初中物理新北师大版八年级下册第八章第七节 物体的浮沉条件及其应用教案（2025春）

第七节物体的浮沉条件及其应用【教学目标】1.知道物体的浮沉现象，能从受力分析的角度判断物体的浮沉状况.2.知道物体的浮沉条件,能运用它解释浮沉现象.3.经历探究物体浮沉条件的实验，体会物体漂浮、上浮、下沉、悬浮的原因.4.知道轮船、潜水艇、热气球、飞艇、密度计的工作原理.【教学重点】1.上浮、下沉、漂浮、悬浮的分析与判断.2.轮船、潜水艇、热气球、飞艇、密度计的工作原理.【教学难点】1.物体处在上浮、漂浮、悬浮、下沉的不同状态下，浮力、重力、密度的比较.2.密度计的工作原理和浮力的应用.【教具准备】多媒体课件、实心的木块、泡沫塑料块、铁块、石块、水、密度计、烧杯、潜水艇模型、热气球模型等.【教学课时】1.5课时【教学过程】一、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]，加强学生对知识的巩固.二、新课引入师：把实心的木块、泡沫塑料块、铁块、石块没入水中，释放后有什么现象？生：木块和泡沫塑料块会在水中浮起，而铁块和石块会下沉.师：回答正确.这就是物体的浮沉现象，让我们一起来探究吧.三、进行新课物体的浮沉条件１.根据物体的受力情况判断物体的浮沉师：浸在水中的相同体积的铁块、木块各受到什么力？生：浮力、重力.师：铁块和木块受到的浮力相等吗？为什么？生：不相等.因为V排不相等，排开水的重力不相等，根据阿基米德原理，可知浮力不相等.师：为什么松手后铁块沉底而木块上浮？学生思考.师前面我们学习了运动和力的关系，当物体受到的力为非平衡力时，物体的运动状态就要发生改变.由此可见，液体中，物体的浮沉取决于什么呢？生：重力、浮力的大小关系.师：回答正确，很棒！我们来分析物体的浮沉条件：（1）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浮减小到与重力G木相等时，即F浮=G木，木块最终漂浮在水面.即：F浮＞G木,物体上浮，最终漂浮，漂浮状态时，F浮=G木.（2）分析铁块：松手后，浸没在水中的铁块所受到的F浮＜G铁，铁块下沉.到达容器底部后，铁块受到F浮、G铁和F支，三力平衡，静止在容器底，我们说铁块沉底.即：F浮＜G铁，物体下沉，最终沉底.[教师总结]当物体浸没在液体中时,受到竖直向上的浮力F和竖直向下的重力G.这两个力的合力决定了物体在液体中由静止释放后如何运动,如图所示.(1)当F>G时,合力的方向竖直向上,物体上浮,最终漂浮.6 (2)当F=G时,合力为零,即二力平衡,物体悬浮在液体中.(3)当F<G时,合力的方向竖直向下,物体下沉,最终沉底.２.根据物体和液体的密度关系判断物体的浮沉师：根据物体所受的警力与物体质量的关系，以及质量与密度的关系，你能由物体的浮沉条件推出上述三种不同情况中，物体密度与液体密度的关系吗?当物体浸没在液体中时,V排=V物,物体受到的浮力F浮=ρ液gV排=ρ液gV物,物体受到的重力G=m物g=ρ物V物g,比较F浮和G物的大小可得：(1)当ρ液>ρ物时,F浮>G物，物体上浮并最终处于漂浮状态.(2)当ρ液=ρ物时,F浮=G物,物体悬浮.(3)当ρ液<ρ物时,F浮<G物,物体下沉并最终沉底.(补充说明:如果物体为空心,则比较物体的平均密度与液体的密度大小.)３.实心物体浮沉的条件４.悬浮与漂浮的异同师：悬浮与漂浮是同一种状态吗？生：不是.例题1(用多媒体展示)质量相等的甲、乙、丙三个实心小球，放入水中后，甲球漂浮，乙球悬浮，丙球下沉，位置如图所示，则()A.F甲＜F乙＜F丙B.ρ甲＞ρ乙＞ρ丙C.V甲＜V乙＜V丙D.G甲=G乙=G丙解析：三个小球质量相等，则有G甲=G乙=G丙；甲球漂浮，有F甲=G甲，ρ甲＜ρ水；乙球悬浮，有F乙=G乙，ρ乙=ρ水；丙球下沉，有F丙＜G丙，ρ丙＞ρ水.综上可得，F甲=F乙＞F丙，ρ甲＜ρ乙＜ρ丙.由于m甲=m乙=m丙，由ρ=m/V，可得V甲＞V乙＞V丙.答案：D5.计算浮力的四种方法师：在第六节浮力中，我们用弹簧测力计测量浮力，浮力是怎么计算的？生：浮力等于物体的重力Ｇ减去物体浸在液体中时弹簧测力计的拉力.师：在探究浮力的成因实验中，浮力是如何计算的？生：浮力等于液体对物体向上、向下的压力差.师：在学习阿基米德原理是，浮力是如何计算的？生：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体所受的重力.