浮力的应用 教学简案

浮力的应用·教学简案

课程导入

信息1 如图13-7-1甲所示，是人类早期制造的独木舟．如图乙所示是1405年郑和下西洋时乘坐的长约147 m的木船，是当时世界上最大的船．如图丙所示是人类近代社会利用钢铁制造的远洋邮轮．

信息211世纪，姚宽在台州做官时，为了检查盐商是否舞弊，他首创了一种简单的估测盐水密度的方法．选用体积大体相同，而质量不同的莲子十粒，当把莲子放在盐水中时，如果这些浮沉子——莲子有5粒以上浮起，说明盐水是最浓的；如果有三四粒莲子浮起，说明此盐水是浓盐水；如果不足3粒莲子浮起，说明此盐水是稀盐水．

根据以上的信息，你能提出两个你感兴趣的问题吗？

①____________________②____________________________

探索新知

物体的浮沉

实验探究浸没在液体中的物体，松手后，为什么有的物体会上浮，而有的物体会下沉呢？物体在液体中上浮和下沉的条件是什么呢？

实验1如图13-7-2所示，将小木块、小石块、小蜡块、小铁块、橡皮泥，一齐投入水中，发现小木块和小蜡块漂浮在水面上，而小石块、小铁块和橡皮泥沉入水底．

实验2如图13-7-3所示，将同一实心小铁球，分别投入盛水的烧杯和盛水银的烧杯中，发现小铁球在水中下沉，在水银中漂浮在液面上．

实验3如图13-7-4所示，将一只眼药水的瓶子一侧用胶带缠一只铁钉，在瓶的侧壁上钻几个孔，将一段胶管的一端接在瓶口，放入水中．从管里吸气或向管里吹气，发现排气时，眼药水瓶内的水被排出，眼药水瓶开始上浮，向管里吸气时，水进入瓶内，眼药水瓶逐渐沉入水底，通过控制进入瓶内水量，可以使药水瓶刚好悬浮在水中．

问题研讨

问题1 为什么小木块、小蜡块在水中漂浮，而小石块、小铁块和橡皮泥在水中会下沉呢？

答：_____________________________________________________________________．问题2 同一铁球在水下沉，而在水银中上浮，你有什么发现呢？眼药水瓶的上浮、下沉和悬浮是通过改变自身的重力来实现的，说明物体的浮沉条件是什么呢？

答：_____________________________________________________________________．知识归纳物体的浮沉

1．物体的浮沉条件

浸没在液体中的物体，物体的浮沉可以用两种方法来判断：①利用物体的重力和浮力大小来判断，②利用物体和液体的密度大小关系来判断：

友情提示

漂浮和悬浮是物体在液体（气体）中的两种平衡状态，漂浮是物体在液面处平衡，而悬浮是物体在液体内部平衡．

a ⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

→

→

→

下沉

＜

悬浮

＝

上浮

＞

物

浮

物

浮

物

浮

G

F

G

F

G

F

b

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

→

→

→

下沉

＜

悬浮

＝

上浮

＞

物

液

物

液

物

液

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

2．密度计

（1）用途：用来测量液体密度的仪器．

（2）密度计上的刻度有两个特点：①上小下大，②上稀下密．

3．浮力的利用：飞艇、热气球、潜水艇、轮船等．

潜水艇是通过改变自身的重力，来实现上浮和下潜；飞艇和热气球是通过改变自身的重力，来实现上升和下降．

例1（1）如图13-7-5所示，体积相同但密度不同的三个实心小球，放入盛水的水槽内，静止不动时的状态（A漂浮、B悬浮、C下沉）．则三球所受浮力大小关系是________________．三球的密度大小关系是__________________．

（2）如图13-7-6所示同一小球，先后投入三种不同的液体中，在A液体中漂浮，B液体中悬浮，C液体中下沉．则小球在三种液体中所受浮力大小关系是：__________________，三种液体密度的大小关系是____________________．

解析（1）由A、B、C三个小球的体积相等，可知B、C两球排开水的体积相等，大于A球排开水的体积，由阿基米德原理可知：B、C球所受的浮力相等，大于A球所受的浮力．由物体浮沉条件可知：A球漂浮，A球密度小于水的密度；B球悬浮，B球密度等于水的密度；C球下沉，C球密度大于水的密度．

（2）小球在A液体中漂浮，浮力等于小球的重力，小球密度小于A液体的密度；小球在B液体中悬浮，浮力等于小球的重力，小球密度等于B液体的密度；小球在C液体中下沉，浮力小于小球的重力，小球密度大于C液体的密度．

答案 （1）F A ＜F B ＝F c ；ρA ＜ρB ＜ρC ；（2）F A ＝F B ＞F C ，ρA ＞ρB ＞ρC 解题技巧

不同的物体投入同一种液体中，比较浮力大小只需要比较排开液体的体积大小，排开液体的体积越大，浮力越大；同一物体投入不同的液体中，比较浮力大小，只需要比较物体的重力和浮力大小关系（浮沉条件）． 拓广延伸

实验设计 巧用浮力知识，测量物体的密度

例2 现有弹簧秤、细线、量筒、小木块（能放入量筒中），小木块的密度小于待测液体的密度．只用这些器材测定未知液体的密度． （1）写出简要实验步骤．

（2）用测量量写出待测液体密度的表达式___________． 解析

ρ液⎪⎩⎪⎨

⎧⎩⎨

⎧←←⇐←⇐⇐量筒

量筒弹簧测力计排木浮12V V V G F

答案 （1）①用弹簧测力计测量出小木块的重力G ．②用量筒量取一定体积的液体，计下体积V 1．③用细线拴好小木块放入量筒内漂浮，计下此时液面对应的体积V 2．（2）表

达式：ρ液＝()12V V g G

－ 解题技巧

测量固体或液体的密度，除了前面学习过利用天平和量筒常规方法测量外，学习浮力知识后，可以将测量固液密度转化为浮力计算问题．本题中小木块在液体中漂浮，所以小木块所受的浮力等于小木块的重力，再结合阿基米德原理，由浮力和排开液体的体积可以计算出液体的密度．

实验探究 学会分析和处理实验数据

例4 小明为了探究物体在水中不同深度所受浮力的变化情况，如图13-7-7所示，将一挂在弹簧测力计下的金属圆柱体缓慢浸入水中（水足够深），在圆柱体接触容器底之前，分别记下圆柱体下表面所处的深度h 和弹簧测力计相应的示数F ，实验数据如下表．

到的浮力与______成正比．

（2）分析表中第6列到第7列数据，说明完全浸没的金属圆柱体受到的浮力与它所处的深度______关．（选填“有”或“无”）

（3）分析表中实验数据，可以得出圆柱体的横截面积是．______m 3．

（4）如图13-7-8所示，能正确反映弹簧测力计示数F 和圆柱体下表面所处的深度h 关系的图像是（ ）