浮沉條件及浮力的運用

物體的浮沉條件及應(yīng)用教學設(shè)計一、教學目標（一）知識與技能1能根據(jù)二力平衡條件和力與運動的關(guān)系描述物體的浮沉條件；2運用物體的浮沉條件解釋生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象。（二）過程與方法1通過改變物體所受的重力或浮力的大小，使物體在液體或氣體中處于不同的浮沉狀態(tài)；2認識浮力知識在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用價值。（三）情感態(tài)度和價值觀1通過對輪船、潛水艇、氣球、飛艇的浮沉原理的學習，體驗科學、技術(shù)、社會的緊密聯(lián)系；2通過浮力知識應(yīng)用實例培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的良好學風，激發(fā)學生學習情趣；通過學生自己的探究實驗，激發(fā)學習欲望。發(fā)展積極探索的精神，獲得謀求內(nèi)部協(xié)調(diào)統(tǒng)一的成功體驗。二、教學重難點本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)學習浮力概念和阿基米德原理的基礎(chǔ)上進一步學習物體的浮沉條件，并與上一節(jié)內(nèi)容構(gòu)成完整的浮力知識體系。本節(jié)知識是前面所學力學知識的綜合應(yīng)用，與力、重力、二力合成和密度等知識聯(lián)系密切。本節(jié)內(nèi)容包括兩個知識點：一是物體的浮沉條件，二是輪船、潛水艇、氣球、飛艇和密度計的浮沉原理。前者重在培養(yǎng)學生的分析能力，而后者重在使學生認識到浮沉條件在社會生活中的應(yīng)用及其重要意義。物體的浮沉條件是分析各種浮沉現(xiàn)象的基礎(chǔ)，所以通過實驗觀察，認識物體的浮沉現(xiàn)象及探究物體的浮沉條件是本節(jié)課教學的重點。要弄清浮沉條件，關(guān)鍵是對浸沒在液體中的物體進行受力分析。本節(jié)教材要運用阿基米德原理分析物體在液體中受到的浮力的變化，并比較浮力和重力的大小，需要較強的思維能力，因此是本節(jié)教學的難點。三、教學策略根據(jù)浮力知識的教學分解，本節(jié)教學的主要知識有兩個：一是物體的浮沉條件；二是浮沉條件的應(yīng)用。知識本身的難度并不算大，但貫穿在從如何調(diào)節(jié)浮力與重力的大小關(guān)系去理解浮力的應(yīng)用事例這個分析過程要求較高，是進行本節(jié)教學的關(guān)鍵，為此，本節(jié)教學的策略設(shè)計是：首先觀察、分析、比較物體的浮沉情況，引導(dǎo)學生從受力條件和密度條件兩個方面認識物體的浮沉條件，通過調(diào)節(jié)浮力與重力的大小關(guān)系，達到理解浮沉條件在輪船、潛水艇、氣球和飛艇諸方面的應(yīng)用。四、教學資源準備多媒體課件、燒杯、水、土豆、蘋果、橡皮泥、潛水艇模型、熱氣球模型。五、教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖導(dǎo)入新課（5分鐘）視頻展示潛水艇。思考：潛水艇這么一個龐然大物，卻能自由地上浮與下沉，它是怎樣在水中實現(xiàn)浮沉的呢？教師再做一個演示實驗，將土豆和蘋果一起放進水里，讓學生觀察：土豆在水中下沉，而蘋果是漂浮在水面上的。用力向下壓蘋果使浸沒在水中，一松手，蘋果又向上浮起。以上的現(xiàn)象都與物體的浮沉有關(guān)，今天我們就親自來探究影響物體浮沉的條件。學生觀看，體會浮沉現(xiàn)象。從生活和實驗兩個方面設(shè)置懸念，引入課題。新課教學（30分鐘）在上面的基礎(chǔ)上，介紹名詞：上浮、下沉、漂浮。問：能讓蘋果在水中下沉，讓土豆在水中上浮嗎？我們不僅要知其然，還要知其所以然。為什么你們的做法能達到上述效果呢？這還要從力與運動的關(guān)系講起。思考：浸在水中的物體受到哪幾個力的作用？它們的方向怎樣？（浸在水中的物體受到兩個力：重力和浮力，重力的方向豎直向下，浮力的方向豎直向上）。如果物體受到的重力和浮力大小相等，物體將處于什么狀態(tài)？（根據(jù)二力平衡條件，物體將處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)）。物體處于漂浮或懸浮狀態(tài)時，它受到的重力和浮力有什么關(guān)系？（物體處于漂浮或懸浮狀態(tài)時，都是平衡狀態(tài)。物體受到的重力和浮力滿足二力平衡條件，它們大小相等）。如果向下的重力大于向上的浮力，物體將怎樣？（物體將下沉）。如果向下的重力小于向上的浮力，物體將怎樣？（體將上浮）。