初二科学第三讲水的浮力.docx
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初二科学第三讲水的浮力
课题
第三讲水的浮力
教学目标
1、确认水及其他的液体对浸入其内的物体都会产生浮力的作用,确认空气也有浮力。
2、能通过实验方法,探究浮力大小跟哪些因素有关,并概括出阿基米德原理。
3、能用测力计测量浮力,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。
重、难点
1、物理知识得出的公式比较多,一多学生就感觉摸不到头脑,所以,在教学过程中对公式代表的字母含义要一直强调,先中文再字母的方式。
在得出阿基米德定理的时候,按照科学探究的步骤进行渗透。
2、对物体在水中的状态,漂浮,悬浮,下沉等字的规范表达要强调。
实验比较多,引导学生进行实验思考非常重要,如实验的目的,为什么要这样做等等。
3、密度计的原理应该让学生自己摸索出来,这样对前面的知识也是种巩固。
学情分析
教学内容
本次课涉及到的高考考点:
水的浮力;
本次课涉及到的难点和易错点:
1、不能正确判断物体所受浮力的大小;
2、不能正确运用物体浮沉条件解释浮沉现象;
知识点一浮力的存在和测量
1、液体的浮力。
船能浮在水面上,但有时候确会沉入大海呢?
有些人游泳会淹死,而有些人确可以在死海上看书呢?
(除了游泳的技巧)
【实验】P19,水的浮力是水对浸入其内的物体向上托的力。
得出:
※在水中会上浮的物体受到水的浮力。
【实验】p20,图1-43,先用手托一下悬挂在空气中的物块,使测力计的读数变小。
(物块受到手对它向上的托力);将物块浸没在水下,测力计的读数也变小。
(水对物块有一个向上托的力)
这个向上托的力就是浮力,得出:
※在水中会下沉的物体也受到向上的浮力。
F浮=F-F‘。
(条件:
物体在水中会下沉)
推广:
所有的液体都会对浸入其内的物体产生一个向上的浮力。
2、气体的浮力。
气体对进入其内的物体是否也有浮力呢?
有什么事实可以说明气体对物体也有浮力呢?
(热气球、烟上升等等)
【实验】P21图1-44,问学生该怎么做才能证实气体浮力的存在。
(现在状态下,打气针还没有完全插入篮球的气孔,排球不会漏气)
把打气针插入,气会从排球跑到气球里面,可以得出什么?
(杠杆左边的质量不变,但由于排球里的气体压强大,传到了气球里面,这样排开大气的体积增加了,浮力也增加了,所以杠杆失去了平衡。
)
※气体也会产生向上的浮力。
【例题1】如右图所示。
一个圆柱形的容器,底部和侧壁分别有一个木塞A和B,A、B排开水的体积相等,则以下说法正确的是()
A.A塞受到的浮力大于B塞受到的浮力
B.A、B两塞所受到的浮力相等
C.A、B两塞均不受浮力
D.只有A塞受到的浮力为零
知识点二阿基米德原理
【提出问题】既然气体和液体都会对浸入其内的物体产生向上的浮力,但浮力的大小究竟和哪些因素有关呢?
当人躺在浴缸的水中时,人会有什么感觉?
水发生了什么变化?
(人会有一种变轻了的感觉。
浴缸的水面会上升。
)
人为什么会变轻?
水面为什么会上升?
(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。
)
【建立假设】那么,你认为浮力的大小可能跟什么因素有关?
(物体所排开水的多少)
【实验】P21图1-45,将物体逐渐浸入水中时,物块排开水的体积逐渐增多,测力计的读数逐渐变小,浮力逐渐增大。
结论:
物体受到的浮力跟物体排开水的多少有关,排开的水越多,浮力越大。
那么,如何定量的证实这个结论呢?
【设计实验】要测量浮力的大小,还要测量物体排开水的多少(体积)。
如何测?
利用图1-45的实验器材,讨论:
如何利用这些器材进行实验?
怎么样安排实验的步骤?
