第2课时 阿基米德原理的应用教案

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3.科学探究：浮力的大小第2课时 阿基米德原理的应用【教学目标】 一、知识与技能1.会选择合理的公式计算浮力.2.知道轮船的原理，以及轮船的排水量.3.知道利用阿基米德原理测密度的方法.二、过程与方法经历浮力计算的学习，培养学生的分析概括能力、应用知识解决问题的能力.三、情感态度与价值观初步建立应用科学知识的意识.【教学重点】 浮力计算【教学难点】 利用阿基米德原理测密度【教具准备】 多媒体课件、两个外形相同的铁罐子、沙、水等【教学课时】 1课时【巩固复习】教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.【新课引入】师 同学们想想有哪些方法可以计算物体受到的浮力.生1：称重法：F浮＝Ｇ-F示.生2：二力平衡法：F浮＝Ｇ（漂浮或悬浮时）.生3：阿基米德原理：F浮＝Ｇ排＝ρ液ｇＶ排.教师鼓励学生的回答，并用多媒体播放课件“浮力的计算”，并讲解.【进行新课】教学探究点1 浮力的计算多媒体课件展示：（1）公式法（阿基米德原理）：F浮＝Ｇ排＝ρ液ｇＶ排.ａ.物体浸没在液体中时，Ｖ排＝Ｖ物；物体的一部分浸在液体中时，Ｖ排＜Ｖ物.ｂ.对于同一物体，物体浸入液体中的体积越大，物体所受的浮力就越大.当物体全部浸入液体中时，物体排开的液体的体积不再变化，它所受的浮力大小也不再变化.ｃ.阿基米德原理也适用于气体.由于大气的密度是变化的，所以大气中的物体所受的浮力也是变化的.（2）压力差法：F浮＝F向上-F向下.浸入液体中的物体受到的浮力等于物体上下表面受到液体的压力之差.（3）称重法：F浮＝Ｇ-F示（或F浮＝Ｇ-Ｇ′）.空气中测得物体所受重力为Ｇ，物体浸在某种液体中时，弹簧测力计示数为F示，则F浮＝Ｇ-F示（注：当物体处于漂浮状态时，弹簧测力计示数为0，则F浮＝Ｇ）.（4）二力平衡法：F浮＝Ｇ（漂浮或悬浮时）.例题1（福建龙岩中考）如图所示，Q为铜制零件，其上部为边长L=0.2m的立方体，下部为边长l=0.1m的立方体.Q的下表面与容器底部粘合，且水面恰好与Q上表面相平，则零件所受的浮力为（g取10N/kg）（）A.0N B.20N C.60N D.80N解析：∵下部立方体由于与与容器底部粘合，∴水没有产生向上的压力；∵上部立方体的下表面积的一部分（与水接触）受到向上的压力，∴S=L2-l2=（0.2m）2-（0.1m）2=0.03m2，上部立方体的下表面的压强为p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000pa，∵浮力的产生是上下表面的压强差，∴F浮=pS=2000Pa×0.03m2=60N.答案：C例题2某同学将一漂浮在水面不开口的饮料罐缓慢按入水中，当饮料罐全部浸入在水中后，继续向下压一段距离，共用时t0.此过程中，饮料罐所受的浮力随时间变化的图象可能是下图中的（）解析：当饮料瓶漂浮时，浮力等于重力，不为0；当饮料瓶全部浸入水中后，排开水的体积不再变化，根据阿基米德原理可知所受浮力大小的变化.根据公式F浮=ρgV排可知，排开水的体积一定时，受到的浮力将不再变化；在A中，表示一开始就受到浮力作用，然后浮力逐渐增加，最后保持不变，符合题意；在B中，表示物体最开始浮力为0，逐渐浸没，所受浮力逐渐变大，最后不变，不合题意；在C中，表示物体完全浸没后，不管怎样移动，排开水的体积不再变化，受到的浮力保持不变，不合题意；在D中，表示物体受到的浮力逐渐增加，不合题意.答案：A教学探究点2 轮船教师演示实验：两个外形相同的铁罐子，一个空心，一个装满沙，同时按入水中，松手后实心的下沉，空心的上浮最终漂浮.教师提问：（用多媒体展示）思考题：（1）铁的密度大于水的密度，空心的铁罐子为什么能漂浮呢？（2）要想让实心的铁罐子也漂浮，可以怎么办呢？（3）大家是如何调节铁罐子的浮沉的呢？学生回答：（1）可能是F浮＞Ｇ物，因为它是空心的，所以能上浮，最终能漂浮.（2）把沙取出来，变成空心的.（3）F浮不变，挖空使Ｇ物变小，当F浮＞Ｇ物，铁罐子自然就浮起来了.师 回答正确，很好！上述实验告诉我们采用“空心”的办法，不仅可以增大漂浮物体可利用的浮力，还可以使下沉的物体变得上浮或漂浮.这个方法早就得到了应用——轮船.教师用多媒体播放课件“轮船”，并讲解.轮船（多媒体课件）工作原理：空心法，即把密度比水大的钢材制成空心的，使它能排开更多的水，增大可利用的浮力，从而漂浮在水面上，这是浮沉条件的应用.