课时10.5 跨学科实践：潜艇--【帮课堂】2024-2025学年八年级物理下册同步学与练（ 教科版2024）

第十章 流体中的力现象 课时10.5 跨学科实践：潜艇 目录 【01 学习目标】 1 【02 知识梳理】 1 任务1：潜艇的沉与浮 1 任务2：军用潜艇 1 任务3：潜艇模型制作比赛 2 【问题探究】 3 问题一：观察物理现象 3 【04 强化训练】 4 【基础强化】 4 【能力培优】 7 2022年课程标准 物理素养 5.2.2 调查物理学应用于工程技术的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用。 科学思维：了解潜艇的沉浮原理，知道核潜艇的基本结构。 科学探究：了解我国在深潜方面的成就，能够制作潜艇模型。 科学态度与责任：通过制作潜艇模型这一跨学科实践活动，学生能够将物理原理与工程实践相结合，学生了解潜艇的工作原理和基本结构，增强对科学技术的兴趣和热爱。 任务1：潜艇的沉与浮 1.潜艇 潜艇是一种利用力学原理控制沉浮，能够在水下执行任务的舰艇，广泛应用于海洋科学研究、勘探及开采、设备维护、搜索救援水下旅游观光等领域。 2.潜艇的沉浮 (1)原理：靠改变自身重力(排水、吸水)来实现上浮和下沉。 (2)工作过程：潜艇漂浮在水面上时，水舱充满空气；要使其下沉，需打开舱门充水，使水进入水舱，当G>F浮时，实现下潜；要使其上浮，需将压缩空气压人水舱将水排出，当 G<F浮时，实现上浮。 在潜水状态，潜艇从江水驶入海水中，由于不同区域水的密度不同，浮力也会不同。 任务2：军用潜艇 1.工作原理 军用潜艇是国家海军的战略性武器，工程师通过调节水舱内水的多少控制潜艇沉浮，依靠电力驱动马达推动螺旋桨前进。 2.基本结构 潜艇空间分为人员与设备舱和水舱.工程师利用声呐、潜望镜、雷达等设备充当潜艇耳目，设置了导弹、鱼雷等武器系统。 任务3：潜艇模型制作比赛 1. 制作要求 生活舱和水舱独立分开，生活舱与设备舱大于水舱 2. 比赛任务 (1)完成从水面下潜到指定位置悬浮(2)完成从水下上浮到指定位置悬浮 3. 制作材料 大饮料瓶2个(分别作为生活舱和设备舱)、小饮料瓶2个(作为水舱)、配重物、注射器、塑料管、胶枪、剪刀、透明胶等。 A 活动设计 1. 制作生活舱和设备舱：使用大饮料瓶作为生活舱和设备舱.可以用剪刀在瓶子底部剪开一个开口，方便放置内部组件.用透明胶封住开口，或用胶枪固定确保密封性 2. 制作水舱：小饮料瓶用作水舱，需要将注射器与塑料管相连，以调节水的进出.在小饮料瓶上打一个适合塑料管直径的孔，将塑料管插入并用胶枪固定，以防漏水! 3. 安装注射器：将注射器连接到塑料管的另一端，用于控制水的进出，可以通过推拉注射器来控制潜艇的浮潜.确保连接部位的密封性，防止漏水. 4. 组装潜艇模型：将生活舱和设备舱(大瓶)与水舱(小瓶)用透明胶连接在一起.使用配重物来调整整体的重心和重力.可以将配重物放置在生活舱和设备舱中，以确保模型在水中保持平衡和稳定 B活动实施 1. 将两个大矿泉水瓶剪开，并保留两个有瓶盖的部分；在两个有瓶盖的部分分别加入等量的螺母并用黏土固定；用透明胶将两个部分固定在一起，作为生活舱和设备舱。 2. 将两个小矿泉水瓶剪开，并保留两个没有瓶盖的部分。在留下的两个部分分别加入等量螺母并用黏土固定；用透明胶将这两个部分固定在一起，作为水舱. 3. 在水舱底部开一个洞做排、进水口，水舱侧部开一个洞并插入与注射器相连的软管再用黏土固定，做好的生活舱、设备舱和水舱用热熔胶黏在一起。 C活动交流 1. 模型测试：通过注射器调节水舱内的水量，观察模型在水中的沉浮效果。 2. 体积验证：确保生活舱和设备舱的体积大于水舱的体积，可以通过体积测算工具或水位变化法进行验证。 问题一：物体的沉浮判断 【典例1】如图所示，小红发现将一个不带皮的砂糖橘放入水中后，砂糖橘在水中下沉，最终静止在杯底。则不带皮的砂糖橘（　　） A．