浮力的应用教学设计1Word文件下载.docx
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三维目标
知识与技能
1.知道物体的浮沉条件;
2.知道浮力的应用。
过程与方法
1.通过观察、分析,了解轮船是怎样浮在水面上的;
2.通过收集、交流关于浮力应用的资料,了解浮力应用的社会价值。
情感态度与价值观
1.初步认识科学技术对社会发展的影响;
2.初步建立应用科学知识的意识。
课前准备
教师:
多媒体课件、金属箔、大烧杯、水、密度计、充有氢气的气球、没充气的气球。
学生:
有关浮力应用的实例资料。
教学设计
[导入新课]
情景设置:
一艘战舰行驶在水面上,这时一颗鱼雷从一艘在水下游弋的潜水艇中发射出来击中了战舰,一声爆炸后,战舰慢慢沉没了。
问题:
1.行驶在水面上的战舰、水下的潜艇、沉入水中的战舰都受浮力吗?
2.它们所受浮力如何计算?
学生活动:
都受浮力,可以利用阿基米德原理计算大小。
既然它们都受浮力,那为什么战舰一会儿浮在水面上,一会儿又沉入了水底?
还有那艘潜艇,既不浮在水面上,也没有沉入水底,而是停在水面以下呢?
物体什么时候浮,什么时候沉呢?
[推进新课]
一、浮沉条件
首先指明这些现象可以描述为“漂浮”“下沉”“悬浮”,规范物理语言,然后要求学生进行受力分析,利用二力平衡的知识解决问题。
分析讨论,得出浮沉条件。
将学生讨论的结果填入表格中:
状态
受力关系
合力方向
漂浮
F浮=G
为零
下沉
F浮<G
竖直向下
悬浮
观察表格会发现,受力关系中还有一种情况:
F浮>G,这就是“上浮”。
补充表格。
物体漂浮和悬浮时,都有F浮=G,那岂不是相同了吗?
比较分析。
漂浮时,物体只有部分体积浸入液体中,而悬浮时,物体全部浸入了液体中。
总结易混淆的几个词语:
浸没:
物体完全没入了液体中,整个物体在液面以下。
浸入:
也就是“浸在”,包括完全浸没和部分浸没。
漂浮:
物体在液面处,部分体积浸没。
悬浮:
物体在液面以下,完全浸没,可以存在于液面下任何位置。
上浮:
物体正在向上加速运动,可能完全浸没,也可能部分浸没,最终状态是漂浮。
下沉:
物体正在向下加速运动,可能完全浸没,也可能部分浸没,最终状态是沉在水底。
(教学说明:
利用二力平衡跟合成的知识探究浮沉条件的过程由学生自主进行,可以板演受力分析情况。
)
铁块放入水中会下沉,放入水银中会怎样?
有认为漂浮的,也有认为下沉的。
水银有毒,我们不方便亲自试一试,但是我们知道水银的密度比铁的密度大,能不能利用它们的密度关系来判断?
利用阿基米德公式的变形F浮=ρgV排和浮沉条件来分析。
ρ液gV排=ρ物gV物
ρ液V排=ρ物V物
ρ液>
ρ物(因为V排<
V物)
F浮<
G
ρ液gV排<
ρ物gV物
ρ液V排<
ρ物V物
ρ液<
ρ物(因为V排=V物)
ρ液=ρ物(因为V排=V物)
F浮>
ρ液gV排>
ρ液V排>
由此可判断,铁块会沉入水底,但却会漂浮在水银面上。
将浮沉情况与密度的联系补充到上表中。
[即学即练]
农民们经常利用浮力的知识选种。
当把绿豆倒入盛水的容器中,成熟饱满的绿豆沉入水底,干瘪、虫蛀的绿豆漂浮在水面上,产生这一现象的原因是( )
A.沉底的绿豆受到的浮力小于重力,漂浮在水面的绿豆受到的浮力大于重力
B.沉底的绿豆受到的浮力小于重力,漂浮在水面的绿豆受到的浮力等于重力
C.沉底的绿豆受到的浮力大于重力,漂浮在水面的绿豆受到的浮力等于重力
D.沉底的绿豆受到的浮力等于重力,漂浮在水面的绿豆受到的浮力小于重力
答案:
B
二、轮船和潜水艇的浮沉原理
你有没有办法让铁块漂浮或悬浮在水中?