總結(jié)：浸在液體中的物體，其浮沉情況取決于物體所受到的浮力和重力的大小。當物體浸沒在液體時，若重力大于浮力，則物體下沉；若重力小于浮力，則物體上浮；若重力等于浮力，則物體懸??；當物體漂浮在液面上時，它所受到的重力等于浮力。問：現(xiàn)在你能回答為什么給蘋果扎上幾枚鐵釘，能讓原本在水面漂浮的蘋果下沉？在水里加一些鹽，為什么能讓原來沉在水底的土豆向上浮起？最后漂浮在水面上？問：向上浮起的土豆能一直向上運動嗎？最后處于什么狀態(tài)？（不能。當土豆露出液面后，隨著上浮，土豆排開液體的體積逐漸減小，受到的浮力就逐漸減小。當浮力等于重力時，土豆不再上浮，于是漂浮在水面上）。問：剛才做讓土豆上浮實驗時，我看到有同學采用了把土豆切成兩塊的方法。切成兩塊確實能減少土豆的重力，這種方法能讓土豆上浮嗎？為什么？（不能。因為減少重力的同時，也減少了土豆受到的浮力。對于一塊土豆，還是重力大于浮力，所以它仍下沉）。問：如果把土豆切得更小一些，它是否可能在水中上?。浚ú荒埽?。問：上述過程中，可變的是土豆受到的重力和浮力，不變的是它總在水中下沉。大家想想，還有什么不變？（密度。因為密度是物質(zhì)的物理屬性，不隨質(zhì)量和體積改變）。問：很好。對于物體的浮沉條件，從力的關(guān)系看，取決于物體受到的重力和浮力的大小關(guān)系。從密度看，取決于物體的密度與它所在液體密度的大小關(guān)系。如果物體的密度等于液體密度，物體在液體中懸??；如果物體的密度大于液體密度，物體在液體中下沉；如果物體的密度小于液體密度，物體在液體中上浮，最后漂浮。對于實心物體,根據(jù)F浮=液gV排,G =物gV物,可以通過比較物體和液體的密度來判斷。狀態(tài)漂浮懸浮上浮下沉（沉底）力的關(guān)系F浮=G物F浮=G物F浮G物F浮物液=物液物液物這一點有興趣的同學可以證明。利用密度關(guān)系，怎樣解釋土豆在水中原來下沉、切成小塊還是下沉、水中加鹽就能上??？讓學生觀察，充分討論、操作后，匯報做法。給蘋果扎上幾枚鐵釘，能讓原本在水面漂浮的蘋果下沉。在水里加一些鹽，能讓原來沉在水底的土豆向上浮起，最后漂浮在水面上。如果控制好鐵釘和鹽的數(shù)量，浸沒在水里的蘋果和土豆還可以保持靜止，既不上浮，也不下沉（這種情況叫懸浮）。 學生討論并回答。給蘋果扎上幾枚鐵釘，就是增大蘋果受到的重力。當蘋果受到的重力大于它受到的浮力時，蘋果下沉。在水里加一些鹽，增大了液體的密度，所以能增大土豆受到的浮力。當土豆受到的浮力大于重力時，土豆上浮。學生回答：土豆的密度大于水的密度，所以土豆在水中下沉；切成小塊土豆的密度不變，還是大于水的密度，所以還下沉；在水中加鹽，增大了水的密度，使水的密度大于土豆的密度，土豆就能上浮了。熟悉有關(guān)概念術(shù)語，為進一步研究浮沉條件做好鋪墊。層層剖析，培養(yǎng)學生邏輯思維能力。浮力的利用學生實驗：把橡皮泥捏成團放在水面，觀察橡皮泥的運動狀態(tài)。再把橡皮泥捏成碗形或船形放在水面，觀察橡皮泥的運動狀態(tài)。引導(dǎo)學生分析，當把橡皮泥捏成碗形或船形放在水面時，雖然它受到的重力沒有改變，但是由于它排開水的體積增大，受到的浮力增大，所以能漂浮在水面上。對于鋼鐵制造的輪船，只要空心的程度足夠大，也能漂浮在水面上?？梢宰寣W生通過自制潛水艇模型來感受潛水艇的浮沉原理：器材：空塑料眼藥水瓶一只，大鐵釘一只，自行車氣門芯皮一根，還有膠帶、錐子、小刀等。制作：如圖1，用膠帶將眼藥水瓶和大鐵釘纏在一起，在塑料瓶緊靠鐵釘?shù)膫?cè)壁上用錐子戳幾個小孔，再用小刀將瓶口削尖，在瓶口處接上自行車氣門芯皮，這就做成了潛水艇模型。思考：把模型進入水中，從管內(nèi)吸氣，模型將怎樣？為什么？向管內(nèi)吹氣，模型又將怎樣？為什么？學生通過實驗就會發(fā)現(xiàn)：把潛水艇模型放入水中，向外吸氣時，由于內(nèi)部的壓強減小，在外界大氣壓的作用下，水就會從側(cè)壁上的小孔進入塑料瓶，使模型的重力增加，大于它受到的浮力，于是模型下潛；反之，向管內(nèi)吹氣，會把部分水排出模型，使模型的重力減少，小于它受到的浮力，于是模型上浮。由此總結(jié)出潛水艇的浮沉原理是：通過改變自重實現(xiàn)上浮和下沉。演示以下實驗引起學生的興趣：找一個非常薄的塑料袋，口向下放置，并將袋口用透明膠帶適當黏合變?。ú灰馑溃?，使它變?yōu)樯洗笙滦〉臍馇蛐螤?，用酒精燈在袋口處對空氣加熱，幾分鐘后，氣球即可升空。在觀察之后，請學生思考：（1）熱氣球為什么會升起來？（熱空氣的密度較小，使得熱氣球的重力小于它受到的浮力，所以上?。?）假如由你來設(shè)計一個吊籃的熱氣球，為了使它能降回地面，你打算采用什么辦法？為什么？（停止加熱，氣球就會縮小體積，減小浮力，降回地面）并指出：熱氣球、氫氣球、飛艇都是通過改變自身重力來