放入水中会下沉，说明其密度小于水的密度 B．在水中逐渐下沉的过程中，浮力在逐渐减小 C．沉到杯底处于静止状态，此时不再受到浮力 D．无论下沉还是静止在杯底，浮力总小于重力 【变式1-1】俗语“瓜浮李沉”是指西瓜投入水中会漂浮，李于投入水中会下沉，如图所示，对此现象，下列说法正确的是（　　） A．西瓜的密度大于李子的密度 B．西瓜所受的浮力小于李子所受的浮力 C．李子受到的浮力小于它的重力 D．西瓜所受的浮力大于它排开水的重力 【变式1-2】把同一个小球分别放入甲、乙两只盛有不同液体的烧杯里，静止时小球的位置如图所示。下列说法正确的是（   ） A．小球在甲烧杯中受到的浮力较大 B．小球在乙烧杯中受到的浮力较大 C．甲烧杯中液体的密度较大 D．乙烧杯中液体的密度较大 问题二：潜水艇的工作原理 【典例2】潜水艇和轮船都是浮力知识的应用。如图所示是同一艘潜水艇在水面下上浮和下潜时的情景，其中图 正在下潜，潜水艇受到的浮力 （选填“>”“<”或“=”）；满载时，排水量为1000t的轮船在河水中航行，受到河水的浮力是 N，船及所装货物共重 N。这艘轮船从河里驶入海里，受到的浮力 ，排开水的体积 。（后两空均选填“变大”“变小”或“不变”）（取10N/kg） 【变式2-1】潜水艇是浮力知识的应用。如图所示是同一艘潜水艇在水面下上浮和下潜时的情景，其中图 正在下潜，潜水艇受到的浮力 （选填“>”“<”或“=”）。 【变式2-2】如图所示，潜水艇通过调节自身 来实现上浮和下潜。潜水艇处于悬浮状态时受到的浮力 重力；若向水舱充水，其重力变 ，潜水艇将 ；若将水舱中的水排出一部分，潜水艇将 。 【基础强化】 1．如下图所示，小明用大号注射器、硬塑料瓶等器材制作了一个潜水艇模型（忽略进气排气管的体积），探究潜水艇的浮沉原理。下列说法正确的是（　　） A．若要让悬浮的模型上浮，应使模型中进水 B．推动活塞排水，悬浮的模型会下沉 C．模型悬浮时，仅改变它所处的深度仍然能使其保持静止 D．潜水艇能上浮或下沉是通过改变自重实现的 2．“时代到处是惊涛骇浪，你埋下头，甘心做沉默的砥柱；一穷二白的年代，你挺起胸，成为国家最大的财富。三十载赫赫而无名，花甲年不弃使命。你的人生，正如深海中的潜艇，无声，但有无穷的力量。”这是中国中央电视台《感动中国2013年度人物》黄旭华的颁奖词，也子深受鼓舞，制作了如图所示的潜水艇模型。下列说法不正确的有（　　） ①潜水艇模型是通过改变它自身的重力实现沉浮的 ②潜水艇模型沉底时，它受到的浮力等于自身重力 ③向试管内吹气，水会被压入试管中，模型会下沉 ④向试管外吸气，水会被压入试管中，模型会上浮 A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．③ 3．如图所示，将两个完全相同的小球分别放入甲、乙两杯不同液体中，当小球静止时，两杯的液面相平，小球所受浮力分别为，容器底部所受的压强分别为，则（    ） A． B． C． D． 4．线上教学期间，老师留了一个实践性作业：取一枚新鲜的鸡蛋先放入盛有水的玻璃杯中，观察鸡蛋的浮沉情况，如图甲所示；接着向杯中加食盐并慢慢搅动，观察鸡蛋的浮沉情况，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．甲图玻璃杯对桌面的压强比乙图玻璃杯对桌面的压强大 B．鸡蛋沉在水底时，所受的浮力小于重力 C．乙图玻璃杯中鸡蛋漂在水面上时，鸡蛋受到的浮力大于重力 D．甲图玻璃杯中鸡蛋受到的浮力大于乙图杯中鸡蛋受到的浮力 5．南海黄岩岛事件后，中国制造航母的呼声越来越高。一架舰载机飞离航母后，则（　　） A．航母将上浮，所受浮力减小 B．航母将上浮，所受浮力增大 C．航母将下沉，所受浮力增大 D．航母将下沉，所受浮力减小 6．如图所示，甲、乙两个烧杯装有不同的液体，两个同样的平底试管，装有同样多的铁砂，漂浮在液体中保持静止，两烧杯中液面高度相同，下列说法正确的是（　　） A．