《浮力的应用》课题教学案

这是《浮力的应用》课题教学案，是优秀的物理教案文章，供老师家长们参考学习。

　　一、教学目标

　　1.知识与技能

　　·知道物体的浮沉条件;

　　·知道轮船、潜水艇、气球和飞艇的工作原理。

　　2.过程与方法：

　　·通过观察，对比认识轮船、潜水艇、气球和飞艇实现浮沉的方法的不同。

　　·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和我国古代在浮力的应用和研究方面的成就。

　　3.情感态度与价值观

　　·初步认识科学技术对社会发展的影响，建立应用科学知识的意识。

　　·初步领略浮力在实际中的应用，获得对科学的热爱、亲近感。 教学重点： ·知道物体的浮沉条件;

　　·知道轮船、潜水艇、气球、飞艇的工作原理。 教学难点： ·理解改变物体所受的重力与浮力的关系，能增大可利用的浮力。

　　四、教学准备：玻璃水槽、水、体积相同的木块和铁块、卷成一团的金属箔、潜水艇模型、热气球模型、多媒体课件。

　　五、学具准备：橡皮泥、吊针管自制潜水艇模型、筷子和细铁丝、收集的关于浮力应用的资料。

　　六、预习任务：

　　1.预习P97-100《浮力的应用》思考下列问题：

　　(1)浸没在液体里的物体受到几个力的作用?根据同一直线上二力合成的知识判断合力会有几种情况，它们对应的情况下物体运动状态如何?

　　(2)通过上面的分析你能试着解释下面的问题吗?

　　为什么浸没在液体中的物体有的上浮，有的悬浮，有的却要下沉吗? 阅读课本了解轮船、潜水艇、气球、飞艇的工作原理。 2.了解调查浮力在日常生产生活中有哪些应用?你知道那些浮力应用的故事?

　　3.应用吊针管自制潜水艇模型。

　　4. (有条件的同学)上网查询我国古代在浮力的应用和研究方面的成就，同学们之间相互展示交流。 教学过程： 预习检查： 1.画出图中物体所处几种状况下受力的情况，并解释原因。

　　2.举例说明浮力在日常生产生活中有哪些应用?

　　3.你能试着简单解释轮船、潜水艇、气球、飞艇的工作原理吗?

　　【根据学生的预习反馈情况，给予适当的评价和鼓励，及时调整重难点的突破方法】

　　(二)导入新课：(创设情景，激发兴趣)

　　我国古代在浮力的应用和研究方面的有哪些成就?(同学之间踊跃交流展示交流调查成果)

　　【展示图片】(曹冲称象、怀丙和尚捞铁牛、郑和下西洋)

　　你能讲一下这些历史故事吗?

　　曹冲称象采用了什么物理研究方法?(等效替代法，化整为零法)

　　郑和下西洋展现了我国领先世界的先进的航海技术和发达的造船技术以及在浮力应用方面取得了巨大的成就，展示了明朝前期中国国力的强盛，中国的海军纵横西洋，万国朝贡，盛世追迹汉唐。作为中华儿女我们感到无比自豪，今天我们更应学好科学文化知识为中华民族的崛起而奋斗! 自主学习，合作共建： 【任务一】物体的浮沉条件

　　[演示实验]：出示铁块和木块让学生观察发现它们体积相等，将体积相同的铁块和木块同时浸没在水中后松手，并注意观察松手后的现象。

　　[现象]：铁块沉入杯底而木块上浮最终浮在水面。

　　[提问]：1.浸没在水中的铁块、木块(松手后)各受到什么力?

　　(浮力、重力)

　　2.铁块和木块受到的浮力相等吗?

　　(相等。因为V排相等，根据阿基米德原理可知浮力相等。)

　　3.既然铁块和木块受到的F浮相同，为什么松手后铁块沉底而木块上浮?那么液体中，物体的浮沉取决于什么呢?

　　[讨论分析]：学生以小组为单位讨论物体的浮沉条件，并推选代表总结发言。

　　分析木块：松手后，浸没在水中的木块所受到的F浮>G木，所以木块上浮。当木块逐渐露出水面，V排减小，浮力减小，当F浮= G物时，木块最终漂浮在水面。即：F浮>G物上浮，最终漂浮。

　　分析铁块：松手后，浸没在水中的铁块所受到的F浮

　　若一个物体浸没在水中，松手后F浮=G物，受力平衡，物体的运动状态不变，我们说物体悬浮在液体中。即：F浮=G物，最终悬浮。

　　【总结】通过上述分析，我们知道浸在液体中物体的浮沉取决于物体所受F浮与G物的关系。

　　F浮>G物 上浮 F浮=G物 悬浮 F浮

　　【任务二】轮船、潜水艇、气球、飞艇的工作原理

　　1.看图并讨讨论：

　　(1)木材能漂浮在水面，其原因是什么?

