資源簡介

9.2 阿基米德原理
素養目標
1.經歷實驗探究,說出影響浮力大小的因素,體驗探究過程中運用的科學方法。
2.經歷從提出問題、作出猜想到進行實驗探究的過程,概述阿基米德原理。
3.通過實驗探究,激發學生勇于探求真理的熱情,享受科學探究的樂趣,培養實事求是的科學態度。
◎重點:經歷探究影響浮力大小的因素、概述阿基米德原理。
【預習導學】
生活中的物理
曹 沖 稱 象
《三國志》中記載:沖少聰察,生五六歲,智意所及,有若成人之智。時孫權曾致巨象,太祖欲知其斤重,訪之群下,咸莫能出其理。沖曰:“置象大船之上,而刻其水痕所至,稱物以載之,則校可知。”太祖大悅,即施行焉。
　　【問題】通過《力的合成》的學習,我們知道曹沖稱象運用了等效替代的思維方法,那么曹沖稱象利用的原理是什么
重點梳理
知識點一 浮力的大小與哪些因素有關
1.影響因素:物體在液體中所受浮力的大小不僅與液體的 有關,還與物體排開液體的
有關,而與浸沒在液體中的 無關。
2.研究方法:由于影響浮力大小的因素可能不止一個,探究過程要運用 法。
·學習小助手·
所謂“物體排開液體的體積”是指物體浸入液體部分的體積,這部分體積排開了本來處于這一位置的液體。
對點自測
1在如圖所示的“探究浮力大小與哪些因素有關”的實驗中,可以探究物體所受浮力大小與物體排開液體的體積有關的是圖中的 ( )
A.甲和丙 B.甲和乙
C.乙和丁 D.丙和丁
【參考答案】
知識點一
1.密度　體積　深度
2.控制變量
對點自測
1.A
知識點二 阿基米德原理
1.原理內容:浸入液體中的物體所受浮力的大小等于 的大小,這就是著名的阿基米德原理。
2.公式表示: 。
3.適用范圍:阿基米德原理是在實驗基礎上分析歸納得到的,它既適用于 體,也適用于
體,即浸沒在氣體里的物體受到的浮力大小,等于它排開的氣體所受到的重力,即F浮=G排氣=ρ氣gV排。
4.推導公式:根據原理可知 F浮=G排,結合已經學過的知識,我們知道排開液體的重力G排=m排g=ρ液gV排,即F浮=G排= 。式中G排即為被物體排開的液體的重力,單位是N;ρ液是物體所浸入的液體的密度,其單位必須用kg/m3;V排表示被物體排開的液體的體積,單位必須用 m3,g取9.8 N/kg(或取10 N/kg)。
·學習小助手·
“浸入”是指部分體積在液面之下,并且隨著浸入深度的增加排開液體的體積不斷增大;“浸沒”是指物體的全部體積都在液面以下,排開液體的體積等于物體的體積,不隨深度的變化而變化。
對點自測
2小鶯做“驗證阿基米德原理”實驗的步驟如圖所示,處理數據時,發現實驗步驟有所遺漏,
遺漏的步驟為 ,若將遺漏的步驟標注為d,實驗步驟a、b、c、d中,彈簧測力計的示數依次為Fa、Fb、Fc、Fd。若這些示數之間的關系滿足(用所給的字母表示) ,則可驗證阿基米德原理。
【參考答案】
知識點二
1.被物體排開的液體所受重力
2.F浮= G排　
3.液　氣
4.ρ液gV排
對點自測
2.測量空桶的重力　Fa-Fb=Fc-Fd
【合作探究】
任務驅動一 探究浮力的大小與哪些因素有關
提出問題:將飲料罐正立著按入水中,按入水中越深,所需的力越大;人在水中會下沉,在死海中會浮在水面上;木塊浮在水面上,而鐵塊在水中會下沉。那么,浮力的大小與哪些因素有關
作出猜想: 。
實驗器材:體積相等的鐵塊與鋁塊、彈簧測力計、燒杯、水、濃鹽水、細線等。
實驗步驟與現象分析:
實驗目的 圖示 現象
探究浮力的大小是否與物體排開液體的體積有關
探究浮力的大小是否與液體的密度有關
探究浮力的大小是否與浸在液體中的深度有關
探究浮力的大小是否與物體的密度有關
　　實驗結論:
浮力的大小只跟液體的 和物體排開液體的 有關。當液體的密度一定時,排開液體的體積越大,物體受到的浮力越 。當排開液體的體積相同時,液體的密度越大,物體所受的浮力越 。
【參考答案】
任務驅動一
作出猜想:浮力的大小可能與液體的密度、物體排開液體的體積、物體在液體中的深度、物體的密度等有關
實驗結論:密度　體積　大　大
任務驅動二 探究浮力的大小
提出問題:浮力的大小等于什么
作出假設:既然浮力的大小只跟液體的密度和排開液體的體積有關,那么它們之間一定存在定量關系。
制訂計劃與設計實驗:用 (填方法)測出物體在水中所受浮力的大小,同時測出物體受到浮力時排開液體的 ,然后比較兩者之間的 關系。
實驗器材:燒杯、彈簧測力計、小桶、小石塊、細線等。
實驗步驟:(1)先將燒杯按圖甲那樣放置,作為溢水杯;再按圖乙那樣用彈簧測力計測出小石塊的重力G和小桶的重力G0。
　　(2)如圖丙所示,將該小石塊浸入盛滿水的溢水杯中,并用一小桶接住從溢水杯中溢出的水。讀出此時彈簧測力計的示數G',求出該物體所受浮力F浮=G-G'。
(3)按圖丁那樣測量出小桶和排開水的總重G1,再算出小桶中水的重力G排=G1-G0,發現F浮= G排。
實驗數據:
小石塊的重 G/N 小石塊在水中測力計示數G'/N 小石塊所受的浮力F浮/N 小桶的重力 G0/N 小桶排開水的總重力G1/N 排開水的重力 G排/N
2.2 1.4 0.8 1.0 1.8 0.8
探究歸納: 。
實驗結論: ,即F浮= G排,這就是著名的阿基米德原理。
【參考答案】
任務驅動二
制訂計劃與設計實驗:稱重法　重力　數量
實驗歸納:浸在水中的小石塊所受的浮力等于它排開水的重力,F浮= G排
實驗結論:浸入液體中的物體所受浮力的大小等于被物體排開的液體所受重力的大小
任務驅動三 學以致用
通過上面的探究,請利用所學的知識解釋曹沖稱象的道理。
【參考答案】
任務驅動三
答:船上放大象和放石頭,水面達到相同的記號,即排開水的體積相同,根據阿基米德原理知道兩種情況受到的浮力相同;兩種情況船均為漂浮,根據二力平衡條件可知,F浮=G,所以大象和船的總重等于石頭和船的總重,則G象=G石頭,所以 m象= m石頭。
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