第十章 浮力
第1节 浮力 整体设计
浮力这一节的内容，学生在日常生活的积累中和在小学自然常识课的学习中，已有了一 定的感性认识。浮力是液体压强和气体压强的进一步延伸，它是一个应用性较强的作用力， 与其相关的应用综合了力、二力平衡和二力合成等知识。这一节是本章的重点，为学习阿基 米德原理、浮力的利用奠定了基础。浮力知识对人们的日常生活、生产技术和科学研究有着 广泛的现实意义。
学生根据生活经验知道漂浮的物体受浮力，且浮力方向向上；而对于下沉的物体是否受 浮力则存在疑惑，或对浮力方向的描述不准确。为此，可以通过实验让学生感受浮力的方向 以及下沉的物体也受浮力的事实。教学设计中应重视学生的自主探究，在教师引导下让学 生完成实验探究活动，根据学生反馈的信息及时调控教学过程。
为了在教学过程中强调重点、突破难点，本节设计从探究浮力的大小与哪些因素有关人 手。如果学生从实验探究中认识到浮力的大小只与液体的密度和物体排开液体的体积有 关，而与物体的体积、物体的密度、液体的深度等无关，那么就不难理解阿基米德原理了。所
以探究浮力的大小与哪些因素有关是本节的重点。浮力的概念贯穿全章，“称重法”测浮力 是本章各节的探究基础，所以浮力概念的建立和“称重法”测浮力也是本节重点。要探究影 响浮力的因素比较多，开放性较强，这是本节的难点。 三维目标
知识与技能
1·通过实验探究，感受浮力的存在，认识浮力，并学会用弹簧测力计测量浮力大小； 2．通过理论分析，知道浮力产生的原因； 3．知道浮力的大小与哪些因素有关。
过程与方法
1．通过观察，了解浮力是怎样产生的；
2．通过实验，领会影响浮力大小的因素有哪些；
3．培养学生的观察能力、实验能力及分析概括能力，发展学生收集、处理信息的能力。
情感、态度与价值观
1．通过对生活中浮力现象的观察与思考，培养学生乐于探索生活中物理知识的兴趣； 2．通过实验探究，培养学生大胆猜想、在实验过程中勇于探索的创新精神。 教学重点
浮力概念的建立和“称重法”测浮力。 教学难点
实验探究浮力大小与什么因素有关。 课时安排 1课时 教学准备
乒乓球、大量筒、弹簧测力计、细线、石块、铝块、铜块、橡皮泥、烧杯、水、酒精、浓盐水，多 媒体课件等。
导入新课
情景导入
播放日常生活中一些常见现象的录像。（包含：鸭子游水、死海不死现象、轮船漂在水面 上、潜水艇在水中自由地上升和下潜、热气球载着重物飞上高空等）
教师活动：播放相关视频时，提出思考问题：
1．鸭子为什么能在水中自由自在地游水，人在水中为什么不能这样？可是一个不会游 泳的人在死海里为什么不会下沉？同学们猜想这里面可能蕴含着什么知识呢？
2．由于各种各样船的出现，才使人类的足迹由陆地延伸到海洋。万吨巨轮能够在海面 上劈风斩浪，是什么原因让巨轮不沉入水底呢？ 3．潜水艇能在水中自由地上升和下潜；热气球能载着重物飞上高空。想一想，为什么？
学生活动：猜想上述现象蕴含的知识（液体或气体对物体有一个向上的力或提到“浮 力”）。
大家提到了一个新词“浮力”。浮力怎么有这么大的魔力，这一节课就让我们共同来研 究浮力。（板书：浮力）
设计说明：通过播放生活中的浮力录像、教师设问的方式引入浮力，符合学生的思维习惯，使学生从生活中的浮力现象走向物理。 推进新课
一、浮力
浮力的概念
学生思考，并分组交流、讨论： 1．什么是浮力？它有方向吗？
2．漂浮的物体受到浮力，那么在水中下沉的石块、铁块等物体是否也受到浮力作用？ 3．影响浮力大小的因素有哪些？等等。
探究一：什么是浮力，它有方向吗？（投影）
1．看投影：分析弹簧测力计称量物重时的受力情况。 2．教师演示：
(1)出示一个很深的量筒，将一个乒乓球放进去。