　　(2)把一根木头挖成空心，做成独木舟后，其重力怎么变化?它可载货物的多少怎么变化?重力变小，可以装载的货物变多。

　　[引导]：从浮力的角度看，把物体做成空心的办法，增大了可利用的浮力，而且这种古老的“空心”办法，可以增大漂浮物体可利用的浮力。

　　[提出问题]：密度比水大的下沉的物体有没有办法让它上浮或漂浮呢?

　　2.实验：

　　【演示实验】金属箔为什么能漂浮在水上?

　　【学生实验】把橡皮泥团直接放入水里观察现象。

　　提出问题：你能让橡皮泥浮在水面上吗?

　　学生讨论实验方案并试验探究。

　　(把橡皮泥做成碗状放在水里可以漂浮)

　　[质疑]：金属箔和橡皮泥的密度大于水的密度，它们为什么能漂浮呢?

　　(因为把它们做成空心的，F浮>G物，所以能上浮，最终能漂浮。)

　　[总结]：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。

　　3.应用

　　● 轮船

　　(1)原理：采用把物体做成“空心”的办法来增大浮力，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。

　　即：排水量=m船+m货

　　[提出问题]：轮船从河水驶入海里，是浮起一些还是沉下一些?

　　[引导]：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?(不变，始终漂浮)

　　2.它排开的液体的质量变不变?(不变)

　　3.它排开的液体的体积变不变?

　　(变，ρ海水>ρ水，所以V排海水

　　4.它是沉下一些，还是浮起一些?(V排变小了，所以上浮一些)

　　[强调]：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。(观察图中轮船的吃水线)

　　● 潜水艇

　　潜水艇能潜入水下航行，进行侦查和袭击，是一种很重要的军事舰艇。它是怎么工作的呢?

　　【学生实验】：

　　我们用打吊瓶用的小塑料管来模拟潜水艇。请同学们利用和塑料管连接的细管给塑料管吹气或吸气。

　　现象：吸气时，水逐渐进入管中，管子下沉;吹气时，管中的水被排出，管子上浮;

　　[引导分析]：

　　(1)小塑料管浸没在水中所受F浮是否变化?

　　(塑料管形变很小，V排基本不变，所以可以认为F浮不变)。

　　(2)那它是怎样上浮或下沉的呢?

　　(吹气时，水从管子中排出，重力变小，F浮>G物，所以上浮;吸气时，水进入管子，重力变大，F浮

　　[讲解]：

　　潜水艇两侧有水舱，当水舱中充水时，潜水艇加重，就逐渐潜入水中;当水舱充水使艇重等于同体积水重时，潜水艇就可悬浮在水中;当压缩空气使水舱中的水排出一部分时，潜水艇变轻，就可上浮了。

　　[总结]：潜水艇在浸没在水下不同深度所受浮力相同。原理：靠改变自身重力来实现在水中的浮沉。

　　● 气球和飞艇

　　气球和飞艇里充的是密度小于空气的气体，热气球里充的是被燃烧器加热、体积膨胀、密度变小了的热空气.F浮=ρ空气gV,G球=ρ气gV+G壳，当F浮≥G球时，气球或飞艇可升上天空.若要使充氦气或氢气的气球或飞艇降回地面，可以放出球内的一部分气体，使气球积缩小，浮力减小，使浮力小于G球.对于热气球，只要停止加热，热空气冷却，气球体积就会缩小，减小浮力，使浮力小于G球而降回地面. 气球和飞艇造价低廉,使用经济,飞行技术简单,除了供航空运动训练、比赛和科普活动外,还可用来空中游览观光、摄影、大气取样、大地测量、科学试验、提升重物、边防观察等,有着广泛的用途。

　　[展示]：“热气球”模型

　　[提问]：燃料燃烧后气球内空气密度怎样变化?原理：ρ气<ρ空气，使它受到的F浮>G物而升空。

　　[讨论]：要使充了氦气、升到空中的气球落回地面，你们能想出什么办法?要使热气球落回地面，有什么办法?(放气或停止加热)

　　● 其他应用

　　密度计、盐水选种等。 系统总结： 1.通过本节学习你有哪些收获?(知识、技能、情感价值观)

　　2.本节我们采用了哪些学习方法?