同一艘轮船，不论在海里航行，还是在河里航行，F浮均等于Ｇ，所以F浮不变，由阿基米德原理F浮＝ρ液ｇＶ排知，由于海水和河水的密度不同，所以V排不同，ρ液大则V排小，ρ液小则V排大，因此轮船在海水里比在河水里浸入的体积小.轮船的大小通常用排水量表示，排水量即轮船满载货物时排开水的质量.如果将上述质量转换成重力也就是船满载后受到水的浮力（即船受到的最大浮力）.排水量＝船自身质量＋满载时货物的质量，即m排＝m船＋m货.总结：1.轮船采用把物体制成“空心”的方法来增大浮力，使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮.2.排水量：满载时，船排开的水的质量（m排＝m船＋m货）.教师提问：（用多媒体展示）思考题：（1）轮船从河水驶入海里，它的重力变不变？它受到的浮力变大、变小还是不变？（2）它排开的水的质量变不变？（3）它排开的水的体积变不变？（4）它是下沉一些，还是上浮一些？（提示：同一条船在河里和海里时，所受浮力相同，但它排开的河水和海水的体积不同.因此，它的吃水深度不同.）学生回答：（1）重力不变；浮力不变，因为始终漂浮；（2）质量不变，因为浮力不变；（3）体积变小，因为海水密度大于河水密度，即ρ海水＞ρ水，所以Ｖ排海水＜Ｖ排河水；（4）上浮一些，因为Ｖ排变小了.学生自学教材P64例题，并完成教材P65“自我评价”中第1题，老师针对性讲解.教学探究点3 利用阿基米德原理测密度1.测物体的密度师 请同学们思考，假如我们想测物体的密度，该如何呢？生：可以通过公式ρ＝m/Ｖ计算得出.师 规则的物体可以通过测量计算出体积，不规则的物体的体积又如何求出呢？生：可以通过排液法.师 同学们回答得很好，我们既然可用排液法求体积，是否也可以用阿基米德原理求出物体排开液体的体积呢？我们再看一个例题.例题3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，则此时物块受到水的浮力为___N，物块的密度为___kg/m3.（水的密度为1.0×103 kg/m3 ）解析：（1）利用称重法F浮=G-F示求物块在水中受到的浮力；（2）求出来了浮力，利用阿基米德原理F浮=ρ水V排g求物块排开水的体积（物块的体积）；上面测出了物块的重力，利用G=mg=ρVg求物块的密度.（1）F浮=G-F示=15N-5N=10N，（2）∵物块浸没水中，F浮=ρ水V排g，∴V=V排=G=mg=ρVg，∴答案：10；1.5×103.2.测液体密度师 我们运用阿基米德原理公式F浮＝ρ液ｇＶ排可以求浮力，反过来我们知道物体受到的浮力和物体排开液体的体积，是否可以求出液体的密度呢？请看下面例题.例题4小磊在实验操作训练的时候，突然想到一种能很快测出小石块和盐水密度的方法，如图所示，下面各选项错误的是（）A.小石块重4N B.小石块浸没在水中时所受浮力为1N C.小石块的密度为3×103kg/m3 D.盐水的密度为1.1×103kg/m3 解析：（1）甲图弹簧测力计的示数就是在空气中称石块重，即G=4N，故A选项正确；（2）由甲乙两图得，石块在水中所受到的浮力：F浮=G-F′=4N-3N=1N；故B选项正确；（3）∵F浮=ρ水V排g，∴石块的体积：V=V排=F浮ρ水g= =1×10-4m3，根据G=mg=ρVg得：石块的密度.故C选项错误；（4）由甲丙两图，石块受到盐水的浮力：F浮′=4N-2.9N=1.1N，∵F浮′=ρ盐水V排g，∴ρ盐水= =1.1×103kg/m3；故D选项正确.答案：C【教师结束语】通过这节课的学习，知道了计算浮力大小的常用方法：阿基米德公式法、称重法、二力平衡法、压强差法；认识了轮船利用空心技术排开更多的水，增大可利用的浮力；我们知道了利用阿基米德原理测密度的方法.好，谢谢大家！【课后作业】完成练习册中本课时对应练习教材习题解答家庭实验室把这袋水完全进入水中时受到的浮力减小；袋中水受到的浮力等于水受到的重力；如果把袋中水换成固体，那么固体受到的浮力等于固体排开水所受到的重力.自我评价1.解：由阿基米德原理可得：F浮=G排=mg=4.8×106kg×9.8 N/kg≈4.7×107 N.当舰船从海洋驶入长江时，仍旧漂浮，浮力不变，但由于水的密度减小，由得，V排增大，即吃水深度变深.2.解：气球所受的浮力：F浮=ρ气gV排=1.29 kg/m3×9.8 N/kg×620 m3≈7838 N.由于越到高空，空气密度越小，而V排几乎不变，由公式F=ρgV排知，所受浮力将会减小.1.引导学生寻求测量物体所受浮力的各种方法，培养了学生分析、概括归纳的能力，充分发挥学生的创造性思维.2.在探究利用浮力求出物体（或液体）的密度中，教师通过一问一答的形式，引导学生进行思考，强化了学生分析问题的能力，调动了学生学习的积极性和主动性.