师：在学习物体的浮沉条件时，浮力是如何计算的？生：物体漂浮或悬浮时，由二力平衡条件得，浮力等于重力.[教师总结]例题2体积均为２００cm3的木块和合金块，放入水中静止时的情况如图所示，已知木块重１.８Ｎ，合金块重６Ｎ，则木块受到的浮力为Ｎ，合金块受到的浮力为Ｎ.(ｇ取１０Ｎ/ｋｇ，ρ水＝１.０×103ｋｇ/m3)物体浮沉条件的应用师：取一块橡皮泥，将它捏成船形放入水中，会发生什么现象？生：橡皮泥漂浮在水面上.师：将船形橡皮泥从水中取出，将它捏成实心球状后再放入水中，又会怎样呢？生：橡皮泥沉入水底.师为什么两次的现象不一样呢？生：橡皮泥两次所受的重力G1=G2，两次所受的浮力F1＞F2，两次排开水的体积V1＞V2.师：从上述的实验中，你得到了什么启发？你想出控制物体浮沉的方法了吗？生：物体所受重力不变时，通过改变物体排开液体的体积，进而改变物体受到浮力的大小，可控制物体的浮沉.1.轮船6 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.板书：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.例题3（用多媒体展示）一艘轮船的排水量是10000t，它满载货物时的总质量是t，该船满载货物时受到水的浮力是N.若该船从大海驶入内河，船的重力大小（选填“变大”“变小”或“不变”，下同），受到的浮力大小，由于河水密度比海水密度小，所以它排开水的体积，因此轮船要（选填“上浮一些”或“下沉一些”）.（g取10N/㎏）解析:轮船满载时受到的浮力：F浮=G排=m排g=10000×103kg×10N/kg=1×108N，∵轮船漂浮，∴F浮=G=mg=m排g；∴船满载货物时的总质量：m=m排=10000t；当船从大海驶入内河，船自重不变，∵船漂浮，∴船受到的浮力不变；∵F浮=ρ水V排g，ρ河水＜ρ海水，∴排开河水的体积大于排开海水的体积，船将下沉一些.答案:100001×108不变不变变大下沉一些.2.潜水艇师：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？好，下面请大家分组进行实验——制作潜水艇.6 师：我们用打点滴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.观察到的现象：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.教师提问：（用多媒体展示）思考题：（1）小塑料管浸没在水中所受F浮是否变化？（2）那它是怎样上浮或下沉的呢？学生回答：（1）由于塑料管形变很小，V排基本不变，所以可以认为F浮不变.（2）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＜G物，所以下沉.教师（用多媒体展示潜水艇模型）介绍潜水艇:潜水艇两侧有水箱，潜水艇靠改变自身受到的重力来实现上浮、下潜和悬浮,①潜水艇要下潜时,向水箱充水,增大自身受到的重力,当G>F时,潜水艇就会下潜.②潜水艇要上浮时,将水箱里的水排出一部分,当G<F时,潜水艇就会上浮.③潜水艇还可以调节水箱中的储水量,当G=F时,可以悬浮于水中.板书：1.潜水艇原理：靠改变自身重力来实现在水中的浮沉.2.潜水艇浸没在水下不同深度所受浮力相同，因为排开水的体积不变，始终等于潜水艇的体积.例题4（用多媒体展示）潜水艇浸没在水中，在它下潜的过程中，关于它受到的重力和浮力的说法正确的是（）A.重力不变，浮力不变B.重力变大，浮力变小C.重力变大，浮力不变D.重力变小，浮力变大解析：潜水艇下潜时让水进入载水舱，从而增大了自身的重力；而由于潜水艇排开水的体积不变，故所受浮力不变；当重力大于浮力时，潜水艇就会下沉.答案：C3.热气球和飞艇体育和娱乐活动中的热气球与飞艇不但能在空气中上升，还能改变在空气中上浮、下沉和悬浮的状态.师：为什么热气球和飞艇会飞起来呢？生：热气球和飞艇内的气体密度小于外面的空气的密度，受到的浮力大于自身的重力.师：回答正确.板书：热气球和飞艇的原理：ρ气球＜ρ空气，使它受到的F浮＞G物而升空.师：请大家讨论：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，又有什么办法？学生思考、讨论:氦气球可以放气,热气球可以停止加热.