提出问题：谁有办法不把量筒倒过来，就能把乒乓球取出来？你为什么能想到这个办 法呢？
(2)左手拿一个乒乓球，松手，让学生注意观察它的运动状态；再把乒乓球放在右手手心
上，松开左手时乒乓球还会下落吗？为什么？
(3)展示加水后量筒中的乒乓球和手中的乒乓球，让学生进行对比。
鼓励学生观察、对比、思考、回答。 学生体验：
利用桌面上的学具，将软木塞放入水中并逐渐压入水底，然后放手。在此过程中，一是 体会手的感觉，二是观察软木塞最终的情况，并尝试得出结论。
讨论交流，得出结论：浸在液体中的物体受到向上的力，这个力叫浮力。
设计说明：通过对比加水后量筒中的乒乓球和水中的乒乓球，创造情景和条件，很容易 使学生领会浮力，发挥学生的主体作用。
探究二：下沉的物体也受浮力
创设情景：将木块、泡沫塑料、空易拉罐、石块、粉笔头、橡皮泥投入水中，前三者漂浮，后 三者下沉。
(1)提出问题：浮在水面上的物体受浮力，浸没在水中的石块受浮力作用吗？怎样来验 证你的想法？
(2)猜想与假设：有同学认为沉入水中的石块受浮力，不过很小；也有同学认为石块没有
浮起来，所以石块不受浮力作用。
再一次向学生明确实验目的是判断浸没水中的石块是否受到浮力，以及浮力的大小和 方向。
学生之间相互交流讨论，设计实验方案。
学生思考，寻找方法，学生代表到讲台上展示，教师点评，全班同学在一起讨论达成 共识：
①用弹簧测力计测量出物体的重力G; ②将石块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数
③比较弹簧测力计示数的变化情况。这说明什么问题？ (3)进行实验与收集数据：
以小组为单位按上图所示步骤进行实验并把数据记录在表格中。
学生分组实验，教师巡回指导，引导学生归纳出测浮力的方法：用弹簧测力计测浮力。
①挂在弹簧测力计上的石块在空气中静止不动，受几个力的作用？方向如何？施力物 体是什么？这几个力的关系是怎样的？石块在空气中重多少牛？
②石块浸没在水中静止不动．时，弹簧测力计的读数是多少？此时，浸没在水中的静止石
块受到几个力的作用？各力的方向如何？施力物体是什么？这几个力的关系如何？两次弹 簧测力计的读数之差说明了什么？
[小结]石块在水中静止不动说明：石块所受的重力=石块受到的拉力大小十石块在水 中受到的浮力大小。由于石块浸没在水中时受到拉力的大小就是此时弹簧测力计的读数， 所以，石块受到的重力一石块在水中弹簧测力计的读数+浮力大小。弹簧测力计两次读数 的差就是浸没在水中的石块受到的浮力大小。浮力大小一石块重一石块在水中弹簧测力计 的读数。
物理学中把这种测浮力大小的方法，叫等效转换法。
投影多名学生的结论，评价、鼓励学生。
得出结论：一切浸在液体中的物体都会受到液体对它向上的浮力。 结论：浮力的大小
知识拓展与巩固：
如图所示，小明用弹簧测力计分别在空气中、水中和盐水中测出了物体的重，则当物体 浸没在水中时，所受到的浮力为__________N;物体浸没在盐水中时，所受到的浮力为 N。
注意：在液体中，无论物体上浮还是下沉，形状规则还是不规则，运动还是静止，浸在哪
种液体中都会受到浮力的作用。
设计说明：让学生体验物体在液体中确实要受到浮力的作用，并引导学生寻求测量物体 所受到浮力大小的简便方法。这样学生不仅学到了知识，还学会了解决物理问题的方法。 将课堂还给学生，体现学生的主体地位。
探究三：浮力产生的原因
提出问题：为什么浸在液体中的物体会受浮力的作用？
引导提示：利用液体压强的知识分析浮力产生的原因。
上下表面受到压力的施力物体是什么？方向如何？压力差的作用效果体现在哪里？方 向又是如何呢？
