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

第十章 浮力 第3节 物体的浮沉条件及应用 人教版 物理 八年级下册 1、物体的浮沉条件。 2、浮力的应用。 学习目标 1. 浮沉现象 (1)物体上浮，最终漂浮在液面上； (2)物体悬浮，可以静止在液面下任何位置； (3)物体下沉，最终沉入液体底部。 新知一 物体的浮沉条件 探究新知 2. 物体的浮沉条件 (1)物体的浮沉取决于浮力与重力的大小关系： 状态 物体浸没在液体中 物体部分浸在液体中 上浮 悬浮 下沉 漂浮 条件 F 浮>G 物 F 浮=G 物 F 浮<G 物 F 浮=G 物 示意图 (2)物体的浮沉与密度的关系： ①浸没在液体中的物体，若ρ 物<ρ 液，物体将上浮，最终漂浮； ②浸没在液体中的物体，若ρ 物=ρ 液，物体将悬浮； ③浸没在液体中的物体，若ρ 物>ρ 液，物体将下沉。 3. 浮沉条件的理解 (1)上浮和下沉是动态过程。物体浸没在液体中时，受到的浮力最大。 ①当F浮>G物时，物体上浮，随着物体不断上升，其将有一部分开始露出液面，物体所受的浮力也开始减小，当到F 浮=G物时，物体就处于平衡状态——漂浮。 ②当F浮<G物时，物体下沉，直至容器底对物体产生一定的支持力为止，此时物体在重力、浮力和支持力的作用下处于平衡状态——沉底。 (2)漂浮和悬浮时，物体处于平衡状态。由浮沉条件知，漂浮和悬浮时有G物=F浮，则m物g=m排g, 可见m物=m排。 特别提示: 证明：由于物体浸没在液体中，则V排=V物，物体的重力G物=ρ物gV物，物体所受的浮力F浮=ρ液gV 排。 (1)若ρ物<ρ液，则G物<F浮，故物体会上浮，最终漂浮； (2)若ρ物=ρ液，则G物=F浮，物体受平衡力的作用，会悬浮； (3)若ρ物>ρ液，则G物>F浮，故物体会下沉。 警示误区: 悬浮与漂浮的区分和联系： 悬浮 漂浮 在液体中的位置 液体内部任意位置 液体表面任意位置 体积关系 V 排=V 物 V 排<V 物 密度关系 ρ物=ρ液 ρ物<ρ液 力的关系 F 浮=G 物 例 1 游泳时戴游泳圈是防止溺水的有效方法。质量为50 kg 的小蓉戴游泳圈后，能静静地漂浮在水面上，如图1 所示。游泳圈对她的作用力大小最符合实际的是(　　) A. 5 000 N B. 500 N C. 50 N D. 5 N C 解题秘方：人体受力如图2 所示，利用G=mg 算出人的重力，利用公式V= 估算人的体积， 再利用公式F浮=ρ 水gV排算出人受到 的浮力，则游泳圈对人的作用力等 于浮力F浮和人的重力G 之差。 解析：小蓉的重力G=mg=50 kg×10 N/kg=500 N；人体的密度约1.0×103 kg/m3，人体的体积V= = = 0.05 m3，小蓉漂浮在水面时，约的体积露出水面，即V 排=(1－ )V= V= ×0.05 m3=0.045 m3，小蓉漂浮时受到的浮力F 浮=ρ水gV 排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.045 m3= 450 N，则游泳圈对小蓉的作用力F=G－F浮=500 N－450 N=50 N。 1-1. 如图3 所示，在家庭小实验中，某同学想让沉底的鸡蛋漂浮在水面上，下列操作可行的是(　　) A. 向杯子中加盐 B. 向杯子中加水 C. 倒出少量的水 D. 轻轻摇晃杯子 A 1-2. 甲、乙、丙是由不同材料制成、质量相等的实心球， 把它们投入水中静止后，甲球漂浮、乙球悬浮、丙球沉底，则它们受到浮力的情况是(　　) A. 三球浮力相同 B. 甲球浮力最小 C. 乙球浮力最小 D. 丙球浮力最小 D 1. 浮力的改变方法 (1)改变液体(或气体)的密度； (2)改变物体排开液体(或气体)的体积。 新知二 浮力的应用 2. 轮船 (1)原理：空心法。把密度大于水的钢铁制成空心的，使其排开更多的水，增大可以利用的浮力，从而漂浮在水面上。 (2)排水量： ①表示轮船的大小； ②排水量是轮船按照设计要求满载时排开水的质量。 