　　诊断评价： 1.一艘轮船从长江驶入东海，海水的密度比江水的大，那么轮船

　　A. 受到的浮力不变 B. 受到的浮力增大 C. 沉下一些 D.浮起一些

　　2、潜水艇是通过改变自身的重力实现浮沉的，而水中的鱼儿则是通过改变鱼鳔中的气体体积来帮助浮沉的。原来处于悬浮状态的鱼儿，如果将鱼鳔中的气体体积减小一些，将有助于鱼儿________。

　　3. 浸入液体中的物体同时受到重力和浮力的作用，当浮力大于重力时，物体______，当浮力小于重力时，物体 ______，当浮力等于重力时，物体_____.

　　4.密度计是测量_____的仪器，密度计的刻度越靠下密度值越_____，将密度计放入某液体中时，液面刚好与0.8的刻度线相平，该液体密度是_____ kg/ m3.

　　5.潜水艇的上浮和潜水是靠改变_______________________来实现的.

　　6.氢气球、热气球能上浮到空中，是因为氢气、热空气的_____比空气的小，因而气球受到的_____力大于 _____力，因而能够升空.

　　7轮船的排水量是指轮船所排开水的_____，一艘轮船空载时的排水量是2100 t，满载时的排水量是5000 t，轮船自身质量是_____，它最多装 _____ 货物.

　　8.下面关于轮船的说法正确的是

　　A.轮船在水中所受浮力大于重力

　　B.轮船在河水中所受浮力小于重力

　　C.轮船在海水中所受浮力大于重力

　　D.轮船在河水或海水中所受浮力都与重力大小相等 实践作业： 利用筷子和细铁丝自制密度计。 调查农民应用盐水选种的方法。 附：板书设计 (一)物体的浮沉条件：

　　F浮>G物 上浮 F浮=G物 悬浮 F浮

　　(二)应用

　　1.轮船：把物体作为“空心”的办法来增大浮力，使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮。

　　2.水艇：依靠改变自身重力来实现在水中的浮沉。

　　3.气球和飞艇：ρ气<ρ空气，使它受到的F浮>G物而升空。

　　课外阅读

　　古代浮力的应用

　　对浮力的认识和应用，是古代流体力学研究的重要内容。在这方面，中国古人积累了丰富的实践经验。

　　早在先秦时期，古人就对物体的浮沉特性有所认识，并在生产实践中有十分巧妙的应用。例如在《考工记·矢人》篇中，“矢人”在确定箭杆各部分的比例时，采用的方法是：

　　“水之，以辨其阴阳;夹其阴阳，以设其比;夹其比，以设其羽。”

　　就是说，把削好的箭杆投入水中，根据箭杆各部分在水中浮沉情况，判定出其相应的密度分布，根据这一分布来决定箭的各部分的比例，然后再按这个比例来装设箭尾的羽毛。这种根据箭杆各部分浮沉程度判定其相应质量分布的方法是合乎科学的，也是十分巧妙的。

　　《考工记·轮人》篇在规定车轮的制作规范时，也应用了水的浮力。为确保车轮“揉辐必齐，平沈必均”，“轮人”采用的办法是：“水之，以眡其平沈之均也。”意思是说，要测量木制轮子各处质量是否均匀，只要把它放在水中，测量其各处浮沉程度是否一致即可。如果浮沉程度一致(“平沈”)，轮子各处质量分布必然是均匀的(“必均”)。

　　先秦时期人们不仅能应用浮力定性判定物体质量分布，还能应用浮力定量测定物体的重量。晋代的《符子》一书记载了这样一个故事：

　　“朔人献燕昭王以大豕，曰‘养奚若’。……王乃命豕宰养之。十五年，大如沙坟，足如不胜其体。王异之，令衡官桥而量之，折十桥，豕不量。命水官浮舟而量之，其重千钧。”

　　“浮舟量之”，就是利用水的浮力来测定这头其重无比的大猪的重量。如果《符子》的记载真实的话，这是我国古人定量利用水的浮力的一个绝妙的例子。由此发展下去，就是脍炙人口的曹冲称象的传说了。

　　古人在从经验角度利用浮力的同时，也从理论上对物体浮沉条件加以探讨。例如先秦典籍《墨经》就曾讨论过这一问题：

　　《经下》：“荆之大，其沈浅也。说在具。”

　　《经说下》：“荆：沈，荆之贝也，则沈浅，非荆浅也。若易，五之一。”

