10.3 物体的浮沉条件及应用 讲义-2024-2025学年人教版物理八年级下册

10.3物体的浮沉条件及应用 在水中，比水密度大的物体会下沉，比如石头、铁块等；比水密度小的物体会上浮，比如塑料、木头等。在其他液体和气体中也是如此。那是不是铁做的东西就永远无法漂在水面上了呢？ 探究：不同物体的浮沉 现象：将两个鸡蛋（其中一个是新鲜鸡蛋，一个是长时间存放后的变质鸡蛋）放入同一杯盐水中，结果一个下沉，一个却浮在上面，你知道哪个鸡蛋是变了质的吗？ 解析：浮在上面的是变了质的鸡蛋，因为蛋壳表面有许多肉眼看不见的小孔，长时间存放后鸡蛋内的水分会蒸发，空气便会进人鸡蛋内部，所以变质的鸡蛋会更轻。 猜想：两个鸡蛋的大小相差不大，排开盐水的体积相差不大，所以浮力基本相等。难道物体的浮沉跟物体的重力大小有关？ 概念：物体在液体中的浮沉共有五种状态。1、上浮；2、下沉；3、悬浮；4、漂浮；5、沉底。 物体的浮沉跟什么因素有关？ 泰坦尼克号是当时世界上体积最庞大、内部设施最豪华的客运轮船，有“永不沉没”的美誉 。然而不幸的是，在它的处女航中，泰坦尼克号便遭厄运——它从英国南安普敦出发，途经法国瑟堡-奥克特维尔以及爱尔兰科夫(Cobh)，驶向美国纽约。1912年4月14日23时40分左右，泰坦尼克号与一座冰山相撞，造成右舷船艏至船中部破裂，五间水密舱进水。4月15日凌晨2时20分左右，泰坦尼克船体断裂成两截后沉入大西洋底3700米处。为什么泰坦尼克号开始能浮在水面，而后又沉入了海洋深处？ 物体的浮沉条件（力的因素） 物体的沉浮条件（实心物体）  1、G物>F浮时，物体下沉 （右图） 2、G物=F浮时，物体悬浮（中图）  3、G物<F浮时，物体上浮（左图）（静止后漂浮） 4、物体漂浮时，G物=F浮（此为上浮的最后境界） 　　 5、物体沉底时，G物=F浮+F支（三力平衡）（此为下沉的最后境界） 改变浮力实现浮沉 如何实现物体的浮沉:改变浮力 1、重力不能改变时，通过改变浮力实现浮沉 演示：教材“想想做做” 盐水浮鸡蛋 如图，将新鲜的鸡蛋放入清水中，观察鸡蛋在容器中的位置，向水 中加入一定量的盐，再观察鸡蛋在容器中的位置，继续向水中加盐， 分别观察鸡蛋在容器中的位置。 现象及分析： 鸡蛋放入清水中时下沉，因为鸡蛋受到的浮力小于它受到的重力。 向水中加入一定量的盐后，鸡蛋悬浮在水中，因为盐水的密度大于清水的密度，鸡蛋受到的浮力增大，最终与重力相等，所以悬浮。继续加盐，盐水的密度也随着增大，鸡蛋受到的浮力也继续增大，最终浮力大于重力，观察到鸡蛋上浮最终漂浮在水面上。 如何实现物体的浮沉:改变重力 2、浮力不能改变时，通过改变重力实现浮沉 演示：浮沉子的浮沉 如图，把一个小玻璃瓶放入水中，用力挤压矿泉水瓶侧壁，观察 小玻璃瓶的位置；松开手，再观察小玻璃瓶的位置。 现象及分析： 用力挤压矿泉水瓶侧壁时，观察到小玻璃瓶下沉。因为挤压矿泉 水瓶时，矿泉水瓶内气压增大，把水压入小玻璃瓶中，玻璃瓶的 重力变大，而浮力不变，重力大于浮力，所以下沉；松开手后， 观察到小玻璃瓶上浮到原来的位置。因为松开手后，矿泉水瓶内 气压减小，玻璃瓶中的水被排除，玻璃瓶的重力减小到小于浮力， 所以上浮。 物体的浮沉条件（密度因素） 上浮：由F浮>G可得，ρ液g V排>ρ物gV物，因为V排=V物，所以ρ液>ρ物。即：比液体密度小的物体会在液体中上浮，比如塑料、木头等。 下沉：由F浮<G可得，ρ液gV排<ρ物g V物，因为V排=V物，所以ρ液<ρ物。即：比液体密度大的物体会在液体中下沉，比如石头、铁块等。 悬浮：由F浮=G可得，ρ液gV排=ρ物g V物，因为V排=V物，所以ρ液=ρ物。即：与液体密度相等的物体会悬浮在液体中，比如空心金属块等。 11物体的浮沉条件归纳11 浮沉状态 受力分析 密度分析 上浮 F浮>G ρ物<ρ液 漂浮 F浮=G ρ物<ρ液 悬浮 F浮=G ρ物=ρ液 下沉 F浮<G ρ物>ρ液 浮力的应用（一） 空心法：的密度小于水的密度。把树木挖成“空心”就成了独木舟，自身重力变小，可承载较多人，独木舟排开水的体积变大，增大了可利用的浮力，橡皮泥卷成一团，沉于水底（左图），而“空心”的橡皮泥可浮在水面上（右图），说明“空心”可调节浮力与重力的关系。（图中两块橡皮泥的质量相等，重力也相等） 如果我们把铁块做成一个空心的东西，就像生活中看到的轮船或者是铁皮做的油箱，它们还是可以浮在水面上的。任何一个物体只要它在水中排开水的重量大于它自己的重量，它就能在水中漂浮。