物體的浮沉條件及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)

物體的浮沉條件及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)本節(jié)是在對浮力有了一定認(rèn)識的基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解浮力在社會生產(chǎn)生活中的應(yīng)用.浮力是現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)力,通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí),認(rèn)識物理知識對社會發(fā)展的影響.本節(jié)內(nèi)容分為兩大部'分:物體的浮沉條件、浮力應(yīng)用的幾個(gè)特例.通過物體在液體中的浮沉情況引入課題,利用二力平衡的知識分析得出浮沉條件.通過船的發(fā)展歷程認(rèn)識到"空心"的作用,并利用演示實(shí)驗(yàn)引入輪船的教學(xué).潛水艇的浮沉是通過改變自身重力實(shí)現(xiàn)的;而氣球和飛艇則是利用它們的平均密度小于空氣,并且通過改變自身體積實(shí)現(xiàn)升降的.物體的浮沉條件是二力平衡知識的具體應(yīng)用,教學(xué)中要注意到學(xué)生對浮沉現(xiàn)象的感性認(rèn)識,規(guī)范描述各種浮沉狀態(tài)的語言,區(qū)分易混淆的詞語."空心"是密度大于水的材料在水中實(shí)現(xiàn)漂浮的常用的方法,輪船、潛水艇等都是利用空心來增大體積,從而增大浮力的.也可以將空心看做是通過減小材料的密度,實(shí)現(xiàn)漂浮或懸浮的方法.這是這節(jié)課教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn).輪船吃水線與排水量有緊密的聯(lián)系,并且密度計(jì)的刻度線也是吃水線的延伸,可以適當(dāng)補(bǔ)充這方面的內(nèi)容.阿基米德原理是解決浮力問題常用的方法,對浮力應(yīng)用實(shí)例的分析要注意從阿基米德原理的公式出發(fā),培養(yǎng)學(xué)生理論指導(dǎo)實(shí)踐的意識.三維目標(biāo)知識與技能1.知道物體的浮沉條件;2.知道浮力的應(yīng)用.過程與方法1.通過觀察、分析,了解輪船是怎樣浮在水面上的;2.通過收集、交流關(guān)于浮力應(yīng)用的資料,了解浮力應(yīng)用的社會價(jià)值.情感、態(tài)度與價(jià)值觀1.初步認(rèn)識科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展的影響;2.初步建立應(yīng)用科學(xué)知識的意識.教學(xué)重點(diǎn)浮沉條件和密度大的物體實(shí)現(xiàn)漂浮的方法.教學(xué)難點(diǎn)綜合利用二力平衡的知識探究浮沉條件.–.一課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、金屬箔、大燒杯、水、密度計(jì)、充有氫氣的氣球、沒充氣的氣球.導(dǎo)入新課情景導(dǎo)入多媒體展示情景:一艘戰(zhàn)艦行駛在水面上,這時(shí)一顆魚雷從一艘在水下游弋的潛水艇中發(fā)射出來擊中了戰(zhàn)艦,一聲爆炸后,戰(zhàn)艦慢慢沉沒了.問題:1.如上圖所示,漂浮的冰山、行駛在水面上的戰(zhàn)艦、水下的潛艇、沉入水中的戰(zhàn)艦都受浮力嗎?2.它們所受浮力如何計(jì)算?學(xué)生活動(dòng):都受浮力,可以利用阿基米德原理計(jì)算大小.問題:既然它們都受浮力,那為什么戰(zhàn)艦開始浮在水面上,過一會兒沉人了水底?還有那艘潛艇,為什么既不浮在水面上,也沒有沉入水底,而是停在水面以下呢?物體什么時(shí)候浮,什么時(shí)候沉呢?實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)1:將小木塊、乒乓球、小鐵塊浸沒在水中,小木塊、乒乓球上浮,小鐵塊下沉.