浮力的应用

第六节浮力的应用 设计
一、设计思路
本节内容是在对浮力已有一定认识的基础上进一步了解浮力在实际生活中的应用。同学们已了解浸在液体中的物体都受浮力，但为什么有的物体在液体中下沉，有的物体能浮在液面上呢？由此引入对物体沉浮条的分析。通过引导学生对放在液体中的物体进行受力分析，抓住比较重力和浮力的大小关系，通过二力合成的知识，讨论得出物体在什么条下下沉、上浮、悬浮或漂浮。在理解物体的沉浮条的基础上，分析实际生活中的应用并推广在气体中的应用。
本节内容较多地用到了受力分析和力的平衡的知识，教师在教学中要注意引导学生提出问题、分析问题，通过分析、推理去解决问题。
二、教学目标
知识目标
1.理解物体的沉浮条。
2.知道浮力的应用。
3.了解浮力的产生条。
能力目标
1.通过分析物体的沉浮条，具有一定的分析和推理能力。
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，具有初步的收集信息的能力和初步的分析概括能力。
德育目标
初步建立应用科学知识的意识，有将科学服务于人类、振兴中华的使命感和责任感。
三、教学重点
物体的沉浮条及浮力的利用。
四、教学难点
物体的沉浮条。
五、教学方法
分析讨论法：通过对以前知识的再应用，分析浮力产生的原因，利用重力和浮力的关系讨论物体的沉浮条及沉浮条在实际中的应用。
六、教具准备
木块、烧杯、水、蜡烛、投影仪。
七、时安排
1时
八、教学过程
（一）引入新
[师]船可以浮在水面上，潜水艇能潜入水下，节日放飞的气球可以升到空中，鱼儿能够轻盈地在水中上下自由地移动，这些都是和浮力有关系的，到底有什么样的关系呢？
（二）新教学
1.物体的沉浮
[想想议议]
[师]我们已经知道浸入液体的物体都要受到浮力的作用，但是为什么有的物体要上浮，有的物体却要下沉呢？请同学们讨论。
[生]力是物体运动状态发生变化的原因。浸入液体中的物体同时受到重力和浮力的作用。因此，物体如何运动是由重力和浮力的合力决定的。
[生]如果浮力小于重力，物体就会下沉；如果浮力等于重力，物体就会静止在液体中；如果浮力大于重力，物体就会上浮，最后浮力等于重力时，物体漂在液面。
[投影]
G>F 合力竖直向下，物体下沉。
G=F 合力为零，物体处于平衡状态，可以留在液体内任一位置，悬浮在液体中。
G<F 合力竖直向上，物体上浮。（浮出液面后，浮力减小，直到G=F，合力为零，物体处于平衡状态，停留在液面上即漂浮）
[生]漂浮和悬浮时，都是浮力等于重力。两种情况有什么不同吗？
[生]漂浮和悬浮时物体所受合力为零，都处于平衡状态。悬浮是物体全部浸入液体，是物体在液体内部的平衡状态；漂浮是物体浮在液面上，部分浸入液体，是物体在液面的平衡状态。
[师]同学们分析得非常好。在后大家还可以继续探讨物体在液体中下沉、悬浮、上浮及漂浮时，物体的密度与液体的密度的关系。阿基米德原理不仅适用于液体，而且还适用于气体。人们正是利用了物体的沉浮条才有了现在用钢铁做成的轮船和潜水艇，才有了热气球和飞艇。请同学们关注教材P84的四幅图，了解浮力的应用。讨论一下它们是如何调节重力和浮力实现浮沉的，潜水艇及飞艇的工作原理是什么？
（学生活动，教师巡视并参与讨论）
[投影]浮力的应用
⑴轮船在水上航行成漂浮状态。航行时船体排开的水的重力（即水面以下部分船体积德水）等于轮船所受浮力的大小，常用“排水量”表示载货时轮船的总重力。如：最大排水量为1万吨的轮船，并不代表能装1万吨的货物而是船体和货物总计1万吨。对于一条船讲，自重是定值，因此设计时的排水量扣除自重，就是最大载货量。
⑵潜艇为了能升、降自如，必须使浮力大小不等于重力。潜艇在水下时，由于艇壳不能任意变大或变小，因此浮力是不变的。要想控制上浮、下沉就只有控制自重。潜艇两侧都有水箱，与高压舱相连，高压气作用时就能将水从水舱内排出，减轻潜艇重力至小于浮力时潜艇就上浮；若浮力大小等于重力时潜艇可在水面上保持静止，即悬浮；关闭高压气舱使进水口打开，在水压作用下水舱进水，自重增大到大于浮力时，潜艇开始下沉。
⑶气球和飞艇是漂浮在空中的，内部所充气体密度必须小于空气密度，一般充有氢气和氦气。充气时体积增大，排开空气，重力增大浮力也增大。当浮力增大到大于重力时，气球或飞艇就上升；反之，排出一部分氢气或氦气是，气球或飞艇就下降，因此，它们是通过改变浮力实现上升、下降的。要指出的是，有一种热气球只要停止加热，气球体积就会缩小而减小浮力，将回地面。
⑷核潜艇
核潜艇是以核能为动力的潜水艇。世界上第一艘潜艇是美国的“?鱼”号和几艘常规潜艇一起参加反潜舰队演习，反潜舰队友航空母舰和驱逐舰组成。在演习中，常规潜艇常常被发现，而核潜艇则很难被发现，即使被发现，核潜艇的高速度也可以使之摆脱追击。由于核潜艇的续航力大，用不着浮出水面，因而能避免空中袭击。
[师]同学们还了解生活中有哪些现象可以用浮力的知识解释吗？
[生]过年时常吃的饺子和正月十五吃的汤圆，在生的下锅后都是沉在锅底的，然而煮熟以后就会一个个浮到水面上。这就和浮力有关系。
[生]小时候玩的吹泡泡也和浮力有关系。从习惯吹出去的一串串泡总是先上升然后下降。
[师]同学们互相讨论一下能解释得具体些吗？
[生]生饺子比较密实，密度比水大，放入水中时重力大于浮力，饺子就会沉在锅底。饺子入锅后随着水温的升高，饺子馅和皮吸饱了热水以后会逐渐膨胀起，浮力大于重力，饺子就会浮起。所以看上去熟饺子比生饺子要大。
[生]吹泡泡时，在开始的时间里，肥皂泡是从嘴里吹出的热空气，肥皂膜把它与外界隔开，形成里外两个区域，里面的热空气温度大于外部空气的温度，此时把肥皂泡内的空气密度小于外部的空气密度。根据阿基米德原理，浮力大于重力，因此上升。在上升的过程中，内外气体发生热交换，因热膨胀冷缩，肥皂泡体积减小，浮力变小而重力不变，重力大于浮力，肥皂泡就会下降。
2.浮力产生的原因
[师]通过同学们的努力我们知道了什么是浮力，了解了浮力的应用，但是浮力是怎么产生的呢？
[生]我认为是物体放进液体中时，物体对液体有压力，力的作用是相互的，液体对物体也会产生压力，这就是浮力。
[生]我认为是液体有压强，液体压强作用在浸入液体中的物体的表面就有压力，这就是液体对物体的作用力即浮力。
[演示]
将正方体木块浸没在水中，放手后木块竖直上浮。
[师]木块在水中时个个面各个方向都有水的压强，受水的压力，为什么木块不向前后或左右运动而要向上运动呢？大家讨论。
[生]液体压强的特点是在液体中同一深度液体向各个方向压强相等。因木块左右、前后对应部位在同一深度，受到的压力大小相等、方向相反、互相平衡，所以木块不会向前后或左右运动。
[生]浸没水中的木块上下表面所在的深度不同，水对上下表面的压强不同，液体的压强随着液体深度的增加而增大，因此木块上下表面的压力差就是水对木块上下表面受到的水的向上的浮力。
[生]浮力是由周围液体对物体向上和向下的压力差产生的，浮力的方向总是竖直向上。
[投影]浮力消失了吗？
1874年8月的一天，在大西洋亚速尔群岛的西南方，有一艘深海考察潜艇，为研究海底矿产资的分布，正在向深处下潜，舱内的考察人员被海底迷人的景色陶醉了，致使下潜速度过大，船体猛然撞到海底，陷入海底的沉积物中了。船员把潜艇水舱中的水全部排出，企图上浮。奇怪的是，潜艇丝毫不动，像被海底“吸”住一样。这是为什么？难道浮力真的消失了吗？怎么办？你能替他们想出摆脱困境的办法吗？
[师]为了回答这个问题，我们做下面的小实验，你一定会从中受到启发。
[演示]如图所示，找一个底面很平的容器，让一个蜡烛头紧贴在容器底部，再往容器里倒水，蜡烛头并不会浮起；轻轻地把蜡烛头拨倒，它立刻就会浮起。

