7.3 浮沉的条件及应用（教学课件）-【上好课】八年级物理下册同步高效课堂（沪科版·五四学制·上海2024）

第七章 浮力 八年级下册 •沪教版 五四•学制 考古发现，在良渚文化时期人们已经使用独木舟。从独木舟到现代大型船舶，人类已成功实现水面航行。潜水艇、热气球等发明，则使人类可以在水下和空中遨游。这些发明以及相关技术的发展都与浮沉条件密不可分。本章我们将学习与浮力相关的知识。 通过本章内容的学习，你将认识浮力，知道阿基米德原理；经历探究影响浮力大小因素的过程；能用物体的浮沉条件说明日常生活中的有关现象，感悟科学对技术进步和社会发展的积极影响。 导入新课 第3节 浮沉的条件及应用 人类日益关注深海资源的开发与利用。1986年，我国第一艘载人潜水器研制成功；2020年11 月，“奋斗者号”全海深载人潜水器坐底马里亚纳海沟。从百米浅海到万米深海，我国的载人深潜事业先后突破了多项核心技术，海洋探测能力和研究水平得到稳步提升。 想一想：“奋斗者号”是如何在水中实现浮潜的呢？ 物体的浮沉条件 01 改变物体的浮沉状态 02 课堂总结 03 提升训练 04 第3节 浮沉的条件及应用 阿基米德原理 01 第3节 浮沉的条件及应用 一、物体的浮沉条件 想一想 虽然液体或气体对浸入其中的物体有浮力的作用，但令人困惑的是，数万吨的航空母舰可以浮于水面自由航行，而一颗仅几十克的石子却沉入了水底。这是为什么? 根据力与运动的关系可知：由静止释放的物体如何运动，取决于它所受力的合力。要分析浸没在液体中的物体向哪个方向运动，需要分析它所受力的合力的方向。 一、物体的浮沉条件 1. 探究物体的浮沉条件 （1）物体浸在液体中时的受力分析 我们知道力是改变物体运动状态的原因，浸没在液体中的物体受到两个力：一个是竖直向下的重力G；另一个是竖直向上的浮力F浮。 根据物体所受浮力与重力大小关系的不同，由静止释放的物体，其浮沉存在三种情况。 F浮 G 一、物体的浮沉条件 （2）物体的浮沉条件 以浸没在水中的鸡蛋为例分析。 ①当浮力F浮大于重力G时，二力的合力方向向上，物体由静止开始上浮； 漂浮时，根据二力 平衡条件可知：F浮=G F浮＞G 最终静止在水面上，即漂浮。 向上运动 F浮 G F浮 G 一、物体的浮沉条件 ②当浮力F浮等于重力G时，二力的合力为0，物体保持悬浮状态； 悬浮时，根据二力 平衡条件可知：F浮=G 悬浮 F浮 G 一、物体的浮沉条件 ③当浮力F浮小于重力G时，二力的合力方向向下，物体由静止开始下沉。最终静止在底部。 F浮< G 向下运动 F浮 G 沉底时：受到重力G、浮力F浮 与支持力F支的作用，这三个力平衡： F浮=G-F支 F支 F浮 G 一、物体的浮沉条件 总结：物体的浮沉条件 浸没在液体中的物体受到重力和浮力作用： 如果浮力大小大于重力大小，物体上浮； 如果浮力和重力大小相等，二力平衡，物体悬浮在液体中； 如果浮力大小小于重力大小，物体下沉。 漂浮于液面的物体，处于平衡状态，其浮力和重力大小相等。 一、物体的浮沉条件 （1）比较物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉。 当物体浸没在水中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用。 浮力的大小：F浮＝ρ液gV排 重力的大小：G=m物g＝ρ物gV物 浸没在水中时：V排=V物 F浮 G 2. 比较物体密度与液体密度的大小判断物体的浮沉 一、物体的浮沉条件 浮力的大小：F浮＝ρ液gV排 重力的大小：G=m物g＝ρ物gV物 浸没在水中时：V排=V物 根据浮力和重力的关系推导： F浮 G ①若F浮＞G，即ρ液gV排＞ρ物gV物，得 ρ液＞ρ物，物体上浮； ②若F浮=G ，即ρ液gV排 = ρ物gV物， 得 ρ液=ρ物， 物体悬浮； ③若F浮＜G，即ρ液gV排 < ρ物gV物，得 ρ液＜ρ物，物体下沉。 