身的体积,从而改变浮力来实现升降的。

5.盐水选种。

通过改变液体的密度来改变浮力的大小,从而使不良种子上浮,最终漂浮。

6.测定人体血液的密度。

通过改变液体密度来改变浮力的大小,使血液在同密度相等的硫酸铜溶液中悬浮。

7.打捞沉船

在沉船下部用结实的钢带将其托住,在钢带的两端固定浮筒,现在浮筒中注

满水,使筒沉到船附近与钢带结合,然后排出筒中水,水的浮力就把筒和船一起推向水面。

布置作业:

(1)课外小实验:浮沉子的制作

(2)课外小调查:

就俄罗斯“库尔斯克号”核潜艇和“泰坦尼克号”沉船打捞问题写出建议,要求从报刊、杂志、网络、电视台的科学频道和时事频收集信息,从科学书刊、科学杂志了解浮力的知识,沉船打捞技术,过去的打捞案例等。

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