甲烧杯中试管受到的浮力较大 B．乙烧杯中试管排开的液体质量较小 C．乙烧杯底部受到的液体压强较大 D．甲烧杯中的试管底部受到的液体压强较大 7．如图，甲、乙两个相同的杯子盛有不同浓度的盐水，放在同一水平面上，将两个质量、体积均相同的鸡蛋放入两个杯子中，当鸡蛋静止时，两个杯子中液面恰好相平，则下列说法正确的是（　　） A．甲杯中的鸡蛋排开盐水的质量较大 B．乙杯中的鸡蛋受到的浮力较大 C．甲杯的盐水密度比乙杯的盐水密度小 D．放入鸡蛋前，甲杯中盐水的体积较大 8．潜水艇是靠改变它受到的 来实现潜水和上浮的。浸没在水中的潜水艇当它逐渐下潜时，受到水的压强 ，受到水的浮力 ，它排开的水所受的重力 。（填“不变”“变大”或“变小”） 9．潜艇在水中水平匀速巡航时，如果突然进入密度跃层（海水密度突然变小），潜艇受到的浮力就突然 (变大/变小)而 （上浮/下沉)，此时应立即采取措施使潜艇的重力 (大于/小于)它受到的浮力，否则将给潜艇带来危险。 10．如图，一只重为20N的天鹅在平静的水面上游动，它受到的浮力是 N，它身体浸入水中的体积是 m3。（g取10N/kg，水的密度是1.0×103kg/m3） 【能力培优】 11．将一个质量为275g的土豆放入容器内的水中，土豆下沉后静止在容器底部，如图甲所示。小明设法在土豆上插入几个轻质的粗吸管后做成了一个“吸管土豆”，再次放回水中后“吸管土豆”浮了起来，最终漂浮在水面上，如图乙所示（忽略吸管重力，g取10N/kg）。下列说法正确的是（　　） A．图甲中静止的土豆所受浮力等于2.75N B．土豆上插入吸管后增大了排开水的体积，从而增大了所受的浮力 C．图乙中土豆浮起后其下表面所受水的压力比在图甲中时大 D．“吸管土豆”漂浮时所受浮力大于重力 12．如图，一飞艇充入气体后的质量是1.5t，体积为1500m3（ρ空气=1.29kg/m3），下列关于飞艇的说法不正确的是（　　）（g取10N/kg） A．用不会爆炸的氦气代替氢气做成的飞艇造价低廉、安全 B．飞艇的原理是浮力大于重力，可以漂在空中 C．该飞艇悬浮在空中时装入货物为435kg D．如果装入货物是500kg，飞艇恰好匀速下降，阻力大小不变，要它匀速上升需要扔掉65kg的货物 13．如图，把一个自制的密度计分别放入两种不同液体中，下列判断错误的是（　　） A．甲液体的密度比乙液体的密度小 B．这个密度计在两液体中受到的浮力相等 C．在标记刻度时B的示数应比A小 D．适当增加配重铁丝的质量可以提高密度计的灵敏度 14．如图甲所示，烧杯里盛有6℃的水，小球在水中恰好悬浮。经研究发现，水的密度随温度变化的关系如图乙所示。现在烧杯四周放上大量的冰块，在烧杯内水的温度下降到0℃的过程中，假设小球的体积始终不变，下列对小球浮沉情况的判断正确的是（   ） A．先上浮后下沉 B．下沉至沉底 C．先下沉后上浮 D．上浮至漂浮 15．下图所示的是潜艇在水中常见的三种状态，从左往右依次是“浮出水面”“隐身潜行”“隐伏”。忽略潜艇上方的潜望镜，这三种状态下浮力相等的是（　　） A．“浮出水面”与“隐身潜行” B．“隐身潜行”与“隐伏” C．“浮出水面”与“隐伏” D．“浮出水面”“隐身潜行”和“隐伏” 16．如图甲所示是河南洛阳小浪底大坝剖面示意图，由 的规律可知，堤坝下部受到的水的压强比上部大，因此为确保安全，堤坝下部比上部更为厚实；如图乙所示，轮船冬季吃水线在夏季吃水线 （选填“上”或“下”）；图丙所示是文丘里流量计的结构示意图，流体在通过流量计时局部收缩，从而使流速增大，压强 （选填“增大”或“减小”或“不变”）。 17．如图所示，水平桌面上甲、乙两相同的容器中装有体积相等的不同液体（密度分别为ρ甲、ρ乙）。将同种材料制成的实心物体A、B分别放入甲、乙两容器中，静止时两容器中的液面保持相平，则液体密度ρ甲 ρ乙，物体所受浮力FA FB。（均选填“>”“<”或“=”） 18．