這是《浮力的應用》課題教學案，是優(yōu)秀的物理教案文章，供老師家長們參考學習。

　　一、教學目標

　　1.知識與技能

　　·知道物體的浮沉條件;

　　·知道輪船、潛水艇、氣球和飛艇的工作原理。

　　2.過程與方法：

　　·通過觀察，對比認識輪船、潛水艇、氣球和飛艇實現(xiàn)浮沉的方法的不同。

　　·通過收集、交流關于浮力應用的資料，了解浮力應用的社會價值和我國古代在浮力的應用和研究方面的成就。

　　3.情感態(tài)度與價值觀

　　·初步認識科學技術對社會發(fā)展的影響，建立應用科學知識的意識。

　　·初步領略浮力在實際中的應用，獲得對科學的熱愛、親近感。 教學重點： ·知道物體的浮沉條件;

　　·知道輪船、潛水艇、氣球、飛艇的工作原理。 教學難點： ·理解改變物體所受的重力與浮力的關系，能增大可利用的浮力。

　　四、教學準備：玻璃水槽、水、體積相同的木塊和鐵塊、卷成一團的金屬箔、潛水艇模型、熱氣球模型、多媒體課件。

　　五、學具準備：橡皮泥、吊針管自制潛水艇模型、筷子和細鐵絲、收集的關于浮力應用的資料。

　　六、預習任務：

　　1.預習P97-100《浮力的應用》思考下列問題：

　　(1)浸沒在液體里的物體受到幾個力的作用?根據同一直線上二力合成的知識判斷合力會有幾種情況，它們對應的情況下物體運動狀態(tài)如何?

　　(2)通過上面的分析你能試著解釋下面的問題嗎?

　　為什么浸沒在液體中的物體有的上浮，有的懸浮，有的卻要下沉嗎? 閱讀課本了解輪船、潛水艇、氣球、飛艇的工作原理。 2.了解調查浮力在日常生產生活中有哪些應用?你知道那些浮力應用的故事?

　　3.應用吊針管自制潛水艇模型。

　　4. (有條件的同學)上網查詢我國古代在浮力的應用和研究方面的成就，同學們之間相互展示交流。 教學過程： 預習檢查： 1.畫出圖中物體所處幾種狀況下受力的情況，并解釋原因。

　　2.舉例說明浮力在日常生產生活中有哪些應用?

　　3.你能試著簡單解釋輪船、潛水艇、氣球、飛艇的工作原理嗎?

　　【根據學生的預習反饋情況，給予適當的評價和鼓勵，及時調整重難點的突破方法】

　　(二)導入新課：(創(chuàng)設情景，激發(fā)興趣)

　　我國古代在浮力的應用和研究方面的有哪些成就?(同學之間踴躍交流展示交流調查成果)

　　【展示圖片】(曹沖稱象、懷丙和尚撈鐵牛、鄭和下西洋)

　　你能講一下這些歷史故事嗎?

　　曹沖稱象采用了什么物理研究方法?(等效替代法，化整為零法)

　　鄭和下西洋展現(xiàn)了我國領先世界的先進的航海技術和發(fā)達的造船技術以及在浮力應用方面取得了巨大的成就，展示了明朝前期中國國力的強盛，中國的海軍縱橫西洋，萬國朝貢，盛世追跡漢唐。作為中華兒女我們感到無比自豪，今天我們更應學好科學文化知識為中華民族的崛起而奮斗! 自主學習，合作共建： 【任務一】物體的浮沉條件

　　[演示實驗]：出示鐵塊和木塊讓學生觀察發(fā)現(xiàn)它們體積相等，將體積相同的鐵塊和木塊同時浸沒在水中后松手，并注意觀察松手后的現(xiàn)象。

　　[現(xiàn)象]：鐵塊沉入杯底而木塊上浮最終浮在水面。

　　[提問]：1.浸沒在水中的鐵塊、木塊(松手后)各受到什么力?

　　(浮力、重力)

　　2.鐵塊和木塊受到的浮力相等嗎?