学生讨论交流，归纳：由于液体的同一深度向各个方向的压强都相等， 所以浸没在液体中并静止的立方体侧面每个位置上受到的液体压力都会 有正对的侧面上同一深度处受到的压力与之抵消。这样立方体侧面所受 液体的压力的合力为零。但是，上下表面所处的深度不同，上表面受到的 压力小；下表面受到的压力大（如图所示）。于是，就产生了竖直向上的压 力差。立方体在竖直方向上，受到液体压力的合力就是浮力。
归纳总结，得出利用压力差求浮力的方法
结论：浸没在液体中的物体，其上、下表面受到液体对它的压力不同，这就是浮力产生的原因。
二、决定浮力大小的因素
下面我们来进行一个造船比赛：用大小相同的橡皮泥做船，用图钉作货物，看一看，谁做 的船载的货物多？并思考：浮力的大小可能跟什么因素有关？
快乐游戏：造“船”比赛。学生每组一块大小相同的橡皮泥设计 造船，并观察交流船只的差异。讨论，大胆猜测，交流讨论：浮力的大 小可能跟什么因素有关？
快乐体验：将饮料瓶慢慢压入水桶（水盆），体会浮力的变化，观 察水位变化情况、物体浸入液体中的体积变化情况。从中获得启示， 进一步猜想：浮力的大小可能跟什么因素有关？
（课件出示）下面是某同学提出的猜想与假设：
1．轮船从江河航行到大海，吃水的深度变化了。由此猜想：浮力可能与液体的密度 有关。
2．从井中提水，盛满水的桶露出水面越多，提桶的力就越大。由此猜想：浮力可能与物
体浸入液体中的深度有关，也可能与物体排开液体的体积有关？
你还有哪些猜想，请与同学交流。
学生可能猜想浮力与液体的密度、排开液体的体积、物体的重力、物体的体积、物体的质
量、物体的形状、深度等因素有关。
教师板书学生的猜测，并引导学生合并归类，引导各小组认领实验课题。按下列要求设 计实验报告：实验课题、实验目的、实验仪器、实验步骤。
学生分小组讨论实验方案，教师要巡视指导。教师提醒学生在设计实验方案时要用控 制变量法。
特别提醒：对于多因素（多变量）的问题，常常可以采用控制变量的办法，把多个因素的
问题变成多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综合解决。
、讨论完毕后，请研究不同猜想的小组都上台介绍自己的选材及实验方案；其他同学进行 补充，最后完善方案。
例如：
研究浮力的大小与物体的形状有关的方案可能是：用弹簧测力计测出橡皮泥的重力，把 橡皮泥浸没在水中读出弹簧测力计的示数，把橡皮泥捏成其他的形状再浸没在水中读出弹 簧测力计的示数，分别测出两次的浮力进行比较得出结论。
研究浮力大小与物体的重力有关的方案可能是：用弹簧测力计测出装有沙子的小瓶的 重力，把小瓶浸没在水中读出弹簧测力计的示数，再往小瓶中装沙子并用弹簧测力计测出这 次瓶的重力，再浸没在水中读出弹簧测力计的示数，分别计算出两次的浮力进行比较得出 结论。 教师在这个环节要给学生准备好实验器材。
除了弹测力计、烧杯、水、石块之外，还应准备以下器材：
①浮力的大小与液体的密度有关的实验：密度不同的液体，如酒精、盐水。
②浮力的大小与物体的密度有关：体积相同的不同金属块，如铁块、铜块、铝块。
③浮力的大小与物体排开液体的体积有关的实验：金属块。
④浮力的大小与物体的形状有关：橡皮泥。
⑤浮力的大小与物体的重力有关；装有沙子的小瓶、沙子。
⑥浮力的大小与物体的体积有关：体积不同的铜块。
学生进行实验探究，各小组根据要探究的课题，设计实验。设计完毕，投影各小组设计 的实验步骤，进一步修正完善。根据修正的步骤探究课题，设计记录实验数据表格并交流， 然后进行探究实验。
附：1．铁块在水中浮力的变化（如图所示）