一、物体的浮沉条件 （2）物体的浮沉与密度大小有关的实例 冰山漂浮在水面 物体沉底 ①漂浮: ρ冰＜ρ水 ②悬浮: ρ鸡蛋=ρ液体 ③沉底: ρ物体＞ρ水 一、物体的浮沉条件 ④盐水选种 在农业生产中，通过盐水选种可选出饱满、结实的种子，从而促进农作物产量的提高。农民采用盐水浸泡法来选种时，把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种子就会上浮直至漂浮，而饱满的种子则下沉到容器底部。请你说说这是为什么? 原理：根据浮沉条件，当物体的密度比液体的密度大时，物体将下沉，反之，则漂浮。不饱满的种子密度小于盐水的密度则漂浮，而饱满的种子密度大于盐水的密度则下沉。 一、物体的浮沉条件 若F浮＞G，则上浮 若F浮=G， 则悬浮 若F浮<G， 则下沉 若ρ液＞ρ物，则上浮 若ρ液=ρ物， 则悬浮 若ρ液<ρ物， 则下沉 总结： 物体的 浮沉条件 比较浮力和 重力的大小 比较物体密度和液体密度 一、物体的浮沉条件 3. 想想议议 如图所示，将新鲜的鸡蛋分别浸没在盛有水和盐水的容器中，观察鸡蛋在容器中的位置。 分析：将鸡蛋放入水中，由于其所受的浮力小于它所受的重力，从而下沉； 放入浓盐水中时，由于浓盐水密度较大，其所受的浮力大于它所受的重力，从而上浮，最终漂浮在浓盐水中。 水 盐水 一、物体的浮沉条件 演示实验——《盐水浮鸡蛋》 一、物体的浮沉条件 【例题1】如图所示，将一枚鸡蛋放在一杯盐水中，鸡蛋刚好处于悬浮状态，往杯中缓慢加入纯净水并适当搅拌，则在此过程中下列判断正确的是（　　） A．鸡蛋将下沉，所受浮力在减小 B．鸡蛋将下沉，所受浮力在增大 C．鸡蛋将上浮，在未露出水面之前，所受浮力不变 D．鸡蛋将保持悬浮，所受浮力不变 A 依题意得，鸡蛋在盐水中，刚好悬浮，则鸡蛋的密度等于盐水的密度；在盐水中加水，盐水的密度减小，小于鸡蛋的密度，则鸡蛋将下沉，鸡蛋排开盐水的体积不变，由F浮=ρ液gV排得，鸡蛋所受浮力在减小，故A正确，BCD错误。所以选A. 一、物体的浮沉条件 【例题2】质量相等，体积不等的甲、乙两个实心正方体物块在水中静止时的情景如图所示，下列说法正确的是（　　） A．甲受到的浮力小于乙受到的浮力 B．甲的密度小于乙的密度 C．甲下表面受到的压力比乙的大 D．甲下表面受到的压强比乙的小 C 一、物体的浮沉条件 A．甲、乙两实心正方体物块分别悬浮、漂浮在水中， 根据漂浮和悬浮条件可知：F浮甲=G甲，F浮乙=G乙，由于 两物块质量相等，重力相等，所以浮力相等，故A错误； B．由图可知，甲物块在水中悬浮，乙物块在水中漂浮，由ρ物=ρ液时物体悬浮、ρ物<ρ液时物体漂浮或上浮可知：ρ甲=ρ水>ρ乙，故B错误； C．根据F浮=F向上-F向下可知：F向上=F浮+F向下 由于甲悬浮，乙漂浮，则F甲向下>0，F乙向下=0，且F浮甲=F浮乙，所以， F甲向上>F乙向上，故C正确； D．由图可知，甲下表面比乙下表面所处的深度大，由p=ρgh可知，甲下表面受到水的压强大于乙下表面受到水的压强，故D错误。 故选C。 浮沉条件的应用 02 第3节 浮沉的条件及应用 二、浮沉条件的应用 自主活动 操作：装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下，漂浮在矿泉水瓶内的水中，矿泉水瓶内留有少量空气，拧紧瓶盖使其密封。小玻璃瓶（含瓶内的水和空气）称为浮沉子。 挤压矿泉水瓶，观察浮沉子的浮沉情况。 现象：挤压矿泉水瓶，水进入小玻璃瓶，浮沉子下沉；松手后，水排出小玻璃瓶，浮沉子上浮。 观察浮沉子的浮沉情况 解释：挤压大塑料瓶，瓶内空气被压缩，将压强传递给水，水被压入小瓶中，这时浮沉子里进入一些水，它的重力增加，大于它受到的浮力，就向下沉。 松开手，小瓶内水面上的空气体积增大，压强减小，浮沉子里面被压缩的空气把水压出来，此时浮沉子的重力小于它所受的浮力，因此它就向上浮。 