　　(相等。因為V排相等，根據阿基米德原理可知浮力相等。)

　　3.既然鐵塊和木塊受到的F浮相同，為什么松手后鐵塊沉底而木塊上浮?那么液體中，物體的浮沉取決于什么呢?

　　[討論分析]：學生以小組為單位討論物體的浮沉條件，并推選代表總結發(fā)言。

　　分析木塊：松手后，浸沒在水中的木塊所受到的F浮>G木，所以木塊上浮。當木塊逐漸露出水面，V排減小，浮力減小，當F浮= G物時，木塊最終漂浮在水面。即：F浮>G物上浮，最終漂浮。

　　分析鐵塊：松手后，浸沒在水中的鐵塊所受到的F浮

　　若一個物體浸沒在水中，松手后F浮=G物，受力平衡，物體的運動狀態(tài)不變，我們說物體懸浮在液體中。即：F浮=G物，最終懸浮。

　　【總結】通過上述分析，我們知道浸在液體中物體的浮沉取決于物體所受F浮與G物的關系。

　　F浮>G物 上浮 F浮=G物 懸浮 F浮

　　【任務二】輪船、潛水艇、氣球、飛艇的工作原理

　　1.看圖并討討論：

　　(1)木材能漂浮在水面，其原因是什么?

　　(2)把一根木頭挖成空心，做成獨木舟后，其重力怎么變化?它可載貨物的多少怎么變化?重力變小，可以裝載的貨物變多。

　　[引導]：從浮力的角度看，把物體做成空心的辦法，增大了可利用的浮力，而且這種古老的“空心”辦法，可以增大漂浮物體可利用的浮力。

　　[提出問題]：密度比水大的下沉的物體有沒有辦法讓它上浮或漂浮呢?

　　2.實驗：

　　【演示實驗】金屬箔為什么能漂浮在水上?

　　【學生實驗】把橡皮泥團直接放入水里觀察現(xiàn)象。

　　提出問題：你能讓橡皮泥浮在水面上嗎?

　　學生討論實驗方案并試驗探究。

　　(把橡皮泥做成碗狀放在水里可以漂浮)

　　[質疑]：金屬箔和橡皮泥的密度大于水的密度，它們?yōu)槭裁茨芷∧?

　　(因為把它們做成空心的，F(xiàn)浮>G物，所以能上浮，最終能漂浮。)

　　[總結]：上述實驗告訴我們采用“空心”的辦法，不僅可以增大漂浮物體可利用的浮力，還可以使下沉的物體變得上浮或漂浮。

　　3.應用

　　● 輪船

　　(1)原理：采用把物體做成“空心”的辦法來增大浮力，使浮力等于船和貨物的總重來實現(xiàn)漂浮。

　　(2)排水量：滿載時，船排開的水的質量。

　　即：排水量=m船+m貨

　　[提出問題]：輪船從河水駛入海里，是浮起一些還是沉下一些?

　　[引導]：1.輪船從河水駛入海里，它的重力變不變?它受到的浮力變大、變小還是不變?(不變，始終漂浮)

　　2.它排開的液體的質量變不變?(不變)

　　3.它排開的液體的體積變不變?

　　(變，ρ海水>ρ水，所以V排海水

　　4.它是沉下一些，還是浮起一些?(V排變小了，所以上浮一些)

　　[強調]：同一條船在河里和海里時，所受浮力相同，但它排開的河水和海水的體積不同。因此，它的吃水深度不同。(觀察圖中輪船的吃水線)

　　● 潛水艇

　　潛水艇能潛入水下航行，進行偵查和襲擊，是一種很重要的軍事艦艇。它是怎么工作的呢?

　　【學生實驗】：

　　我們用打吊瓶用的小塑料管來模擬潛水艇。請同學們利用和塑料管連接的細管給塑料管吹氣或吸氣。

　　現(xiàn)象：吸氣時，水逐漸進入管中，管子下沉;吹氣時，管中的水被排出，管子上浮;

　　[引導分析]：

　　(1)小塑料管浸沒在水中所受F浮是否變化?