结论：浮力的大小与浸入水中的深度无关，而与排开水的体积大小有关，排开水的体积 越大，物体所受浮力越大；排开水的体积越小，物体所受浮力也越小。 2．铁块在不同液体中浮力变化（如图所示）
结论：浮力的大小与浸入液体的密度大小有关，在排开液体体积相同的时候，液体密度 越大，物体所受浮力越大；液体密度越小，物体所受浮力越小。
设计说明：让学生从现有的知识水平出发，通过“快乐游戏”和“快乐体验”，提出可能影
响浮力大小的因素。并进行因素归类，分成各个独立的可能因素让各小组认领课题。通过 学生团队间的协作，进行方案设计，并对设计的方案从理论上的正确性、操作上的可行性进 行全班交流讨论、思辨、质疑和完善。
学生汇报实验过程与结论：分析实验数据，得出结论。
浸入液体中的物体所受的浮力与液体的密度和物体浸没在液体中的体积有关，与物体 浸没在液体中的深度、物体的密度、质量、体积、物体的形状等无关。
教师归纳总结学生的结论：
物体浸没在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大。
教学设计说明：探究影响浮力大小的因素是本节的重点，让学生自己动手进行实验探 究，经历知识建构过程，便于对知识的理解。由于时间的限制只能让学生分别来探究其中的 一个因素与浮力的关系。由浮力的大小跟液体的密度和排开液体的体积有关，到得出阿基 米德原理还要经历一个思索、推导的过程。教师做好引导，以便在下一节课中体现，这样才 符合认知过程。
同步训练
1．质量相同的实心铜球、铁球、铝球分别投入水中静止时，它们受到的浮力( )。 A.铝球最大 B．铁球最大
C．铜球最大 D．三个球一样大 答案：A 2．如图甲所示，物体重____________N。把它挂在弹簧测力计下，在它渐 渐地浸入水中的过程中，弹簧测力计的读数将变__________。浸没在水中 时，弹簧测力计的示数如图乙所示，则物体受到的浮力为___________N。
解析：本题主要考查“称重法”测浮力。由图甲可知物体重4 N;把物 体挂在弹簧测力计下，在它渐渐地浸入水中的过程中，物体受到的浮力变 大，弹簧测力计的读数将变小；由图乙知物体浸没在水中时弹簧测力计示 数为3N，则物体受到的浮力 -G-F-4 N-3 N=l N。 答案：4小1 3．轮船从长江驶入大海，是上浮一些还是下沉一些？
答案：海水的密度比长江水的密度大，驶人大海时，浮力增大，船会上浮一些。 4．芳芳进行探究鸡蛋受到的浮力大小与哪些因素有关的实验， 如图。请仔细观察，并回答下列问题：
(1)从A、B两图可知，鸡蛋在水中受到的浮力是_________N。 (2)根据B、C两图所示的实验，芳芳就得出了鸡蛋受到的浮力 大小与液体的密度有关。你认为这种探究方法对吗？____________（选 填“对”或“不对”）．如果不对，理由是________________。 解析：(1)由称重法可知鸡蛋在水中受到的浮力F*=G-F= 0.6 N-O.1 N=O.5 N。(2)要探究鸡蛋受到的浮力大小与液体的
密度的关系，应控制鸡蛋排开液体的体积相同，改换不同密度的液体。因此题中的方法不 对，因为B、C两实验中，没有控制鸡蛋排开液体的体积相同。
答案：(1)0.5(2)不对实验中没有控制鸡蛋排开液体的体积相同
实验名称：抽水法探究浮力的大小
实验器材：弹簧测力计、注射器、烧杯、水、细线、铁架台、重物 实验步骤： (1)分别测出物体的重力G和注射器的重力( (2)在烧杯中倒入一定量的水，在水面处做标记。将物体浸入水中，记下弹簧测力计示 数F。
(‘3)用注射器将烧杯中的水抽出，直至液面回到标记处。 (4)测出注射器和水的总重力