大家都知道“曹冲称象”的方法，如下图所示。用物理知识解释“称象”的原理，前后两次水面正对记号，说明前后两次排开水的体积 。要得出“象重等于石头重”的结论，必须附上的关键依据是：物体漂浮时， 。 19．如图所示的是国家一级重点保护野生动物——长江江豚露出水面呼吸换气的情景。长江江豚因嘴巴呈弧线形好似微笑，被称为“微笑天使”。长江江豚在水面漂浮时受到的浮力 （选填“大于”“小于”或“等于”）在水中悬浮时受到的浮力；若这条长江江豚的质量为70kg，则其在水中悬浮时受到的浮力为 N。（g取） 20．某驱逐舰满载时的吃水深度（指战舰的底部至舰体与水面相连处的垂直距离）为6.5m，满载时的排水量为5200吨，搭载2架直升机。海水密度取，g取。 (1)求驱逐舰满载时，舰底处海水的压强； (2)求驱逐舰满载时，驱逐舰受到海水的浮力； (3)若一架直升机的总质量为5400kg，其因执行任务飞离驱逐舰，则此时驱逐舰排开海水的体积减小了多 少？ 21．如图所示，盛有水的圆柱形容器，底面积为80cm2，侧壁上固定了一块水平挡板，挡板的体积忽略不计。挡板下方有一个体积为100cm3、重力为0.6N的实心小球。求： (1)小球所受浮力； (2)挡板对小球的压力； (3)撤去挡板，小球静止后，水对容器底压强的变化量。 22．如图所示，现有一质量为4kg、边长为0.2m的正方体质地均匀的物体。用细绳的一端系住物体，另一端固定在容器底。向容器内注水，当水位达到90cm时，物体恰好完全浸没，如图乙所示。（，g取）求： (1)如图甲所示，物体若被静置于水平地面上，物体对地面的压强为多大？ (2)物体恰好完全浸没时，水对容器底的压强为多大？ (3)请通过计算分析，当物体恰好完全浸没时，将细绳剪断后，物体将怎样运动？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十章 流体中的力现象 课时10.5 跨学科实践：潜艇 目录 【01 学习目标】 1 【02 知识梳理】 1 任务1：潜艇的沉与浮 1 任务2：军用潜艇 1 任务3：潜艇模型制作比赛 2 【问题探究】 3 问题一：观察物理现象 3 【04 强化训练】 6 【基础强化】 6 【能力培优】 11 2022年课程标准 物理素养 5.2.2 调查物理学应用于工程技术的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用。 科学思维：了解潜艇的沉浮原理，知道核潜艇的基本结构。 科学探究：了解我国在深潜方面的成就，能够制作潜艇模型。 科学态度与责任：通过制作潜艇模型这一跨学科实践活动，学生能够将物理原理与工程实践相结合，学生了解潜艇的工作原理和基本结构，增强对科学技术的兴趣和热爱。 任务1：潜艇的沉与浮 1.潜艇 潜艇是一种利用力学原理控制沉浮，能够在水下执行任务的舰艇，广泛应用于海洋科学研究、勘探及开采、设备维护、搜索救援水下旅游观光等领域。 2.潜艇的沉浮 (1)原理：靠改变自身重力(排水、吸水)来实现上浮和下沉。 (2)工作过程：潜艇漂浮在水面上时，水舱充满空气；要使其下沉，需打开舱门充水，使水进入水舱，当G>F浮时，实现下潜；要使其上浮，需将压缩空气压人水舱将水排出，当 G<F浮时，实现上浮。 在潜水状态，潜艇从江水驶入海水中，由于不同区域水的密度不同，浮力也会不同。 任务2：军用潜艇 1.工作原理 军用潜艇是国家海军的战略性武器，工程师通过调节水舱内水的多少控制潜艇沉浮，依靠电力驱动马达推动螺旋桨前进。 2.基本结构 潜艇空间分为人员与设备舱和水舱.工程师利用声呐、潜望镜、雷达等设备充当潜艇耳目，设置了导弹、鱼雷等武器系统。 任务3：潜艇模型制作比赛 1. 制作要求 生活舱和水舱独立分开，生活舱与设备舱大于水舱 2. 比赛任务 (1)完成从水面下潜到指定位置悬浮(2)完成从水下上浮到指定位置悬浮 3. 