[教师总结]①热气球:热气球的升降与其内部气体密度的变化有关加热时,球囊内部空气膨胀,一部分空气排出,空气密度变小,热气球质量变小,重力变小,当重力小于浮力时,热气球上升停止加热,热空气冷却,密度变大,热气球质量变大,重力变大当重力大于浮力时,热气球下降.②飞艇:飞艇气囊里充有密度比空气小的气体,通过向气囊里充放气,实现飞艇的上升、悬浮或下降.例题5（用多媒体展示）如图是高空中的一只热气球，以下有关它的说法正确的是（）A.为使静止的热气球下降，必须继续给热气球中的空气加热B.为使静止的热气球下降，只需把热气球上的物体抛掉一部分C.正在匀速下降的热气球，假如有一物体从热气球上掉下，热气球将立即上升D.正在匀速下降的热气球，假如有一物体从热气球上掉下，热气球将先下降后上升解析：静止的热气球处于平衡状态，受到的重力和浮力是一对平衡力，故两者大小相等.6 通过对气球加热，使气球内的空气膨胀、体积增大，从而使所受的浮力增大.此时浮力大于重力，所以气球上浮而不是下降；当把气球上的物体扔掉一部分，气球的重力减小，小于浮力，所以气球上浮而不是下降.故A、B均错误.正在匀速下降的热气球处于平衡状态，受到的重力和浮力是一对平衡力，所以两者大小相等.假如有一物体从热气球上掉下，此时重力小于浮力，但由于惯性，气球不会立即上升，而是先下降后上升.故C错误，D正确.答案：D4.密度计师：我们在前面学习了用天平、量筒可以测量液体的密度，能否设计一个仪器直接测量出液体的密度呢？学生思考.教师用多媒体播放课件“密度计”，并向学生展示密度计，介绍它的构造、原理等.密度计（多媒体课件）用途：它是用于测定液体密度的仪器；构造：它是一根上部标有刻度，形状特殊的玻璃管，管下部的玻璃泡内封装入小铅丸或汞（如图所示）；原理：当物体漂浮在液体表面时，液体对物体的浮力F浮与物体所受的重力G物二力平衡，即F浮=G物.所以，对于质量一定的物体，G物=F浮=ρgV排是一个定值.可见，液体的密度越大，物体排开液体的体积就越小;反之，液体的密度越小，物体排开液体的体积就越大.人们根据这个原理，制成了一种可以直接测量液体密度的工具--密度计，如图所示.示数：密度计上的数值表示待测液体密度是水密度的倍数.如“1.8”表示该液体密度是1.8×103kg/m3.使用方法:将密度计放入待测液体中,当密度计静止时,液面对应的刻度值即为液体的密度.教师将密度计放入清水、盐水中，引导学生观察，并请几位学生读出数值判断哪个是清水杯、盐水杯.学生读数，立即判断出清水杯和盐水杯.师：请大家仔细观察密度计的刻度值的标注有何规律？这些刻度之间的间隔是均匀的吗？生：下面大，上面小.刻度之间不是均匀的，上疏下密.师：你能说说这种标注的道理吗？学生思考，教师引导学生分析，完成下列思考题.（用多媒体展示）思考题：（1）漂浮在液面上的密度计，所受浮力F浮、重力G关系；（2）根据阿基米德原理，F浮=；（3）排开液体的体积V排=；（4）密度计的横截面积S可以看作是一定的，因此，浸入液体的深度h浸入=.答案：（1）F浮=G（2）ρ液V排g（3）h浸入S（4）G/（ρ液Sg）=m/（ρ液S）教师总结:由于密度计的质量m、横截面积S一定，故密度计浸入液体中的深度h浸入与液体的密度ρ液成反比.即液体的密度越大，浸入的深度越小；液体的密度越小，浸入的深度越大.所以，密度计的刻度值从上向下标注，即上小下大.板书：1.用密度计测量液体密度时,密度计处于漂浮状态,则F浮=G密.2.密度计的刻度值是按上小下大的顺序标注.3.密度计浸入液体的深度越小,说明液体密度越大,浸入深度越大,说明液体密度越小.例题6（用多媒体展示）如图所示，把一个自制的密度计分别放入三种不同的液体中，则下列判断正确的是（）A.这个密度计在丙液体中受到的浮力较大B.这个密度计在乙液体中受到的浮力较大C.甲液体的密度较大D.丙液体的密度最小解析：密度计在液体中处于漂浮状态F浮=G密，则A、B错，由于密度计浸入液体的深度越小，说明液体密度越大，则ρ乙>ρ甲>ρ丙,则C错,D正确.答案：D6 [教师结束语]通过这节课的学习，我们知道了物体的浮沉条件，即浸在液体或气体中的物体是上浮、悬浮还是下沉，取决于物体所受的浮力与自身重力的关系.在现实生活、生产中，浮力得到了广泛的应用.好，谢谢大家！通过这节课的学习，我们知道了浮力在日常生产生活中的广泛应用.如轮船、潜水艇、热气球,飞艇、密度计等，还进一步熟悉了它们的工作原理.好，谢谢大家！[课后作业]完成本课时对应练习.6