本节课的教学过程中学生动手实验探究贯穿整节课，从而对浮力有了最直接的感性认 识，然后通过学生分组实验活动，教师的引导演示将学生的感性认识提升到理性认识，使学 生进一步理解浮办的定义以及影响浮力大小的因素。在浮力的影响因素的猜想上学生有很 多分歧，但采用合并归类的方法保证了大部分学生的猜想都有所体现，所以能够保证太部分 同学都积极地参与。合作性的操作进行顺利得当，并且对数据能有效快速进行分析和论证， 得出了影响浮力的两个因素，使学生对科学探究的主要过程都有了亲身良好的体验，很好地 达到教学目标。
不会淹死人的海
人们从古代起，就已经知道世界上有不会淹死人的海。这就是有名的死海。死海里的 水非常咸，任何生物都不能在里面生存。炎热而又不下雨的巴勒斯坦的气候，使海面的水发 生剧烈的蒸发作用。可是蒸发掉的只是些纯水，至于溶解在里面的盐却还是留在海里，因 此，盐的浓度越来越大了。这就是为什么死海里的水的含盐量不跟大多数海洋一样只有 2%～3%，而是有27%以上，并且还随着水的深度增大而增大。这样，死海里所含的物质当
中，就有是溶解的盐。这里的盐的总含量，据估计大约有4 000万吨。
由于这样高的含盐量，死海就有了一种有趣的特征：这里的水比普通的海水重得多。我 们身体的重力比相同体积的浓盐水要轻得多，所以人不可能在死海里下沉，人会浮在水面 上，像鸡蛋会浮在盐水上一样（鸡蛋在淡水里会下沉）。
幽默作家马克·吐温游历了死海以后，曾经用有趣的笔调描写了他和同伴们在死海里 洗澡的时候所得到的异常的感觉：
这是一次有趣的沐浴！我们竟不会沉下去。在这里，我们可以把身体完全伸直，并且把 两手放在胸部，仰卧在水面上，而大部分身体却仍旧在水面上。这时候我们还可以把头完全 抬起来„„你能够很舒服地仰卧着，把两个膝盖抬到下噪颚面用双手抱住它们——不过这 样会使你很快就翻一个筋斗，因为头部太重了。你可以头顶着海水竖起来，使自己从胸膛中 部到脚尖这一段身体露在水面上，不过你不能长久地保持这种姿势。你不能仰游得很快，因 为你的脚完全露在水面上，只好用脚跟推水。如果你倚着身体游泳，那你就不能前进，反而 要后退。马在死海里既不能游泳，也不能直立，因为它的身体太不稳定了——它一到水里， 只能侧着身体躺在水面上。
在图中，你可以看到一个人很舒服地躺在死海的水面上。较大 密度的水能使他用这种姿势看书，并且拿着伞遮住炙热的阳光。 卡拉博加兹湖湾（里海的一个海湾）里的水和含盐量达到 27%的埃尔唐湖里的水，都有这种特别的性质。
在不同的海里，水的含盐量也是各不相同的。由于这个缘
故，船身的吃水深度也不一样。读者当中也许有人曾经在船的侧面吃水线附近看到过一种 “鲁意记号”。这种记号就是用来标明船在各种密度的水里的最高吃水线的。例如图中画的 满载记号，就是船只满载时在各种海水里的最高吃水线：
在淡水里(Fresh Water)„„ „„．FW 在印度洋，夏季(1ndia Summer)„„„ „„„IS 在咸水里，夏季(Summer)„„ „„„．S 在咸水里，冬季(Winter)„„． „„„W
在北大西洋，冬季(Winter North tlantic) „„„„WNA
最后还应该指出，在不久以前又发现了另外一种水，这种水的不 含杂质的纯态比普通水要重：它的密度是 也就是说比普通水重10%。因此，在这种水的池里，
甚至连不会游泳的人也不会沉下去。新发现的这种水叫做“重水”，它的化学式是（在它的组成里的氢原子，比普通氢原子重一倍，它的符号是字母D)，普通 水里含有很少量的重水：10升饮水里大约含有重水2克。
我们现在已经能够得到几乎是纯净的重水水0.05%。
了。在这种纯净的重水里，只含普通
