初中八年级人教版物理下册第十章《浮力》课件

PowerPoint主讲人:202X.X时间:第十章浮力01020304一、浮力的奇妙世界二、阿基米德原理的发现之旅三、物体的浮沉条件及应用四、跨学科实践：制作微型密度计CONTENTS目录PowerPoint一、浮力的奇妙世界PART01PowerPoint同学们，在生活中我们常常能观察到一些有趣的现象。比如，把木块放入水中，它会漂浮起来；鸭子在水面自由自在地游动；巨大的轮船能承载着大量的货物在海洋中航行。这些现象背后都隐藏着一个重要的物理概念——浮力。浸在液体中的物体受到液体对物体向上托的力，这个力就叫作浮力。就像我们在游泳池里，能明显感觉到身体变轻了，这就是水对我们产生浮力的缘故。浮力的定义与感知浮力的方向是竖直向上的，这是一个非常关键的知识点。无论物体是漂浮在液体表面，还是浸没在液体内部，浮力的方向始终是竖直向上的。那我们如何测量浮力的大小呢？这里要介绍一种常用的方法——称重法。当物体浸在液体中时，弹簧测力计的示数会发生变化，因为它受到了浮力的作用。此时，浮力的大小等于物体在空气中时弹簧测力计的示数（即物体的重力G）减去物体浸在液体中时弹簧测力计的示数F，也就是F_{浮}=G-F。01浮力的方向与测量01浮力究竟是如何产生的呢？让我们一起来深入探究一下。以一个长方体物体浸没在液体中为例，长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡，物体水平方向所受的合力为0。而对于上、下两面，由于上表面深度小于下表面深度，根据液体压强公式p=ρgh（其中p表示压强，ρ表示液体密度，g是重力加速度，h是深度）可知，下表面受到的向上的压强p_{向上}大于上表面受到的向下的压强p_{向下}。又因为上下表面面积相等，根据压力公式F=pS（F表示压力，S表示受力面积），所以下表面受到的向上的压力F_{向上}大于上表面受到的向下的压力F_{向下}，这两个压力的差值就是浮力，即F_{浮}=F_{向上}-F_{向下}。这就很好地解释了浮力产生的原因。浮力产生的原因探究PowerPoint二、阿基米德原理的发现之旅PART02PowerPoint01阿基米德原理的发现有一个有趣的故事。相传，古希腊国王让工匠打造了一顶纯金的王冠，但他怀疑工匠在王冠中掺了银。于是，国王请阿基米德来鉴定王冠是否是纯金的，而且不能损坏王冠。阿基米德冥思苦想了很久，一直没有找到好的方法。有一天，他去洗澡，当他进入浴盆时，水从盆中溢了出来，他突然恍然大悟，发现了浮力的奥秘，从而得出了阿基米德原理。阿基米德的灵感时刻01阿基米德原理的内容是：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的重力。用数学表达式表示为F_{浮}=G_{排液}，进一步展开就是F_{浮}=m_{排}g=ρ_{液}gV_{排}（这是决定式）。其中，m_{排}表示物体排开液体的质量，ρ_{液}表示液体的密度，V_{排}表示物体排开液体的体积。这个原理不仅适用于液体，也适用于气体。例如，热气球能在空中上升，就是因为它受到了空气向上的浮力，浮力大小等于它排开空气的重力。原理内容与数学表达对于阿基米德原理，有几个要点需要我们特别注意。首先，F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}这个决定式表明，浮力大小只和ρ_{液}、V_{排}有关，与物体的形状、密度，浸没在液体中的深度及物体在液体中是否运动等因素无关。比如，一个正方体铁块和一个球体铁块，只要它们排开液体的体积相同，在同一种液体中受到的浮力就是相等的，无论它们是静止在液体中，还是在液体中运动。其次，要注意区分浸没、浸入、浸在、没入这些概念。浸没是指物体完全进入液体中，此时V_{排}=V_{物}；浸入和浸在意思相近，都表示物体部分或全部进入液体中；没入和浸没意思类似，但没入更强调进入液体的动作。这些概念的准确理解，对于我们运用阿基米德原理解决问题非常重要。01深入理解原理的关键要点PowerPoint三、物体的浮沉条件及应用PART03PowerPoint物体在液体中的浮沉取决于它受到的浮力和重力的大小关系。当物体浸没在液体中时，如果F_{浮}＞G_{物}，物体就会上浮；如果F_{浮}＜G_{物}，物体就会下沉；如果F_{浮}=G_{物}，物体就会悬浮在液体中。比如，把一个乒乓球和一个小铁球同时浸没在水中，乒乓球会因为受到的浮力大于重力而上浮，最终漂浮在水面上；小铁球则会因为受到的浮力小于重力而下沉到水底。对于实心物体，我们还可以通过比较物体密度ρ_{物}和液体密度ρ_{液}来判断浮沉情况。当ρ_{液}＞ρ_{物}时，物体上浮；当ρ_{液}＜ρ_{物}时，物体下沉；当ρ_{液}=ρ_{物}时，物体悬浮。01浮沉条件的基本原理轮船：钢铁的水上奇迹轮船是利用物体漂浮在水面的原理工作的。大家都知道，钢铁的密度比水大，如果把一块实心的钢铁放入水中，它肯定会下沉。但聪明的人类把密度比水大的钢材制成空心的，这样就增大了排开液体的体积，从而增大了可利用的浮力，使轮船能够漂浮在水面上。轮船的大小通常用排水量来表示，排水量就是轮船满载时排开水的质量。