　　(塑料管形變很小，V排基本不變，所以可以認為F浮不變)。

　　(2)那它是怎樣上浮或下沉的呢?

　　(吹氣時，水從管子中排出，重力變小，F(xiàn)浮>G物，所以上浮;吸氣時，水進入管子，重力變大，F(xiàn)浮

　　[講解]：

　　潛水艇兩側有水艙，當水艙中充水時，潛水艇加重，就逐漸潛入水中;當水艙充水使艇重等于同體積水重時，潛水艇就可懸浮在水中;當壓縮空氣使水艙中的水排出一部分時，潛水艇變輕，就可上浮了。

　　[總結]：潛水艇在浸沒在水下不同深度所受浮力相同。原理：靠改變自身重力來實現(xiàn)在水中的浮沉。

　　● 氣球和飛艇

　　氣球和飛艇里充的是密度小于空氣的氣體，熱氣球里充的是被燃燒器加熱、體積膨脹、密度變小了的熱空氣.F浮=ρ空氣gV,G球=ρ氣gV+G殼，當F浮≥G球時，氣球或飛艇可升上天空.若要使充氦氣或氫氣的氣球或飛艇降回地面，可以放出球內的一部分氣體，使氣球積縮小，浮力減小，使浮力小于G球.對于熱氣球，只要停止加熱，熱空氣冷卻，氣球體積就會縮小，減小浮力，使浮力小于G球而降回地面. 氣球和飛艇造價低廉,使用經濟,飛行技術簡單,除了供航空運動訓練、比賽和科普活動外,還可用來空中游覽觀光、攝影、大氣取樣、大地測量、科學試驗、提升重物、邊防觀察等,有著廣泛的用途。

　　[展示]：“熱氣球”模型

　　[提問]：燃料燃燒后氣球內空氣密度怎樣變化?原理：ρ氣<ρ空氣，使它受到的F浮>G物而升空。

　　[討論]：要使充了氦氣、升到空中的氣球落回地面，你們能想出什么辦法?要使熱氣球落回地面，有什么辦法?(放氣或停止加熱)

　　● 其他應用

　　密度計、鹽水選種等。 系統(tǒng)總結： 1.通過本節(jié)學習你有哪些收獲?(知識、技能、情感價值觀)

　　2.本節(jié)我們采用了哪些學習方法?

　　診斷評價： 1.一艘輪船從長江駛入東海，海水的密度比江水的大，那么輪船

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

　　2、潛水艇是通過改變自身的重力實現(xiàn)浮沉的，而水中的魚兒則是通過改變魚鰾中的氣體體積來幫助浮沉的。原來處于懸浮狀態(tài)的魚兒，如果將魚鰾中的氣體體積減小一些，將有助于魚兒________。

　　3. 浸入液體中的物體同時受到重力和浮力的作用，當浮力大于重力時，物體______，當浮力小于重力時，物體 ______，當浮力等于重力時，物體_____.

　　4.密度計是測量_____的儀器，密度計的刻度越靠下密度值越_____，將密度計放入某液體中時，液面剛好與0.8的刻度線相平，該液體密度是_____ kg/ m3.

　　5.潛水艇的上浮和潛水是靠改變_______________________來實現(xiàn)的.

　　6.氫氣球、熱氣球能上浮到空中，是因為氫氣、熱空氣的_____比空氣的小，因而氣球受到的_____力大于 _____力，因而能夠升空.

　　7輪船的排水量是指輪船所排開水的_____，一艘輪船空載時的排水量是2100 t，滿載時的排水量是5000 t，輪船自身質量是_____，它最多裝 _____ 貨物.