让铁块的密度变小,小到等于水的密度就能悬浮了,小于水的密度就能漂浮了。
怎么才能使铁块的密度变小呢?
由密度公式
可知有两种办法:
(1)在质量不变的情况下增大体积。
可将铁块压成薄片,包成铁盒,增大体积。
(2)在体积不变的情况下减小质量。
可挖掉铁块的中间的铁,减小质量。
其实这两种办法都是将铁块制成“空心”。
演示:
将叠在一起的金属箔放在水面上,金属箔下沉。
将金属箔伸展开,叠成盒状放在水面上,金属箔漂浮。
轮船和潜水艇就是利用这个原理制成的。
通过将密度大的钢铁制成空心,增大了体积,进而增大了排开液体的体积,从而增大了可以利用的浮力,使受到的浮力等于重力,从而使轮船漂浮,潜水艇悬浮。
轮船排开水的重力越大,受到的浮力就越大,就可以承载更多的货物。
我们把轮船满载货物时排开水的质量叫做轮船的排水量。
由阿基米德原理和轮船漂浮时浮力等于重力可知:
F浮=G=G排
mg=m排g
m=m排,也就是说,轮船的排水量等于轮船满载货物时的总质量。
所以可以利用排水量来表示轮船的大小。
例题:
一艘质量为6×
103t的轮船,排水量为1×
104t,那么它最多可以承载多少货物?
当它满载货物在密度为1×
103kg/m3的河水中时,受到的浮力有多大?
当它驶入海洋中时,受到浮力的大小变了吗?
为什么?
所以它将_______________(填“向上浮起”或“向下沉入”)一定的体积。
解:
1×
104t-6×
103t=4×
103t
F浮=G排=m排g=1×
107kg×
9.8N/kg=9.8×
107N
当它驶入海洋中时,因为船仍然是漂浮,浮力等于重力,保持不变。
由F浮=ρgV排可知,由于浮力F浮和g不变,液体的密度ρ增大,所以V排变小,轮船会向上浮起一定的体积。
轮船漂浮,人们在船体与水面相平处用不同颜色画线作标记,表示轮船没入水中的深度,这条线叫做吃水线,最高吃水线表示最大的安全载重量。
如果我们在轮船上的各条吃水线上标出对应液体的密度,那就可以用来测量液体的密度了,这样的装置叫做密度计。
介绍密度计。
密度计的刻度值越往下越大还是越往下越小?
分析并观察。
密度计的刻度值越往下越大。
潜水艇受到的浮力和重力相等,所以可以悬浮在海水中,可是它如何才能浮出水面呢?
讨论发现悬浮的潜水艇排开海水的体积不能变化,所受浮力不能改变,只能通过改变重力实现浮沉。
利用多媒体课件演示潜水艇的浮沉。
通过例题认识轮船的吃水线和密度计,这也是浮力在生活中的应用。
吃水线和密度计有相同之处,放在一起类比学习,便于学生接受。
将密度计分别放入甲、乙两杯液体中,如图所示。
若两杯中的液体密度分别为ρ甲、ρ乙,静止时密度计所受浮力分别为F甲、F乙,则( )
A.ρ甲<ρ乙,F甲=F乙
B.ρ甲<ρ乙,F甲>F乙
C.ρ甲>ρ乙,F甲<F乙
D.ρ甲>ρ乙,F甲=F乙
A
三、气球和飞艇的升降原理
创设情景:
释放一个氢气球,气球上浮至天花板。
现场吹一个气球,扎紧口并松手,气球降至地面。
这两个气球都受浮力吗?