应当设计怎样的实验数据记录表?
(然后交流讨论,给出实验步骤。
)
【实验步骤,收集证据】
(1)在溢杯中盛满水,将小烧杯放在溢杯的出水口下;
(2)将物块悬挂在测力计上,用测力计测出物块的重G;
(3)将物块浸没在溢杯的水中,读出测力计的读数F;
(4)将溢杯溢出的水注入量筒内,测出它的体积V排水;
(5)将上述数据填入下面的实验数据登记表内。
物块的重
G
物块浸入水中后测力计的读数F
物块排开水的体积
V排水
物块受到水的浮力
F浮=G-F
物块排开的水受到的重力
【得出结论】F浮=G排水【推广】F浮=G排液
阿基米德定理:
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。
同样,阿基米德定理可以推广到气体上面。
【例题2】下列说法中正确的是()
A、物体浸没在水中越深,受的浮力越大
B、密度较大的物体在水中受的浮力大
C、重力大的物体受的浮力小
D、同体积的铁块和木块浸没在水中受的浮力一样大
知识点三阿基米德原理的理解和运用
1、对阿基米德定理这个公式F浮=G排水=ρ液gV排的理解应注意:
(1)公式中ρ液是液体的密度,而不是浸入液体的物体的密度。
(2)公式中V排是浸入液体时,排开液体的体积。
物体完全浸入;物体部分浸入。
(3)浮力只跟物体排开的液体受到的重力有关,而与其他因素无直接关系。
※与物体浸入液体的深度无关:
把物体压入水中,感觉浮力变大,这时候是从水面压入水下,当完全浸入后,就不会感觉到更吃力了,用物块挂在测力计下的实验来说明;※与物体的形状无关:
用橡皮泥变形挂在测力计下的实验来补充说明。
2、用阿基米德原理进行计算。
(注意计算过程中单位要统一)
知识点四物体浮沉条件
【实验】观察P22图1-48得出,一只上浮出水面,一只下沉到水底,一只悬浮在水中
问:
既然浸入液体中的物体都会受到液体向上的浮力,为什么有的物体在液体中会上浮,有的物体在液体中会下沉,有的能够静止在液体内部呢?
原因:
三只球所受到的重力不同,如果全部浸入受到水的浮力相同。
根据力和运动关系:
F浮 F浮>G上浮 F浮=G悬浮或漂浮 注意: 上浮和下沉都是不稳定状态,上浮的物体最终会浮出液面,而处于漂浮状态;下沉的物体最终则会沉到液底处于静止状态。 漂浮和悬浮时,物体都是受到两个力而处于平衡状态。 (沉到水底: F浮+F支持力=G) 问: 知道了物体沉浮的条件,那你平时常见到哪些物体在水中会上浮? 下沉? (木头上浮,石块在水中下沉) 问: 你能不能根据木头、石头和水的密度大小关系,猜测物体在液体中的沉浮跟物质密度之间的关系呢? (密度比液体小的上浮,密度比液体大的下沉) 举例生活中大量的例子并相互作出解释: 如: 煮汤圆和泄漏的石油 【例题3】将一只鸡蛋放入盛有清水的杯子中,鸡蛋沉入水底,向此杯中加入一定量的食盐,搅拌后,食盐溶解,鸡蛋从杯底浮起来了。 对以上现象解释正确的是() A、鸡蛋受到的重力减小B、鸡蛋的体积增大 C、水变为盐水后密度增大D、水变为盐水后质量增大 知识点五物体浮沉条件的应用 1、密度计 把模拟密度计分别放入水中和盐水中,问: 为什么将吸管放入不同的液体中,液面所对的位置会不同? (因为不同的液体密度不同,受到的浮力也不同) 注意: 密度计的下端装有铅丸或水银;密度计上所标的数值是纯数,这个纯数代表被测液体的密度与水的密度的比值。 (下大上小,刻度不均匀) 2、关于轮船 问: 捏成一团的橡皮泥会沉入水底,而做成空心的橡皮泥却为什么会漂浮在水面? 