我们戴上救生圈就能浮在水中就是因为救生圈帮我们“排开”了更多的水。 采用“空心”增大体积，从而增大浮力，使物体能漂浮在液面上。 浮力的应用（二） 轮船：轮船能漂浮在水面的原理：钢铁制造的轮船，由于船体做成空心的，使它排开水的重增大，受到的浮力增大，这时船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上。轮船是利用物体漂浮在液面的条件F浮=G来工作的。只要船的重力不变，无论船在海里还是河里，它受到的浮力不变。（只是海水河水密度不同，轮船的吃水线不同）。根据阿基米德原理，F浮=ρ液gV排，它在海里和河里浸入水中的体积不同。 排水量：轮船的大小通常用它的排水量来表示，排水量就是指轮船在满载时排开水的质量。 轮船满载时受到的浮力F浮=G排=m排g。而轮船是漂浮在液面上的，F浮=G船+G货=m船g+m货g， 因此有m总=m船+m货。 浮力的应用（三） 潜水艇：浸没在水中的潜水艇无论下潜多深，排开水的体积始终不变，所以潜水艇所受的浮力始终不变。潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现的（改变自身重力：排水充水）。若要下沉，可充水，使F浮<G；若要上浮，可排水，使F浮>G。在潜水艇浮出海面的过程中，因为排开水的体积减小，所以浮力逐渐减小，当它在海面上行驶时，受到的浮力大小等于潜水艇的重力（漂浮）。 浮力的应用（四） 气球和飞艇（浮空器）：为了能够飘在空中，我们就需要寻找比空气更轻的东西。大家首先想到了氢气。氢气是目前世界上已知的密度最小的气体。因此人们把氢气充入气球，就可以乘坐氢气球在天空中飞行。但是氢气是易燃易爆气体，氢气球容易爆炸，而氦气的密度也比空气小，并且氦气是惰性气体，即使用火去点也点不着，所以后来人们逐渐用氦气球或者热气球取代氢气球。 气球和飞艇里充的是密度小于空气的气体。热气球里充的是被燃烧器加热、体积膨胀、密度变小了的热空气。F浮=ρ空气gV，G球=ρ气gV+G壳，当F浮≥G球时，气球或飞艇可升上天空。若要使充氦气或氢气的气球或飞艇降回地面，可以放出球内的一部分气体缩小气球体积，减小浮力，使浮力小于G球。对于热气球，只要停止加热，热空气冷却，气球体积就会缩小，减小浮力，使浮力小于G球而降回地面。（同理，风就是热空气的向上，冷空气的向下形成的空气对流） 浮力的应用（五） 密度计：密度计是利用物体漂浮在液面的条件来工作的。用密度计测量液体的密度时，它受到的浮力总等于它的重力，由于密度计制作好后它的重力就确定了，所以它在不同液体中漂浮时所受到的浮力都相同。根据浮力公式可知：待测液体的密度越大，密度计浸入液体中的体积则越小，露出部分的体积就越大；反之待测液体密度越小，密度计浸入液体中的体积则越大，露出部分的体积就越小，所以密度计上的刻度值是“上小下大”。 浮力的应用（六）：盐水选种： 盐水选种，就是把种子放在一定浓度的盐水里，利用浮力把好种子和坏种子分开来。盐水的浮力较淡水更大，能够将一些不饱满的种子浮起来。饱满种子因为受到的浮力小于它们所受的重力会沉在水底；密度小于盐水密度的种子则会在盐水中上浮。然后用漏网把上浮的种子捞出来，这样种子就能很容易地被分开了。 【跟踪练习】 1、一个质量为140 g、体积为1.8×10-4 m3的物体，用手将其浸没在水中时，物体受到的浮力为     N，松手后物体将     (填“上浮”“下沉”或“悬浮”)。 2、轮船从鸭绿江驶入黄海所受到的浮力将     ,轮船排开水的体积将      (填“变大”“变小”或“不变”);若此轮船的排水量为2000t,那么该轮船满载货物时受到的浮力为      N。(g取10 N/kg) 3、小竹将质量为120 g的物体放入盛满水的溢水杯中,当物体静止时,溢水杯中溢出了100 cm3的水,则物体(g取10 N/kg)(   ) A.漂浮在水面上 B.悬浮在水中 C.沉在溢水杯底部 D.受到1.2 N的浮力 4、如图是关于浮力知识的应用实例,其中说法正确的是(    )   A.图a中浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变大 B.图b中轮船在海里航行时与在河里航行时所受的浮力相等 C.图c中液体的密度越大,密度计漂浮时受到的浮力就越大 D.图d中气球是利用填充气体密度大于空气密度的原理上浮 【答案】1、1.764；上浮；2、不变；变小；2×107；3、C；4、B； 1 学科网（北京）股份有限公司 $$