　　这里的“荆”，同形，指形体。“沈”，即沉。“具”，为器具，可泛指中空而有容积的物体。“贝”，当为“具”之误。《经》的意思是说：物体的形体虽然很大，但因其是中空的，所以在水中下沉浅。《经说》则解释道：中空的物体在水中沉下的部分浅，这并非物体本身浅，而是沉下水的部分所受的浮力等于全部物体的重量，这就像在市场上交换东西，五件甲物可以换来一件乙物一样。从这些话语来看，墨家对物体在水中的沉浮条件，已经有所认识。当然，由于《墨经》用词的简略，对这一条也还存在不同的解释，但无论如何，我们说墨家已认识到物体所受浮力跟它沉入水下部分的体积有关，这总是可以成立的。

　　《淮南子·齐俗训》则以竹子为例，对此加以论述：

　　“夫竹之性浮，残以为牒，束而投之水则沈，失其体也。”

　　竹子是中空的，投于水中，自然浮起，故说“竹之性浮”。把完整的竹子破开，削成竹牒，束成一捆，投入水中，则下沉，原因在于“失其体也”。即是说，竹子重量可以做到不变，但做成竹牒以后，其体积比起原来大为减少，投入水中以后所受浮力也大为减少，于是就不能浮起。显然，《淮南子》已经意识到物体所受浮力与其排水体积之间有着密切联系。

　　应该指出的是，无论《墨经》还是《淮南子》，都没有从定量角度揭示物体所受浮力与其排水量之间的关系。在其他中国古籍中，也未见到别人对此有清晰的论述。不过，这并不影响古人去巧妙地利用浮力。《宋史·方技传》记载了当时一个和尚怀丙巧妙利用浮力的一个例子：

　　“河中府浮梁，用铁牛八维之，一牛且数万斤。后水暴涨绝梁，牵牛没于河。募能出之者，怀丙以二大舟实土，夹牛维之。用大木为权衡状钓牛。徐去其土，舟浮牛出。”

　　僧怀丙之所为，是利用浮力起重，可谓构思巧妙。古人利用浮力的例子还可以举出许多，诸如建造船只、船坞、浮囊、战争中发明“水雷”等，这里不再多说。

　　从物理学的角度来看，还需要一提的是古人利用浮力对液体比重的判定。古人在实践中发现，同一物体，浸在不同的液体中，它所受的浮力也不一样。唐代段成式作的《酉阳杂俎》，其《前集》卷十九提到：

　　“莲实，莲入水必沉，唯煎盐碱卤能浮之。”

　　造成这一现象的原因，显然是由于水和盐卤的浓度不同。受此事实的启发，古人发明了通过观察莲子的浮沉情况判定液体浓度的方法。李约瑟的《中国科学技术史》一书，在考证盐水浓度的测定法时，专门引用了11世纪姚宽所写的一段记事。姚宽在台州做官时，曾因调查盐商舞弊，每日用莲子试验盐卤。他选择较重的莲子供用，倘若十粒莲子，能由盐卤中浮出三四粒，就是浓盐卤。浮起的数目不足三粒，这盐卤就是稀薄不良的。若全体莲子都沉在卤底，则该盐卤稀薄至极，即使经过蒸发，也难以得到食盐。这种方法不但巧妙利用浮力，而且还包含了一定的数理统计思想。

　　元代陈椿在《熬波图咏》一书中记载了一种专门用于测盐卤的器具，也是用莲子测定的，叫做莲管：

　　“莲管之法，采石莲，先于淤泥内浸过，用四等卤分浸四处：最咸卤浸一处，三分卤浸一分水浸一处，一半水浸一半卤浸一处，一分卤浸二分水浸一处。后用一竹管盛此四等所浸莲子四枚于竹管内，上用竹丝隔定竹管口，不令莲子漾出。以莲管吸卤试之，视四莲子之浮沉，以别卤咸淡之等。”

　　用这种仪器，已经可以对盐卤浓度进行分等了。这种“莲管”原理与现代的浮子式比重计相近，其中四枚莲子相当于比重不同的色球，根据这些小球的浮沉情况便可判断液体的比重。

　　明末方以智在《物理小识》卷七中记载了他的老师王虚舟对金、银、铜、铁在汞液中浮沉情况的观察：

　　“虚舟子曰：《本草》言金银铜铁置汞上则浮，此非也。铜铁则浮，金银则沉。金银取出必轻耗，以其蚀也。”

　　王虚舟的观察是准确的，这反映了古人对不同比重物体沉浮状态研究的深入。这段话还记述了汞对金、银的腐蚀作用，在化学史上也是有价值的。