做成空心的目的是调节浮力和重力的关系,即把橡皮泥做成空心,它受到的重力没有改变,而因为空心的橡皮泥可以排开更多的液体,获得更大的浮力,从而使橡皮泥漂在液面。 轮船也是如此,Titanic的沉没,进水。 (p27阅读) 有多条载重线(吃水线),因为浮力的大小不仅与船只排开水的体积有关,而且和水的密度有关。 3、关于潜水艇 【实验】注意观察: 当注射器将气体压入玻璃球时,或将球内的气体吸出时,玻璃球内的水量和玻璃球沉浮的状态。 当注射器将气体压入玻璃球时,球内的水量减少,球(和球内的水)受到的重力变小,一旦重力小于浮力,球将上浮;反之,当注射器将球内的气体吸出时,球内的水量增多,球(和球内的水)受到的重力变大,一旦重力大于浮力,球将下沉。 潜水艇的结构和沉浮原理。 【例题4】鱼鳔是鱼体内可以胀缩的气囊,是鱼类的沉浮器官,鱼实现沉浮主要是通过改变() A、鱼的重力B、鱼的质量 C、鱼排开水的体积D、鱼受到的压强 【巩固练习】 1.关于浮力的几种说法,正确说法是() A.浸在液体中的物体受到的浮力的大小一定等于物体的重力 B.同一物体浸没在不同的液体中受到的浮力,一般是不同的 C.浸在液体中的物体所受浮力的方向,不一定和重力的方向相反 D.以上都不对 2.一个盛有盐水的容器中悬浮着一个鸡蛋,容器放在斜面上,如图所示。 图上画出了几个力的方向,你认为鸡蛋所受浮力的方向应是() A.F1B.F2C.F3D.F4 3.如图所示,是一位先生巧用物理知识将帽子送给楼上女士的情景。 此过程中应用的关键知识是() A.气球受到重力B.帽子质量大于气球质量 C.帽子密度大于气球密度D.空气对物体有浮力作用 4.李明和王聪做了如下实验: 他们分别把一木块和一铁块同时浸没在水中,松手后发现木块上浮、铁块下沉。 对上述现象他们展开讨论。 你认为他们的说法中正确的是() A.木块受到的浮力比铁块受到的浮力大 B.铁块受到的浮力比木块受到的浮力大 C.木块受到的浮力大于木块的重力,铁块受到的浮力小于铁块的重力 D.密度大的物体下沉,密度小的物体上浮 5.将重为20N的金属块挂在弹簧测力计下,金属块体积的1/4浸入水中并静止时,弹簧测力计的示数为18N,当金属块全部浸入水中并与杯底接触时,弹簧测力计的示数可能变为() A.18NB.16NC.14ND.10N 6.将一根木桩由水面向下,直至打入河底固定。 在木桩进入河水中时,浮力将;当木桩全部在水中,下端未接触到河底时,浮力将;当木桩下部打入河底时,浮力将。 (选填“变大”、“变小”“不变”或“没有”) 7.小华同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯(分别装有一定量的水和煤油),对浸在液体中的物体所受的浮力进行探究。 探究过程如图所示。 (1)由上图的实验过程可知,金属块在煤油中受到的浮力是N。 (2)通过分析图中两项,说明浮力大小跟液体的密度有关。 8.小华在游泳池游泳,当他从浅水区走向深水区,若水底布满小石头,则下述体验与分析合理的是() A.脚底疼痛感觉减弱,因为人越来越轻 B.脚底疼痛感觉减弱,因为水对人的浮力越来越大 C.脚底疼痛感觉加重,因为人越来越重 D.脚底疼痛感觉加重,因为水对人的浮力越来越小 9.有一不吸水的木球,其质量为10g,体积为20cm3,先把它轻轻放入盛满水的溢水杯中。 