警示误区: 关于排水量： ●不要误认为排水量是轮船“排开水的重力”，或“排开水的体积”。 ●轮船的排水量指轮船按设计要求满载货物时排开水的质量，是一定的，不变的；轮船空载或载货不满时，排开水的质量不能叫轮船的“排水量”。 ●轮船漂浮，则G总=F浮，m船+m货=m排。 3. 潜水艇 (1)原理：通过改变自身重力的方法来实现上浮和下潜。 (2)理解：潜水艇浸没在水中潜航时，浮力F浮不变，向水舱中注水，则自重G 变大，当G>F浮时将下潜；向外排水，则自重G 变小，当F浮>G 时将上浮。 4. 气球和飞艇 (1)原理：充入密度小于空气的气体(或热空气)，利用空气浮力来升空。 (2)理解：若氢气球和氦气球放出气球内的一部分气体，其排开空气的体积变小，浮力F浮变小，当G>F浮时气球将会降落；对于热气球，停止加热，则其排开空气的体积变小，浮力F浮变小，当G>F浮时气球将会降落。飞艇的降落与气球类似。 深度理解: 满载航行的轮船，其排水体积也会产生变化。当轮船在海里和河里航行时，其始终是漂浮的，浮力F浮始终等于重力G，保持不变，由于河水密度小于海水密度，由公式F浮=ρgV排知，轮船在海水中排开海水的体积小。 “福船”因由福建所造而得名，是古代海上丝绸之路的重要航运工具。如图4 所示，船的总质量为2×105 kg，则该船所受到的浮力是________N。(g 取10 N/kg) 例2 解题秘方：根据轮船在水面上“漂浮”这一条件计算浮力。 2×106 解析：轮船漂浮，则受到的浮力F浮=G船=m船g=2×105 kg ×10 N/kg=2×106 N。 方法技能：当轮船满载航行时，有F浮=G总，而F浮=m排g，G总=m船g+m货g，则m排=m船+m货，即轮船的排水量等于船自身质量与满载的货物的质量之和。 2-1. 我国自主研制的亚洲第一深水导管架“海基一号”质量为3 万吨，于202X年3 月15 日被顺利装上驳船运往珠江口盆地海域。驳船因载有“海基一号”而多排开海水的质量(　　) A. 等于3 万吨 B. 大于3 万吨 C. 小于3 万吨 D. 都有可能 A 用硬塑料瓶、透明胶带、螺母、塑料管、容器和水等，制作如图5 所示的潜水艇模型，不计进排气管体积。要让本来悬浮在a 位置的潜水艇下潜至b 位置悬浮，采取的措施是使瓶内气体(　　) A. 增加 B. 减少 C. 先增加后减少 D. 先减少后增加 D 例 3 解题秘方：a 位置悬浮的潜水艇要下潜至b 位置悬浮，应控制其先下沉再悬浮，可利用浮沉条件解答。 解析：为了让悬浮在a 位置的潜水艇下潜至b 位置悬浮，应从进排气管吸气，使瓶内的压强减小，水进入塑料瓶，使潜水艇受到的重力大于浮力，实现下沉；然后向瓶内加气，向外排水，使其重力等于浮力而悬浮；可见瓶内气体先减少后增加。 3-1. 如图6 所示，潜水艇能够上浮和下沉是通过改变________来实现的；潜水艇在上浮过程中，未露出水面之前，所受的浮力将________(填“变大” “变小”或“不变”)。 自重 不变 [多选]如图7 所示，在热气球下方开口处燃烧液化气，使热气球内部气体温度升高，热气球开始离地，徐徐升空。分析这一过程，下列表述正确的是( ) A. 气球内的气体密度变小，所受重力也变小 B. 气球内的气体密度不变，所受重力也不变 C. 气球所受浮力变大 D. 气球所受浮力不变 A、D 例4 解题秘方：气体密度可利用公式ρ=分析或根据密度的影响因素判断，气球所受浮力利用阿基米德原理F浮=ρ空气gV分析。 解析：热气球内部气体温度升高，体积增大，部分空气跑到气球外部，则气球内的空气密度减小，使气球整体所受重力G 减小；由阿基米德原理F浮=ρ空气gV 知浮力不变，当F浮>G时气球升空。 4-1. 如图8 所示，是气象探测保证服务团队，在珠峰大本营准备释放甲、乙两个探空气球采集气象信息，甲的体积小于乙的体积。在探空气球释放前后， 气球受到的浮力________(填“大于”“等 于”或“小于”)它排开空气所受的重力。 等于 第3节 物体的浮沉条件及应用 物体的 浮沉 漂浮：F浮＝G 条件 上浮：F浮＞G 悬浮：F浮＝G 下沉：F浮＜G 应用 轮船 潜水艇 气球、飞艇 归纳新知 再 见 $$