實(shí)驗(yàn)2:將牙膏皮放入水中下沉,將牙膏皮折成小盒子,漂浮在水面上.同時(shí)課件展示圖片,人在死海中悠閑地戲水、飛艇在空中自由地上升下降,如圖所示.引導(dǎo):通過剛才的實(shí)驗(yàn),還有上面展示的兩幅圖片,對于這些現(xiàn)象,你們想提出什么問題?思考問題:為什么有的物體會上浮?為什么有的物體會下沉?物體的浮與沉取決于什么條件?教學(xué)說明:這個(gè)時(shí)候?qū)W生的思維是直接的,他們很容易得到的答案是:可能浮力大的上浮,浮力小的下沉.此時(shí)老師對學(xué)生進(jìn)行有針對性的引導(dǎo):"在水中只受浮力嗎?與重力有沒有關(guān)系?"引導(dǎo)學(xué)生對觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行有根據(jù)的猜測.到底是什么原因影響了物體在水中的狀態(tài)呢,這節(jié)課我們通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究.引出課題:物體的浮沉條件及其應(yīng)用.推進(jìn)新課一、物體的浮沉條件1.漂浮、懸浮和下沉演示實(shí)驗(yàn):將三個(gè)乒乓球浸沒水中(一個(gè)充滿沙;一個(gè)中空;一個(gè)有部分沙,用蠟封住),松手后出現(xiàn)什么現(xiàn)象?分析討論.提出問題:浸入水中的物體受到哪幾個(gè)力的作用?它們的施力物體是誰?交流討論:一個(gè)物體在受到兩個(gè)或兩個(gè)以上力的作用時(shí),它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由這些力共同決定.它受到平衡力的作用,將處于什么狀態(tài)?它受到非平衡力的作用,將處于什么狀態(tài)?它受到非平衡力的作用,將處于什么狀態(tài)?思考問題:下沉的物體最終處于什么狀態(tài)?為什么?那么上浮的物體最終處于什么狀態(tài)?點(diǎn)撥1:懸浮的物體完全進(jìn)入液體中,可以靜止在液體內(nèi)部任一地方,其體積于物體排開液體的體積;而漂浮則是物體靜止在液體表面上,其體積于物體排開液體的體積.首先指明這些現(xiàn)象可以描述為"漂浮""下沉""懸浮",規(guī)范物理語言,然后要求學(xué)生進(jìn)行受力分析,利用二力平衡的知識解決問題.2,物體的浮沉條件學(xué)生活動(dòng):分析討論,得出浮沉條件.將學(xué)生討論的結(jié)果填入表格中:觀察表格會發(fā)現(xiàn),受力關(guān)系中還有一種情況:這就是"上浮".補(bǔ)充表格.問題:物體漂浮和懸浮時(shí),都有那這兩種情況豈不是完全相同了嗎?學(xué)生活動(dòng):比較分析.漂浮時(shí),物體只有部分體積浸入液體中,而懸浮時(shí),物體全部浸入了液體中.總結(jié)易混淆的幾個(gè)詞語:浸沒:物體完全沒入了液體中,整個(gè)物體在液面以下.浸入:也就是"浸在",包括完全浸沒和部分浸沒.漂浮:物體在液面處,部分體積浸沒.懸浮:物體在液面以下,完全浸沒,可以存在于液面下任何位置.上浮:物體正在向上加速運(yùn)動(dòng),可能完全浸沒,也可能部分浸沒,最終狀態(tài)是漂浮.下沉:物體正在向下加速運(yùn)動(dòng),可能完全浸沒,也可能部分浸沒,最終狀態(tài)是沉在液體底部.(教學(xué)說明:利用二力平衡的知識探究浮沉條件的過程由學(xué)生自主進(jìn)行,可以板演受力分析情況.)問題:鐵塊放入水中會下沉,放入水銀中會怎樣?學(xué)生活動(dòng):有學(xué)生認(rèn)為漂浮,也有學(xué)生認(rèn)為下沉.問題;水銀有毒,我們不方便親自試一試,但是我們知道水銀的密度比鐵的密度大,能不能利用它們的密度關(guān)系來判斷?學(xué)生活動(dòng):利用阿基米德原理公式的變形和浮沉條件來分析.由此可判斷,鐵塊會沉入水底,但卻會漂浮在水銀面上.