一艘轮船从河里驶向大海，它受到的重力大小不变，因为轮船的质量没有改变；它受到的浮力大小也不变，因为轮船始终处于漂浮状态，浮力始终等于重力；但是由于海水的密度大于河水的密度，根据F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}，在浮力不变的情况下，液体密度变大，排开液体的体积就会变小，所以轮船会在上浮一些。气球与飞艇：天空的漂浮使者气球和飞艇是利用空气的浮力升空的，它们里面充的是密度小于空气的气体，如氢气、氦气或热空气等。当气球或飞艇内气体的密度小于空气密度时，它们受到的浮力就大于重力，从而能够上升。通过改变自身体积的大小，就可以改变浮力的大小，实现上升和下降。例如，热气球是通过加热球内的空气，使空气膨胀，体积增大，浮力增大，从而上升；当停止加热，球内空气冷却，体积减小，浮力减小，就会下降。潜水艇：水下的神秘行者潜水艇是靠改变自身的重力来实现上浮和下潜的。潜水艇的两侧有水舱，当向水舱中充水时，潜水艇的重力增大，当重力大于浮力时，潜水艇就下沉；当从水舱中向外排水时，潜水艇的重力减小，当重力小于浮力时，潜水艇就上浮；当重力等于浮力时，潜水艇就可以悬浮在水中的任何深度。潜水艇在水面下无论沉、浮，受到的浮力不变，因为它排开液体的体积始终等于自身的体积。密度计：液体密度的精准测量者密度计是一种测量液体密度的仪器，它是利用物体漂浮在液面上时浮力等于重力的原理制成的。密度计的构造比较特殊，下面有铝粒，这些铝粒能使密度计直立在液体中。密度计的刻度线从上到下，对应的液体密度越来越大。因为密度计在各种不同的液体中都处于漂浮状态，浮力始终等于重力，根据F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}，在浮力不变的情况下，液体密度越大，排开液体的体积就越小，所以密度计浸入液体的深度就越浅，刻度值就越大。生活中的浮沉应用实例PowerPoint四、跨学科实践：制作微型密度计PART04PowerPoint在日常生活中，我们经常需要判断一些液体的密度是否符合标准。比如，消毒酒精的密度约为0.87×10^{3}kg/m^{3}，我们可以用密度计测量酒精的密度，来初步判断酒精是否合格。但常用的密度计体积较大，很难放入小瓶酒精中进行测量。所以，我们这次跨学科实践的目标就是设计制作一个微型密度计，让它能够放入小瓶中，方便、快速地判断酒精是否合格。这不仅能让我们更好地理解密度计的工作原理，还能锻炼我们的动手能力和跨学科思维。实践背景与目标设计思路制作微型密度计，首先要有一个清晰的设计思路。我们可以把塑料吸管的下端用蜡封口并缠上铜丝，做成一个简易密度计的雏形，让它能竖直漂浮在水面上。但这样的简易密度计放入盛酒精的小瓶后，可能会出现一些问题。比如，可能会触碰瓶底，导致测量不准确；可能会使酒精溢出，造成浪费和危险；可能吸管因直径太大，造成液面在吸管上的位置变化很小，影响我们对酒精密度的判断。所以，我们在设计时要充分考虑这些因素。关键参数估算要设计出符合要求的微型密度计，需要对一些关键参数进行估算。对于100mL的小瓶酒精来说，若用微型密度计测量时排开1-2mL的酒精，一般不会导致酒精的溢出。已知酒精的密度ρ=0.87×10^{3}kg/m^{3}，根据m=ρV（m表示质量，V表示体积），1-2mL酒精的质量为1g左右，那么微型密度计的质量也应为1g左右，这样才能保证它在测量时不会使酒精溢出。另外，合格酒精的密度范围是0.86-0.88×10^{3}kg/m^{3}。若密度计漂浮在密度为0.86×10^{3}kg/m^{3}的酒精中，液面位于标杆的A位置；若密度计漂浮在密度为0.88×10^{3}kg/m^{3}的酒精中，液面位于标杆的B位置，液面位于A、B之间的酒精都是合格的。为了便于观察，A、B间的长度不少于4mm。根据圆柱的体积公式V=πr^{2}h（这里V表示体积，r表示半径，h表示高度），可估算出标度杆的横截面积约为0.07cm^{2}，进而算出标度杆的直径约为3mm。结构设计与材料选择微型密度计主要由标度杆、浮子和配重三部分组成。标度杆用于标注对应液体的密度值，我们可以选择直径约为3mm的细塑料管，或做棉签的实心塑料杆，或细的圆珠笔芯等。浮子的作用是增大浮力，使密度计能漂浮在各种液体中，我们可以选择密度小的泡沫塑料球，也可以截一段稍粗点的塑料管，将其两头封口作为浮子。配重的作用是降低密度计的重心，使密度计竖直漂浮在液体中，我们可以使用铜丝或铁丝，通过改变铜丝或铁丝的长度来改变配重。制作步骤与技巧接下来就是制作过程。取长约8cm、直径约3mm的实心塑料杆作为标度杆，将直径约1.2cm的泡沫塑料球套在标度杆中部作为浮子，下端绕有铜丝作为配重。在制作过程中，要注意调节配重，使密度计在水中漂浮时浮子浸没在水中，水面上方露出一段标度杆。然后将调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中，依据液面位置在标度杆上做一个记号，最后用4mm宽的彩色胶布中心对着记号贴在塑料杆上，这样一个微型密度计就制作完成了。设计与制作过程详解制作完成后，我们就可