　　8.下面關于輪船的說法正確的是

　　A.輪船在水中所受浮力大于重力

　　B.輪船在河水中所受浮力小于重力

　　C.輪船在海水中所受浮力大于重力

　　D.輪船在河水或海水中所受浮力都與重力大小相等 實踐作業(yè)： 利用筷子和細鐵絲自制密度計。 調查農民應用鹽水選種的方法。 附：板書設計 (一)物體的浮沉條件：

　　F浮>G物 上浮 F浮=G物 懸浮 F浮

　　(二)應用

　　1.輪船：把物體作為“空心”的辦法來增大浮力，使浮力等于船和貨物的總重來實現(xiàn)漂浮。

　　2.水艇：依靠改變自身重力來實現(xiàn)在水中的浮沉。

　　3.氣球和飛艇：ρ氣<ρ空氣，使它受到的F浮>G物而升空。

　　課外閱讀

　　古代浮力的應用

　　對浮力的認識和應用，是古代流體力學研究的重要內容。在這方面，中國古人積累了豐富的實踐經驗。

　　早在先秦時期，古人就對物體的浮沉特性有所認識，并在生產實踐中有十分巧妙的應用。例如在《考工記·矢人》篇中，“矢人”在確定箭桿各部分的比例時，采用的方法是：

　　“水之，以辨其陰陽;夾其陰陽，以設其比;夾其比，以設其羽。”

　　就是說，把削好的箭桿投入水中，根據箭桿各部分在水中浮沉情況，判定出其相應的密度分布，根據這一分布來決定箭的各部分的比例，然后再按這個比例來裝設箭尾的羽毛。這種根據箭桿各部分浮沉程度判定其相應質量分布的方法是合乎科學的，也是十分巧妙的。

　　《考工記·輪人》篇在規(guī)定車輪的制作規(guī)范時，也應用了水的浮力。為確保車輪“揉輻必齊，平沈必均”，“輪人”采用的辦法是：“水之，以眡其平沈之均也。”意思是說，要測量木制輪子各處質量是否均勻，只要把它放在水中，測量其各處浮沉程度是否一致即可。如果浮沉程度一致(“平沈”)，輪子各處質量分布必然是均勻的(“必均”)。

　　先秦時期人們不僅能應用浮力定性判定物體質量分布，還能應用浮力定量測定物體的重量。晉代的《符子》一書記載了這樣一個故事：

　　“朔人獻燕昭王以大豕，曰‘養(yǎng)奚若’。……王乃命豕宰養(yǎng)之。十五年，大如沙墳，足如不勝其體。王異之，令衡官橋而量之，折十橋，豕不量。命水官浮舟而量之，其重千鈞。”

　　“浮舟量之”，就是利用水的浮力來測定這頭其重無比的大豬的重量。如果《符子》的記載真實的話，這是我國古人定量利用水的浮力的一個絕妙的例子。由此發(fā)展下去，就是膾炙人口的曹沖稱象的傳說了。

　　古人在從經驗角度利用浮力的同時，也從理論上對物體浮沉條件加以探討。例如先秦典籍《墨經》就曾討論過這一問題：

　　《經下》：“荊之大，其沈淺也。說在具。”

　　《經說下》：“荊：沈，荊之貝也，則沈淺，非荊淺也。若易，五之一。”

　　這里的“荊”，同形，指形體。“沈”，即沉。“具”，為器具，可泛指中空而有容積的物體。“貝”，當為“具”之誤。《經》的意思是說：物體的形體雖然很大，但因其是中空的，所以在水中下沉淺。《經說》則解釋道：中空的物體在水中沉下的部分淺，這并非物體本身淺，而是沉下水的部分所受的浮力等于全部物體的重量，這就像在市場上交換東西，五件甲物可以換來一件乙物一樣。從這些話語來看，墨家對物體在水中的沉浮條件，已經有所認識。當然，由于《墨經》用詞的簡略，對這一條也還存在不同的解釋，但無論如何，我們說墨家已認識到物體所受浮力跟它沉入水下部分的體積有關，這總是可以成立的。

　　《淮南子·齊俗訓》則以竹子為例，對此加以論述：

　　“夫竹之性浮，殘以為牒，束而投之水則沈，失其體也。”