[师]这样的现象该如何解释呢？为什么将蜡烛紧贴在容器底部时，蜡烛不会上浮，这时它受浮力作用吗？
[生]蜡烛紧贴容器底部时，蜡烛的下底面没有谁，因此不会受水向上的作用力但上面受水向下的作用力，所以蜡烛和容器底部密合时只有水对它向下的压力，没有浮力，因此不会上浮。
可见，当物体与容器底部紧密接触时，两个接触面间就没有液体渗入，物体的下表面不再受液体对它向上的压强，液体对它就失去了向上托的力，浮力当然随之消失了。
现在，你能提出为潜艇摆脱困境的措施了吗？
[投影]
练习1.如图⑴，将完全相同的两物体A、B浸没在水中，情况如图，则他们上下表面受到水的压力差FA和FB相比，FA______FB。

练习2.如图⑵，长为l的木条直立在水面上，地面积为S，木条密度为 ，则木条下表面受到的水的压强是多少？
当学生充分讨论后，教师引导学生分析：从图⑴中可知A、B两物同处于悬浮状态，所以 ，因两物体完全相同，GA=GB，因此FA=FB。练习2中因上表面在水面上，因此上表面不受水的压力，水对木条下表面的压力即水对木条的浮力。又因为木条漂浮， 所以，木条下表面受到的水的压强是 。
九、小结
本节主要学习的内容：
1.物体的沉浮条。
2.浮力的应用。
十、板书设计



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