(教學(xué)說明:將浮沉情況與密度的聯(lián)系補(bǔ)充到上表中.)r即學(xué)即練-農(nóng)民們經(jīng)常利用浮力的知識選種.當(dāng)把綠豆倒入盛水的容器中,成熟飽滿的綠豆沉/^水底,千癟、蟲蛀的綠豆漂浮在水面上,產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是().A.沉底的綠豆受到的浮力小于重力,漂浮在水面的綠豆受到的浮力大于重力B.沉底的綠豆受到的浮力小于重力,漂浮在水面的綠豆受到的浮力等于重力C.沉底的綠豆受到的浮力大于重力,漂浮在水面的綠豆受到的浮力等于重力D.沉底的綠豆受到的浮力等于重力,漂浮在水面的綠豆受到的浮力小于重力答案:B二、浮沉條件的應(yīng)用1.輪船的浮沉原理學(xué)生自學(xué)閱讀課本相關(guān)內(nèi)容,思考下列問題.問題:你有沒有辦法讓鐵塊漂浮或懸浮在水中?學(xué)生活動(dòng):讓鐵塊的密度變小,小到等于水的密度就能懸浮了,小于水的密度就能漂浮了.問題:怎么才能使鐵塊的密度變小呢?學(xué)生活動(dòng):由密度公式可知有兩種辦法:(1)在質(zhì)量不變的情況下增大體積.可將鐵塊壓成薄片,包成鐵盒,增大體積.(2)在體積不變的情況下減小質(zhì)量.可挖掉鐵塊的中間的鐵,減小質(zhì)量.其實(shí)這兩種辦法都是將鐵塊制成"空心".演示:將疊在一起的金屬箔放在水面上,金屬箔下沉.將金屬箔伸展開,疊成盒狀放在水面上,金屬箔漂浮.輪船就是利用這個(gè)原理制成的.(1)輪船的原理:通過將密度大的鋼鐵制成空心,增大了體積,進(jìn)而增大了排開液體的體積,從而增大了可以利用的浮力,使浮力等于船和貨物的總重來實(shí)現(xiàn)漂浮.(2)排水量:輪船排開水的重力越大,受到的浮力就越大,就可以承載更多的貨物.我們把輪船滿載貨物時(shí)排開水的質(zhì)量叫做輪船的排水量.即:排水量[質(zhì)疑]輪船從河里駛?cè)牒＠?1)它受到的浮力變大、變小還是不變?(不變,始終漂浮)(2)它排開的液體的質(zhì)量變不變?(不變)(3)它排開的液體的體積變不變?(4)它是下沉一些,還是浮起一些?[強(qiáng)調(diào)]同一條船在河里和海里時(shí),所受浮力相同,但它排開的河水和海水的體積不同.因此,它的吃水深度不同.輪船漂浮,人們在船體與水面相平處用不同顏色畫線作標(biāo)記,如圖所示,表示輪船沒入水中的深度,這條線叫做吃水線,最高吃水線表示最大的安全載重量.例題一艘質(zhì)量為6*t的輪船,排水量為1*t,那么它最多可以承載多少貨物?當(dāng)它滿載貨物在密度為1*kg/m3的河水中時(shí),受到的浮力有多大?當(dāng)它駛?cè)撕Ｑ笾袝r(shí),受到浮力的大小變了嗎?為什么?所以它將_選填"向上浮起"或"向下沉入")一定的體積.2.潛水艇的浮沉原理問題:潛水艇受到的浮力和重力相等,所以可以懸浮在海水中,可是它如何才能浮出水面呢?[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]請同學(xué)們利用和塑料管連接的細(xì)管給塑料管吹氣或吸氣.現(xiàn)象:吸氣時(shí),水逐漸進(jìn)入管中,管子下沉;吹氣時(shí),管中的水被排出,管子上浮.[質(zhì)疑](1)小塑料管浸沒在水中所受是否變化?(塑料管形變很小,基本不變,所以可以認(rèn)為不變)(2)塑料管是怎樣上浮或下沉的呢?(吹氣時(shí),水從管子中排出,重力變小,所以塑料管上浮;吸氣時(shí),水進(jìn)入管子,重力變大,所以塑料管下沉)[講解]潛水艇兩側(cè)有水艙,當(dāng)水艙中充水時(shí),潛水艇加重,就逐漸潛入水中;當(dāng)水艙充水使艇重等于同體積水重時(shí),潛水艇就可懸浮在水中;當(dāng)壓縮空氣使水艙中的水排出一部分時(shí),潛水艇變輕,就可上浮了.利用多媒體課件演示潛水艇的浮沉.學(xué)生活動(dòng):討論發(fā)現(xiàn)懸浮的潛水艇排開海水的體積不能變化,所受浮力不能改變,只能通過改變自身重力實(shí)現(xiàn)浮沉.歸納總結(jié):潛水艇的原理:靠改變自身重力來實(shí)現(xiàn)在水中的浮沉.