　　竹子是中空的，投于水中，自然浮起，故說“竹之性浮”。把完整的竹子破開，削成竹牒，束成一捆，投入水中，則下沉，原因在于“失其體也”。即是說，竹子重量可以做到不變，但做成竹牒以后，其體積比起原來大為減少，投入水中以后所受浮力也大為減少，于是就不能浮起。顯然，《淮南子》已經意識到物體所受浮力與其排水體積之間有著密切聯(lián)系。

　　應該指出的是，無論《墨經》還是《淮南子》，都沒有從定量角度揭示物體所受浮力與其排水量之間的關系。在其他中國古籍中，也未見到別人對此有清晰的論述。不過，這并不影響古人去巧妙地利用浮力。《宋史·方技傳》記載了當時一個和尚懷丙巧妙利用浮力的一個例子：

　　“河中府浮梁，用鐵牛八維之，一牛且數萬斤。后水暴漲絕梁，牽牛沒于河。募能出之者，懷丙以二大舟實土，夾牛維之。用大木為權衡狀釣牛。徐去其土，舟浮牛出。”

　　僧懷丙之所為，是利用浮力起重，可謂構思巧妙。古人利用浮力的例子還可以舉出許多，諸如建造船只、船塢、浮囊、戰(zhàn)爭中發(fā)明“水雷”等，這里不再多說。

　　從物理學的角度來看，還需要一提的是古人利用浮力對液體比重的判定。古人在實踐中發(fā)現(xiàn)，同一物體，浸在不同的液體中，它所受的浮力也不一樣。唐代段成式作的《酉陽雜俎》，其《前集》卷十九提到：

　　“蓮實，蓮入水必沉，唯煎鹽堿鹵能浮之。”

　　造成這一現(xiàn)象的原因，顯然是由于水和鹽鹵的濃度不同。受此事實的啟發(fā)，古人發(fā)明了通過觀察蓮子的浮沉情況判定液體濃度的方法。李約瑟的《中國科學技術史》一書，在考證鹽水濃度的測定法時，專門引用了11世紀姚寬所寫的一段記事。姚寬在臺州做官時，曾因調查鹽商舞弊，每日用蓮子試驗鹽鹵。他選擇較重的蓮子供用，倘若十粒蓮子，能由鹽鹵中浮出三四粒，就是濃鹽鹵。浮起的數目不足三粒，這鹽鹵就是稀薄不良的。若全體蓮子都沉在鹵底，則該鹽鹵稀薄至極，即使經過蒸發(fā)，也難以得到食鹽。這種方法不但巧妙利用浮力，而且還包含了一定的數理統(tǒng)計思想。

　　元代陳椿在《熬波圖詠》一書中記載了一種專門用于測鹽鹵的器具，也是用蓮子測定的，叫做蓮管：

　　“蓮管之法，采石蓮，先于淤泥內浸過，用四等鹵分浸四處：最咸鹵浸一處，三分鹵浸一分水浸一處，一半水浸一半鹵浸一處，一分鹵浸二分水浸一處。后用一竹管盛此四等所浸蓮子四枚于竹管內，上用竹絲隔定竹管口，不令蓮子漾出。以蓮管吸鹵試之，視四蓮子之浮沉，以別鹵咸淡之等。”

　　用這種儀器，已經可以對鹽鹵濃度進行分等了。這種“蓮管”原理與現(xiàn)代的浮子式比重計相近，其中四枚蓮子相當于比重不同的色球，根據這些小球的浮沉情況便可判斷液體的比重。

　　明末方以智在《物理小識》卷七中記載了他的老師王虛舟對金、銀、銅、鐵在汞液中浮沉情況的觀察：

　　“虛舟子曰：《本草》言金銀銅鐵置汞上則浮，此非也。銅鐵則浮，金銀則沉。金銀取出必輕耗，以其蝕也。”

　　王虛舟的觀察是準確的，這反映了古人對不同比重物體沉浮狀態(tài)研究的深入。這段話還記述了汞對金、銀的腐蝕作用，在化學史上也是有價值的。