当木球静止时,溢出水的质量为10g;把它取出擦干,再轻轻放入盛满煤油的溢水杯中,当木球静止时,溢出煤油的质量是(煤油的密度是0.8g/cm3)() A.5gB.8gC.10gD.16g 10.小明用相同的砝码做“力的测量”实验,弹簧伸长量和砝码个数的关系如图甲。 若将悬挂的砝码浸在如图乙的水中,再重复上述实验,所得关系图可能是下列哪个图() 1l.将一半径为尺的实心金属球,用细线拉着,匀速缓慢地放入水深为2尺的盛水容器中,直至容器底部,水未溢出。 下图能反映金属球从水面刚接触处开始至容器底部过程中,所受浮力的大小F与金属球浸入水中深度h的关系的是() 12.如图,某物块用细线系在弹簧测力计下,在空气中称时示数是15N,浸没在水中称时示数是5N,则此物块受到的浮力是N,物块的密度是kg/m3(水的密度是1×103kg/m3)。 13.如图所示,某实验小组用水、刻度尺、弹簧测力计和圆柱体探究浮力与深度的关系。 他们分别记录了不同情况下弹簧测力计拉力的大小(知表所示),表中H表示圆柱体下表面浸入水中的深度。 (1)当H=0.5cm时,圆柱体受到的浮力是N; (2)圆柱体完全没入水中前,弹簧测力计的拉力F与圆柱体下表面浸入水中深度H的关系: F=. 14.(常州)2012年3月25日,卡梅隆乘坐“深海挑战者”号深潜器潜入马里亚纳海沟11000m深处。 下潜过程中,卡梅隆发现深潜器发生越来越明显的收缩,则深潜器受到的海水压强和浮力的变化情况是(设海水密度不变)() A.压强越来越大,浮力越来越小B.压强越来越大,浮力越来越大 C.压强越来越小,浮力越来越小D.压强越来越小,浮力越来越大 【巩固提高—登峰揽月】 【能力点1】浮力的计算方法 【典例1】用密度为0.45×103千克/米3,体积为0.75米3的圆木7根,扎成一个木筏,问这只木筏最多能载几个质量是50千克的人过河。 (g取10牛/千克) 【能力点2】漂浮问题“五规律”总结 【典例2】(2012威海)在一根表面涂蜡的细木棍的一端绕着适量的铁丝,把它放到甲乙丙三种密度不同的液体中,木棍浸入液体里的情况如图所示,则木棍在三种液体里受到的浮力F的大小及三种液体密度ρ之间的关系,正确的是( ) A.F甲>F乙>F丙ρ甲>ρ乙>ρ丙 B.F甲<F乙<F丙ρ甲<ρ乙<ρ丙 C.F甲=F乙=F丙ρ甲>ρ乙>ρ丙 D.F甲=F乙=F丙ρ甲<ρ乙<ρ丙 【易误点1】不能正确判断物体所受浮力的大小 【例1】如图所示,四个体积相同而材料不同的球A、B、C、D,分别静止在不同深度的水里.以下说法正确的是( ) A.A球所受浮力最小B.B球所受浮力最小 C.C球所受浮力最小D.D球所受浮力最小 【易误点2】不能正确运用物体浮沉条件解释浮沉现象 【例2】如图所示,一只未点燃的蜡烛的下端插入一根小铁钉,使蜡烛能直立漂浮在水面上,露出长度为L,当把蜡烛水面以上部分截掉后剩余部分 A.还会重新露出水面B.不会重新露出水面 C.以上两种可能都有D.无法判断是否会重新露出水面 1.下列各种说法中,正确的是() A.风筝是靠空气的浮力上升的 B.水下的潜水艇,下潜越深受到的浮力越大 C.气象探测气球里所充气体的密度小于空气密度 D.同一支密度计漂浮在不同液体中,受到的浮力大小不同 2.我国的航母正按计划进行各项科研试验和训练。 如图所示是中国航母“瓦良格”号训练时的图片。 当飞机飞回航母后() A.航母将浮起一些,所受浮力减小 B.航母将下沉一些,所受浮力增大 C.航母将下沉一些,所受浮力减小 D.航母始终漂浮,所受浮力不变 3.