当浮力等于重力，就会悬浮在水中， 自主活动 观察浮沉子的浮沉情况 二、浮沉条件的应用 1. 改变物体浮沉状态的方法 浸入液体中的物体： （1）如果所受重力减小，当重力小于浮力时，物体会上浮； （2）如果所受重力增大，当重力等于浮力时，物体会悬浮； （3）如果所受重力增大，当重力大于浮力时，物体会下沉。 二、浮沉条件的应用 阀门打开，海水进入水舱，潜水艇所受重力增大，当重力大小大于浮力大小时，潜水艇下沉；用压缩空气把水舱内的水排出，潜水艇所受重力减小，当重力大小小于浮力大小时，潜水艇上浮。 潜水艇通过这个方法改变自身所受的重力，实现在水中的浮潜。 （1）潜水艇 2. 浮沉条件的应用 图是潜水艇的横截面示意图，潜水艇的内舱与外壳之间有一个水舱，水舱通过阀门与外界相连。 二、浮沉条件的应用 视频欣赏——《潜水艇的浮沉》 二、浮沉条件的应用 （2）载人潜水器“奋斗者号” 载人潜水器“奋斗者号”配有4块压载铁，总质量约2t。入水时，由于重力大小大于浮力大小，“奋斗者号”下沉。 当“奋斗者号”完成作业时，它会释放压载铁开始上浮。 万一“奋斗者号”失去动力，压载铁会自动脱离，使“奋斗者号”上浮以避免危险。 二、浮沉条件的应用 （3）热气球和飞艇 热气球和飞艇等在空气中也会受到很大的浮力。热气球内由燃烧器加热的空气和飞艇中充的氦气的密度都比外面空气的密度小，内外气体的密度差导致浮力大小大于重力大小而使热气球和飞艇得以升空。 二、浮沉条件的应用 （4）轮船 轮船是用钢铁制造的，钢铁的密度远大于水，在水中是下沉的，但是用钢铁制成的轮船为什么能漂浮在海面上，还能承载货物呢？ ①轮船的漂浮原理 把轮船做成“空心”体后放在水里，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水的体积变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。 ②轮船的排水量 表示轮船的大小，指轮船装满货物时排开水的质量。 m排= m船+ m物 我国首艘航空母舰辽宁舰的排水量约为6万吨，表明辽宁舰满载时，舰载机和舰身的质量之和约为6万吨。 二、浮沉条件的应用 ③轮船的“吃水线” 为了航行安全，轮船的船体上标有多条水平横线，叫“吃水线”，如图所示。“吃水线”对应的是轮船在不同水域、不同季节承载最大载重时浸入水中的深度。 如图所示，图中“印度洋线”在上，“北大西洋线”在下，说明轮船在印度洋中排开海水的体积大于轮船在北大西洋中排开海水的体积；船满载时漂浮在海面上受到的浮力等于自身的重力且不变，在不同的海域，海水的密度不同，轮船在印度洋中排开海水的体积大于轮船在北大西洋中排开海水的体积，根据F浮=ρ液V排g可知，印度洋海水的密度小于北大西洋海水的密度。 二、浮沉条件的应用 ①用途：图是一种密度计，它可以漂浮在不同液体中测量液体的密度，在酿酒、石油、化工以及农业选种等方面有广泛应用。 ②主要构造：这种密度计通常中间有一个体积较大的玻璃泡。密度计下方装着金属颗粒作为配重，使密度计漂浮时能保持竖直姿态。密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据液面所处的位置直接读出液体的密度值。 （5）密度计 二、浮沉条件的应用 ③原理 密度计放在液体中都是漂浮的，因此受到的浮力等于它受到的重力且不变，即F浮=G。根据F浮=ρ液gV排可知，F浮不变时，把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积小，上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积就大，下沉一些。 密度计的刻度不均匀，从下往上的刻度数是越来越小的。 