为什么一个上浮,另一个下降呢?
不假思索地回答是因为充入的气体不同,密度不同造成浮力不同的。
如何才能将气球浮在空中?
讨论,利用浮沉条件的密度关系可知,向气球中充入密度比空气小的气体,比如氢气、热的空气等。
介绍热气球和飞艇的发展历程:
氢气球→氢气飞艇→氦气飞艇
热气球、飞艇带着人飞上了天,实现了人们升天的梦想,可是怎么下来呢?
减小浮力,利用F浮=ρgV排可知,减小排开气体的体积,比如热气球停止加热;
飞艇放出一部分气体。
生活中还有哪些现象可以利用浮力的知识来解释?
如腌鸡蛋时,开始鸡蛋漂浮,后来下沉;
煮饺子,饺子熟了后会浮出水面;
吹出的肥皂泡先上升后下降,等等。
[课堂小结]
1.浮沉条件。
2.轮船、潜水艇、氢气球、飞艇、热气球的原理。
3.排水量、吃水线、密度计。
[布置作业]
“动手动脑学物理”第1、2、3、4、6题。
板书设计
设计点评
本节课的教学是围绕着“密度大的物体是如何实现漂浮或悬浮的”这么一个问题进行的。
教学活动加强了对物体的受力分析,从二力合成和平衡的角度分析得出浮沉条件。
由阿基米德原理公式的变形F浮=ρgV排得到物体浮沉与密度的关系之后,马上提出如何使铁块漂浮的问题,学生自然会想到减小密度的方法。
通过对密度公式的分析得出轮船和潜艇的浮沉原理。
这样的安排,使知识点之间过渡自然,层层递进,利于学生接受。
据此得到“空心”这一实现密度大的物体漂浮或悬浮的重要方法,解决了前面提出的问题,这样前后呼应,在逐层解决问题的过程中完成了教学任务。
吃水线和密度计知识的教学是教学内容的有益补充,也让学生认识到了科学技术在社会生活中的影响,体现“STS”思想。
活动与探究
“酒精度数测量计”的制作
利用直尺制作一个杠杆,在左右两侧分别挂上钩码。
将左端钩码浸没于纯酒精中,调整右端钩码至杠杆在水平位置平衡,在右端钩码处作标记A,表示100度,如图甲所示。
再将左端钩码浸没于清水中,调整右端钩码至杠杆在水平位置平衡,在右端钩码处作标记B,表示零度,如图乙所示。
将A、B之间的距离分成100等份,每一等份就表示1度;
如果分成50等份,每一份就表示2度。
将左端钩码位置固定,这就制成了可以测量白酒度数的“酒精度数测量计”。
使用:
将左端钩码浸没于被测白酒中,调整右端钩码至杠杆在水平位置平衡,钩码所在刻度就是被测白酒的度数。
参考资料
飞艇
飞艇是通过放气,减小体积,从而减小浮力,实现下降的。
但气放掉之后,就再也无法升高了。
为解决这一问题,法国的查理教授和罗伯特兄弟于1874年制成了一种装有气囊的气球。
它的形状像纺锤,与现代飞艇很相似。
这种气球,外面是一个大的丝质胶囊,里面有一个小气囊,小气囊上面有一个气体阀门。
外囊充氢气,使气球产生浮力升到空中,内囊用来充空气。
这个小气囊就叫“空气房”。
气球在升空之前,先将“空气房”充进空气。
当气球升到一定高度后,就将“空气房”打开,放出一部分空气。
这样,外囊膨胀后,“空气房”就因受挤压而缩小,使外囊膨胀的压力有所减小,以保证气囊不致胀破。
这一发明,解决了气球升空的一大难题,是飞艇发展史上的重大突破。
此后,“空气房”便在所有飞艇上使用了,并一直使用至今。
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- 浮力 应用 教学 设计
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