[強(qiáng)調(diào)]潛水艇在浸沒在水下不同深度所受浮力相同.3.氣球和飛艇的升降原理創(chuàng)設(shè)情景;釋放一個(gè)氫氣球,氣球上浮至天花板.現(xiàn)場吹一個(gè)氣球,扎緊口并松手,氣球降至地面.問題:這兩個(gè)氣球都受浮力嗎?為什么一個(gè)上浮,另一個(gè)下降呢?學(xué)生活動(dòng):不假思索地回答是因?yàn)槌淙氲臍怏w不同,密度不同造成浮沉不同的.問題:如何才能將氣球浮在空中?學(xué)生活動(dòng):討論,利用浮沉條件的密度關(guān)系可知,向氣球中充入密度比空氣小的氣體,比如氫氣、熱的空氣等.介紹熱氣球和飛艇的發(fā)展歷程:氫氣球——?dú)錃怙w艇——氦氣飛艇問題:熱氣球、飛艇帶著人飛上了天,實(shí)現(xiàn)了人們升天的夢想,可是它們怎么下來呢?學(xué)生活動(dòng):減小浮力,利用可知,減小排開氣體的體積,比如熱氣球停止加熱、飛艇放出一部分氣體.歸納總結(jié):氣球和飛艇的升降原理:利用里面充的氣體的密度小于空氣的密度,空氣產(chǎn)生的浮力大于自身的重力來升空;利用減小浮力來下降.問題:生活中還有哪些現(xiàn)象可以利用浮力的知識來解釋?學(xué)生活動(dòng):如腌雞蛋時(shí),開始雞蛋漂浮,后來下沉;煮餃子,餃子熟了后會浮出水面;吹出的肥皂泡先上升后下降,等等.:同步訓(xùn)練1.完全浸沒在水中的乒乓球,放手后從運(yùn)動(dòng)到靜止的過程中,其浮力大小的變化情況是().A.浮力不斷變大,但小于重力B.浮力不變,但浮力大于重力C.浮力先大于重力,后小于重力D.浮力先不變,后變小,且始終大于重力,直至靜止時(shí),浮力才等于重力解析:浸沒后物體排開液體的體積不再改變,浮力大小與物體在液體內(nèi)深度無關(guān).因此乒乓球在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受浮力先不變.當(dāng)球露出水面的過程中,它排開液體的體積逐漸變小,浮力開始變小.當(dāng)浮力等于重力時(shí),球靜止在水面上,呈漂浮狀態(tài).答案:D2.如圖所示,體積相同的甲、乙、丙三個(gè)物體浸沒在水中.甲上浮、乙懸浮、丙下沉,在甲露出水面之前,關(guān)于它們所受浮力的說法正確的是().A.甲受到的浮力大B.乙受到的浮力大C.丙受到的浮力大D.甲、乙、丙受到的浮力一樣大解析:三個(gè)物體體積相同,由圖示可以知道,甲、乙、丙排開的液體體積相同,所受浮力也一定相同.之所以甲上浮,是因?yàn)榧资艿降母×Υ笥诩椎闹亓?乙懸浮說明了它受到的浮力等于它的重力;丙下沉說明它受到的浮力小于它的重力.所以D正確,A、B、C錯(cuò).答案:D3.如圖甲所示,一只燒杯中盛有石蠟油、水和水銀三種液體,液體之間不相溶合.將一實(shí)心鉛塊(鉛的密度是g/)輕輕放入該燒杯中,圖乙中能正確顯示出鉛塊靜止時(shí)位置的圖是().解析:實(shí)心鉛球的密度比水銀的密度小,所以一定會漂浮在水銀液體上.則A錯(cuò),B對.水的密度比鉛的小,所以一定不能漂浮或懸浮在水中,則C、D均錯(cuò).答案:B4.對于完全浸沒在液體中的物體,漂浮在液面上的物體請?jiān)趫D中用力的示意圖表示.解析:本題考查物體的浮沉條件及漂浮的條件,若用密度比較,可表示為(下沉)(上浮,最終漂浮).答案:上浮懸浮下沉課堂總結(jié)教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課堂歸納小結(jié)及學(xué)習(xí)過程評估:物體的浮沉條件:上浮,最終漂浮;懸浮;F沉,最終沉底.2.通過調(diào)節(jié)物體受到的可以調(diào)節(jié)物體的浮沉.3.應(yīng)用(1)輪船:把物體作為"空心"的辦法來增大浮力,使浮力等于船和貨物的總重來實(shí)現(xiàn)漂浮.(2)潛水艇:依靠改變自身重力來實(shí)現(xiàn)在水中的浮沉.(3)氣球和飛艇使它受到的而升空."酒精度數(shù)測量計(jì)"的制作利用直尺制作一個(gè)杠桿,在左右兩側(cè)分別掛上鉤碼.