二、浮沉条件的应用 视频讲解——《密度计》 二、浮沉条件的应用 【例题3】如图，是我国055型万吨级驱逐舰“延安”号。该舰满载时，排水量约12000吨，吃水深度6.6m。下列说法正确的是（　　） A．排水量指的是舰船满载时排开水的重力 B．“延安”号漂浮在海面上，所受重力小于浮力 C．“延安”号漂浮在海面上，所受浮力方向竖直向上 D．“延安”号不能与其他舰船近距离并排航行，是因为流体流速越大，压强越大 C 二、浮沉条件的应用 A．满载时的排水量指的是驱逐舰满载时排开水的质量，故A错误； B．驱逐舰在海上航行时处于漂浮状态，所受的浮力等于它的重力，故B错误； C．驱逐舰所受浮力的方向是竖直向上的，故C正确； D．两艘驱逐舰若近距离同向航行，两驱逐舰之间的水流速加快、该处的压强变小，小于两驱逐舰外面的压强，产生了一个向内的压力差，将两驱逐舰压向中间，易发生两驱逐舰相撞事故，故D错误。 所以选C。 二、浮沉条件的应用 【例题4】如图所示，用同一支密度计分别测量甲、乙两种液体的密度，下列说法正确的是（　　） A．密度计在乙液体中所受的浮力大 B．乙液体的密度大于甲液体的密度 C．密度计上的刻度值上大下小 D．密度计在甲、乙两种液体中 所受的浮力相等 D 二、浮沉条件的应用 AD．因为同一支密度计在甲、乙两种液体中都是漂浮，根据物体的浮沉条件可知，在甲、乙两种液体中浮力都等于重力，即浮力相等，故A错误，D正确； B. 根据F浮=ρ液体gV排，因为V乙排＞V甲排，所以密度ρ甲＞ ρ乙，故B错误； C．由B知，甲所示的刻度大于乙图所示的刻度，所以密度计的刻度是上小下大，故C错误。 所以选D。 二、浮沉条件的应用 课 堂 总 结 03 第3节 浮沉的条件及应用 课堂总结（1） ①比较浮力与重力：若F浮＞G，则上浮；漂浮时F浮=G； 若F浮 =G，则悬浮；若F浮<G，则下沉。 ②比较密度：若ρ物＜ρ液，则上浮；若ρ物=ρ液，则悬浮； 若ρ物＞ρ液，则下沉。 ①潜水艇：是靠改变自身的重力，实现上浮和下潜的。 ②轮船：靠挖“空心”的方法增大浮力。 排水量：轮船满载时，排开水的质量。 吃水线：在不同水域、不同季节满载时浸入水中的深度。 ③热气球和飞艇：内部加热的空气和充的氦气的密度比外界 空气的密度小，使受到的浮力大于自身的重力。 ④密度计：密度计漂浮在液体中，受到的浮力等于重力不变。 浮沉的条件及应用 物体的 浮沉条件 浮力的 应用 39 课堂总结（2） 40 课堂总结（3） 浮沉条件总结 41 课堂总结（4） 悬浮 漂浮 不同点 位置 可以静止在液体内部任一地方 只能静止在液面上 密度 ρ液_______ρ物 ρ液_______ρ物 体积 V排_______V物 V排_______V物 相同点 F浮_______G物 ＝　　 ＝　　 >　　 <　　 ＝　　 悬浮与漂浮的比较 42 提 升 训 练 04 第3节 浮沉的条件及应用 提升训练 1. 一个小球所受的重力为10N，将它浸没在水中时，所排开的水的重力为20N。那么小球浸没时受到的浮力大小为_____ N，放开手后，小球将______（填“上浮”“下沉”“悬浮”），最终小球的浮力为______N。 由题知，小球浸没在水中，小球排开的水重为20N。 由阿基米德原理知F浮=G排=20N 又因为G球=10N，则F浮＞G球，故放手后小球将上浮，最终漂浮在液面上，根据浮沉条件条件可知，此时小球受到的浮力等于重力 F′浮=G球=10N 10 上浮 20 提升训练 2. 如图所示，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．要使沉底的鸡蛋漂浮在水面上，鸡蛋的重力不变，需增大浮力。根据F浮=ρ液gV排可知，鸡蛋的体积不能改变，所以可以增大液体的密度，故向杯子中加盐，故A符合题意； BCD．向杯子中加水、倒出少量的水、轻轻摇晃杯子，都不能改变液体的密度，也就不能改变浮力，所以不能鸡蛋漂浮在水面上，故BCD不符合题意。 