如图所示,把一个苹果放入浓盐水中,苹果处于漂浮状态,如果把苹果水面以上的部分切去,余下部分苹果放回原浓盐水中,它将() A.仍然漂浮B.刚好悬浮C.沉入水底D.无法判断 4.一个鸡蛋漂浮在装盐水的烧杯中,在慢慢往烧杯里注入清水的过程中() A.鸡蛋在露出部分越来越少的过程中受到的浮力变小 B.鸡蛋在露出部分越来越少的过程中受到的浮力越大 C.鸡蛋从悬浮到沉入烧杯底的过程中受到的浮力变小 D.鸡蛋从悬浮到沉入烧杯底的过程中受到的浮力不变 5.一弹簧测力计下挂一圆柱体,将圆柱体从盛有水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中,如图已经给出整个过程中弹簧测力计示数F与圆柱体下降高度h变化关系的实验图像,已知水的密度是1×103kg/m3,则下列说法中错误的是() A.圆柱体在刚浸没时下表面受到液体压强为700Pa B.圆柱体的重力为12N C.圆柱体所受的最大浮力为8N D.圆柱体的密度为1.5×103kg/m3 6.将一块石蜡,分别放入足量的水和酒精中,’当石蜡静止时,它排开水的体积与排开酒精的体积之比为,质量之比为。 (ρ石蜡=0.9×103kg/m3,ρ酒=0.8×103kg/m3) 7.鱼缸中装满水,在水中轻轻放入一只小船,小船漂浮在水面上,从鱼缸中溢出5×10-4kg/m3的水,则小船受到的浮力是N,小船所受的重力与浮力的关系是。 (g=10N/kg) 8.2011年7月26日,我国自主研制的第一台深海载人潜水器“蛟龙号”成功突破5000米水深大关,这标志着我国的深海载潜技术已达到世界领先水平。 (1)“蛟龙号”在下潜过程中,所受压强将(选填“增大”、“减小”或“不变”); (2)“蛟龙号”潜水器在下潜过程中,排开水的体积约为23米3,则潜水器受到的浮力约为牛。 (海水的密度取ρ=1.0×103千克/米3,g=10N/kg) 9.小明在课外活动中用三块大小相同的橡皮泥做成小船,把它们放在盛有水的水槽中,然后往小船内放入不同重量的物体,它们均能漂浮在水面上,如图所示。 针对此现象,下列说法正确的是() A.三只小船受到的浮力相等B.三只小船底面受到的压力相等 C.小船所装物体越重,受到的浮力越大D.小船所装物体越轻,受到的浮力越大 10.某同学制作了如图所示的潜水艇模型,下列说法错误的是() A.潜艇模型是通过改变潜艇的重力实现沉浮的 B.向内推注射器活塞,水会被压入试管中,可实现潜艇下沉 C.向外拉注射器活塞,试管内水量适当时,可实现潜艇悬浮 D.潜艇模型的试管上绕些铁丝,可保持试管稳定 11.下列四个情景中,受到的浮力增大的物体是() A.从深水处走向海岸沙滩的游泳者B.从长江驶入大海的轮船 C.海面下正在下沉的潜水艇D.在码头装载货物的轮船 12.池塘里漂浮着大量的冰块,如果没有其他因素影响。 当冰块熔化后,池塘内水位将() A.升高B.不变C.降低D.无法判断 13.小铃非常喜欢玩橡皮泥。 一天她将一块重为0.5N的长方体橡皮泥侧放于水平桌面上,测出它与桌面的接触面积是1×10-3m2。 (1)此时橡皮泥对桌面的压强是帕。 (2)如果小铃将这块橡皮泥分成相同的两块,并做成实心球形和碗形,分别放入相同的甲、乙两杯水中,则静止时①杯中橡皮泥所受的浮力(选填“大于”“小于”或“等于”)②杯中橡皮泥所受的浮力。 (3)小铃又将适量的橡皮泥捏勃在铅笔的一端(能使铅笔竖直浮在液体中),这就制成了一个很有用的土仪器。 