將左端鉤碼浸沒于純酒精中,調(diào)整右端鉤碼至杠桿在水平位置平衡,在右端鉤碼處作標(biāo)記A,表示100度,如圖甲所示.再將左端鉤碼浸沒于清水中,調(diào)整右端鉤碼至杠桿在水平位置平衡,在右端鉤碼處作標(biāo)記B,表示零度,如圖乙所示.將A、B之間的距離分成100等份,每一等份就表示l度;如果分成50等份,每一份就表示2度.將左端鉤碼位置固定,這就制成了可以測量白酒度數(shù)的"酒精度數(shù)測量計(jì)".使用:將左端鉤碼浸沒于被測白酒中,調(diào)整右端鉤碼至杠桿在水平位置平衡,鉤碼所在刻度就是被測白酒的度數(shù).本節(jié)課的教學(xué)是圍繞著"密度大的物體是如何實(shí)現(xiàn)漂浮或懸浮的"這么一個(gè)問題進(jìn)行的.教學(xué)活動(dòng)加強(qiáng)了對物體的受力分析,從二力合成和平衡的角度分析得出浮沉條件.由阿基米德原理公式的變形得到物體浮沉與密度的關(guān)系之后,馬上提出如何使鐵塊漂浮的問題,學(xué)生自然會想到減小密度的方法.通過對密度公式的分析得出輪船和潛艇的浮沉原理.這樣的安排,使知識點(diǎn)之間過渡自然,層層遞進(jìn),利于學(xué)生接受.據(jù)此得到"空心"這一實(shí)現(xiàn)密度大的物體漂浮或懸浮的重要方法,解決了前面提出的問題,這樣前后呼應(yīng),在逐層解決問題的過程中完成了教學(xué)任務(wù).吃水線知識的教學(xué)是教學(xué)內(nèi)容的有益補(bǔ)充,也讓學(xué)生認(rèn)識到了科學(xué)技術(shù)在社會生活中的影響,體現(xiàn)"STS"思想.從氫氣球到飛艇1783年8月27日,在法國巴黎近郊,突然有一個(gè)又大又圓的怪物從天而降,并且放出一股硫黃氣味,當(dāng)?shù)鼐用窨吹剿寄康煽诖袅?以為是"惡魔"降臨了.有個(gè)年輕的小伙子壯起膽子向那巨大的圓球射了一槍,"啪!"怪物馬上變扁了.這時(shí),從怪物旁走出了一個(gè)人.這個(gè)從天而降的人是個(gè)大學(xué)物理教授,叫沙爾.他用浸涂橡膠的絲織品第一次制成了氫氣球,這是他的一次空中實(shí)驗(yàn).氫氣球在空中飄了20多千米,落到了居民身邊.氫氣是一種比空氣輕的氣體,18世紀(jì)末有不少科學(xué)家注意到了氫的特性,并且試著用氫氣來填充氣球,升入高空.氣體也有浮力.在大氣中,密度小于空氣的物體就上浮.氫的密度是0.09千克/,空氣的密度是129千克/,所以,充氫氣的氣球會在空氣中上浮.氫氣球使人類實(shí)現(xiàn)了升入天空的夢想.但是人們乘著它升到天空只能隨風(fēng)飄蕩,"聽天由命".能不能由人來控制氣球的航向呢?"怪物"出現(xiàn)的第二年,1784年,法國人羅伯特兄弟的大"飛魚"上天了.這是世界上的第一次飛艇實(shí)驗(yàn).羅伯特兄弟認(rèn)為,氣球在大氣中沉浮、飛行和魚兒在水中游弋的原理是一樣的.他們做了一個(gè)巨大的魚形氣球:長米,最大直徑是米,氣囊容積為940,充滿氫氣后可以得到大約10000牛頓的升力.7月6日,第一次試飛開始了.氣囊里充進(jìn)氫氣之后,飛艇順利地上升了.然而,情況發(fā)生了變化,羅伯特兄弟發(fā)現(xiàn),氣球愈向上升,那氣囊脹得愈大,這樣下去,氣囊就有爆炸的危險(xiǎn)!這是為什么呢?這時(shí)羅伯特兄弟才意識到,愈向上升,大氣壓強(qiáng)愈低,外邊大氣壓減小,氫氣體積就要膨脹,一旦脹破,他們就會摔死.在這緊急關(guān)頭,羅伯特兄弟慌忙刺破氣囊放氣,終于安全地降落下來.兩個(gè)月以后,裝有放氣閥門的飛艇升上了天空.吊籃里坐著7個(gè)人,他們劃著用綢子和木框做的大槳,控制著飛艇的航向,連續(xù)飛行了7個(gè)小時(shí),走了幾千米.后來,人們在飛艇上安裝了發(fā)動(dòng)機(jī),使飛艇成了空中交通工具,在20世紀(jì)二三十年代,飛艇曾盛極一時(shí).潛水艇的構(gòu)成1.主壓載水艙2.主輔動(dòng)力機(jī)艙3.核反應(yīng)堆艙4.導(dǎo)彈艙5.蓄電池室6.魚雷艙7.指揮室8.螺旋槳9.方向舵10