A 故选A. 提升训练 3. 将新鲜度不同的甲、乙两鸡蛋放入水中，静止时的状态如图所示，下列说法正确的是（　　） A．若甲、乙体积相等，甲受到的浮力小 B．若甲、乙质量相等，甲受到的浮力小 C．向杯中加盐水后，乙受到的浮力变大 D．向杯中加酒精后，乙受到的浮力变大 B 提升训练 A．若甲、乙体积相等，乙排开液体的体积小，根据公式F浮=ρ液gV排可知，乙受到的浮力比甲小，故A错误； B．若甲、乙质量相等，由G=mg可知，甲、乙重力相等，乙漂浮，浮力等于重力，甲沉底，浮力小于重力，则甲受到的浮力小，故B正确； C．原来乙漂浮，说明乙密度小于水的密度，加入盐水后，液体密度变大，乙密度依旧小于液体密度，仍然漂浮，乙受到的浮力仍然等于重力，故乙受到的浮力不变，故C错误； D．向杯中加酒精，液体密度会变小，乙会下沉一些，可能漂浮或悬浮，此时浮力仍然等于重力；也可能沉底，此时浮力小于重力，浮力变小；故乙受到的浮力不会变大，故D错误。 故选B. 提升训练 4. 一个木块的体积为200cm3，密度为0.8×103kg/m3。把它浸没在水中后由静止释放，这个木块为什么不能悬浮在水中？木块最终漂浮在水面上静止时，浸在水中的体积是多少？ ①物体悬浮在液体中的条件是物体的密度等于液体的密度，而木块的密度小于水的密度，所以它不能悬浮在水中，最终会漂浮在水面上。 ②木块最终漂浮在水面上静止时，F浮=G木块 ρ水gV排 = ρ木块gV木块 1.0×103kg/m3×V排=0.8×103kg/m3×200cm3 V浸= V排=160cm3 提升训练 5. 在施工过程中，需要运送一定数量的石块放入海底施工。据此，如图所示，小明做了一个橡皮泥“船”，在“船”中放入一定数量的石块后放入水中，待船静止后，逐渐将石块取出并放入水中，下列说法正确的是（ ） A．小船受到的浮力不变 B．小船浸在水中的体积变小 C．水面将上升 D．小船底部受到水的压强不变 B 提升训练 A．小船漂浮在水面上，受到的浮力等于它的总重力，逐渐将石块取出并放入水中，船的总重力变小，受到的浮力变小，故A错误； B．小船受到的浮力变小，根据阿基米德原理可知，小船浸在水中的体积变小，故B正确； C．石块取出并放入水中后，受到的浮力变小，则它排开水的体积变小，水面将下降，故C错误； D．小船受到的浮力变小，则它排开水的体积变小，会上浮一些，小船底部在水中深度变小，小船底部受到水的压强变小，故D错误。 故选B。 提升训练 6. 2022年5月15日凌晨1点26分，中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4300m的科考营地顺利升空，4点40分达到海拔9032m，超过珠峰8848.86m的高度，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。 （1）已知海拔4300m处的空气密度约0.8kg/m3。该浮空艇在营地升空前体积达9060m3，此时浮空艇受到的浮力大小约为________N； （2）“极目一号”浮空艇内部有三层：上层装有氦气（相同条件下氦气密度比空气小得多），中间隔开，下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要______（填“上浮”或“下降”）的时候， 可以用上层的氦气排出下层的部分空气，以此 改变自身重力，同时使整个浮空艇的压差在 安全范围内。 7.25×104 上浮 提升训练 （1）该浮空艇在营地升空前受到的浮力大小约 （2）由于氦气密度比空气小得多，当用上层的氦气排出下层的部分空气时，自身重力减小，由于悬于空中的浮空艇受到的浮力等于重力，所以，此时浮力会大于重力，合力的方向竖直向上，故浮空艇会上浮。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$