将它分别放到盛不同液体的杯中,静止时的情景如图所示。 对于这个土仪器所运用的知识或用途,下列说法中不正确的是() A.运用了二力平衡的知识B.运用了物体的漂浮条件 C.用它可以比较不同液体密度的大小D.土仪器在图甲中受到的浮力大于图乙 14.(宁波)为了给立方体工件表面均匀地涂上某种油,需要用竖直向下的力F把漂浮在油面上的工件缓缓地压入油内,如图甲所示。 工件的下底面与油面的距离为h,力F与h的大小关系如图乙所示。 小科觉得图中CB的延长线BA段是没有意义的,老师告诉他,力F为负值时,表明它的方向与原来的方向相反了。 (1)分析BC段: 随着h的增大,工件所受的浮力大小将,油对工件下底面的压强大小将;(选填“变大”“变小”或“不变”) (2)若A点的坐标为(-a,0),则a=。 从图像分析,a表示了工件一个物理量的值,这个量就是工件的; (3)求C点所对应状态下,工件所受的浮力及油对工件下底面的压强。 (不考虑大气压强) 1.一只新鲜鸡蛋,沉没在盛有水的烧杯里,要使鸡蛋离开杯底,可采用的方法有() A.加热B.加盐C.加酒精D.加水 2.金鱼缸中小金鱼口中吐出的小气泡,在升至水面的过程中发生如图所示的变化,下列说法正确的是() A.小气泡受到的重力越来越小B.小气泡受到水的压强越来越小 C.小气泡受到的浮力越来越小D.小气泡上升的速度越来越慢 3.在帮妈妈做家务的时候,小明发现两根相同体积的筷子,甲浮在水面上,乙沉在水底,如图。 由此可知甲比乙() A.所受浮力小B.质量大C.所受压强大D.密度大 4.某种材料制成的空心球漂浮在甲液体的液面上,沉在足够深的乙液体底部。 通过这个信息可知() A.该材料的密度一定小于甲液体的密度 B.该材料的密度一定大于乙液体的密度 C.该材料的密度一定等于甲液体的密度 D.该材料的密度一定等于乙液体的密度 5.在两个相同的薄壁塑料瓶(质量忽略不计)内分别装入体积相等、密度为 和 的两种液体后密封,再把它们放入两个装有水的容器中,处于如图所示状态。 下列判断正确的是() A. > B. = C. < D.无法判断 6.铝是一种密度较小的金属。 近年来科学家研制出更轻的铝―泡沫铝,某种泡沫铝的质量是5.4克,体积是30cm3,它的密度是g/cm3。 把一块泡沫铝浸没在水中,放手后,它会(填“上浮”或“下沉”)。 7.小明同学把一个体积为125cm3苹果放入水中,苹果在水里处于悬浮状态,则苹果所 受的浮力为N,小明从水中取出苹果,分成一个大块和一个小块,如图所示,再将小块放入水中,发现小块沉入水底,据这些现象可以推断: 若将大块浸没入水中,松手后大块将会。 (g=10N/kg,水的密度是1×103kg/m3) 8.一个质量为140g、体积为1.8×10-4时的物体,用手将其浸没在水中时,物体受到的浮力为N,松手后物体将(选填“上浮”,“下沉”,“悬浮”)。 9.中国改装的“瓦良格”号航空母舰出海试航,当航母在平静的水面航行时,它所受的浮力(选填“大于”“等于”或“小于”)它的总重力。 当航空母舰上舰载飞机起飞后,它排开水的体积(选填“增大”“减小”或“不变”)。 10.关于物体在液体中受到的浮力,下列说法正确的是() A.漂浮的物体比沉底的物体受到的浮力大 B.物体的密度越大,受到的浮力越小 C.物体”排开水的体积越大,受到的浮力越大 D.浸没在水中的物体受到的浮力与深度有关
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