制作材料 大饮料瓶2个(分别作为生活舱和设备舱)、小饮料瓶2个(作为水舱)、配重物、注射器、塑料管、胶枪、剪刀、透明胶等。 A 活动设计 1. 制作生活舱和设备舱：使用大饮料瓶作为生活舱和设备舱.可以用剪刀在瓶子底部剪开一个开口，方便放置内部组件.用透明胶封住开口，或用胶枪固定确保密封性 2. 制作水舱：小饮料瓶用作水舱，需要将注射器与塑料管相连，以调节水的进出.在小饮料瓶上打一个适合塑料管直径的孔，将塑料管插入并用胶枪固定，以防漏水! 3. 安装注射器：将注射器连接到塑料管的另一端，用于控制水的进出，可以通过推拉注射器来控制潜艇的浮潜.确保连接部位的密封性，防止漏水. 4. 组装潜艇模型：将生活舱和设备舱(大瓶)与水舱(小瓶)用透明胶连接在一起.使用配重物来调整整体的重心和重力.可以将配重物放置在生活舱和设备舱中，以确保模型在水中保持平衡和稳定 B活动实施 1. 将两个大矿泉水瓶剪开，并保留两个有瓶盖的部分；在两个有瓶盖的部分分别加入等量的螺母并用黏土固定；用透明胶将两个部分固定在一起，作为生活舱和设备舱。 2. 将两个小矿泉水瓶剪开，并保留两个没有瓶盖的部分。在留下的两个部分分别加入等量螺母并用黏土固定；用透明胶将这两个部分固定在一起，作为水舱. 3. 在水舱底部开一个洞做排、进水口，水舱侧部开一个洞并插入与注射器相连的软管再用黏土固定，做好的生活舱、设备舱和水舱用热熔胶黏在一起。 C活动交流 1. 模型测试：通过注射器调节水舱内的水量，观察模型在水中的沉浮效果。 2. 体积验证：确保生活舱和设备舱的体积大于水舱的体积，可以通过体积测算工具或水位变化法进行验证。 问题一：物体的沉浮判断 【典例1】如图所示，小红发现将一个不带皮的砂糖橘放入水中后，砂糖橘在水中下沉，最终静止在杯底。则不带皮的砂糖橘（　　） A．放入水中会下沉，说明其密度小于水的密度 B．在水中逐渐下沉的过程中，浮力在逐渐减小 C．沉到杯底处于静止状态，此时不再受到浮力 D．无论下沉还是静止在杯底，浮力总小于重力 【答案】D 【详解】A．砂糖橘在水中下沉，根据物体的沉浮条件可知，砂糖橘的密度小于水的密度，故A不符合题意； B．砂糖橘在水中逐渐下沉的过程中，排开水的体积不变，水的密度不变，根据F浮​=ρ液​gV排​可知，浮力不变，故B不符合题意； C．沉到杯底处于静止状态时，受到竖直向上的浮力、支持力，以及竖直向下的重力，故C不符合题意； D．砂糖橘在水中下沉，根据物体的沉浮条件可知，砂糖橘受到的浮力小于其重力；沉底时，浮力等于重力减去支持力，则浮力小于重力，故D符合题意。 故选D。 【变式1-1】俗语“瓜浮李沉”是指西瓜投入水中会漂浮，李于投入水中会下沉，如图所示，对此现象，下列说法正确的是（　　） A．西瓜的密度大于李子的密度 B．西瓜所受的浮力小于李子所受的浮力 C．李子受到的浮力小于它的重力 D．西瓜所受的浮力大于它排开水的重力 【答案】C 【详解】A．李子在水中沉底，故李子的密度大于水的密度，西瓜漂浮在水面上，故西瓜的密度小于水的密度，故李子的密度大于西瓜的密度，故A错误； B．根据公式F浮=ρ液gV排可知，在液体密度相同的情况下，西瓜排开水的体积比李子排开水的体积大，则西瓜所受的浮力大于李子所受的浮力，故B错误； C．李子沉底时处于静止状态，根据物体的浮沉条件可知，李子所受的浮力小于自身重力，故C正确； D．根据阿基米德原理，西瓜所受的浮力等于排开水的重力，故D错误。 故选C。 【变式1-2】把同一个小球分别放入甲、乙两只盛有不同液体的烧杯里，静止时小球的位置如图所示。下列说法正确的是（   ） A．小球在甲烧杯中受到的浮力较大 B．小球在乙烧杯中受到的浮力较大 C．甲烧杯中液体的密度较大 D．乙烧杯中液体的密度较大 【答案】C 【详解】AB．据图可知，同一小球漂浮在甲烧杯的液体上，悬浮在乙烧杯的液体中，根据物体的浮沉条件可知，小球在甲、乙两烧杯的液体中受到的浮力大小均等于自身的重力，因此在两种液体中受到的浮力大小是相等的，故AB错误； CD．小球在甲烧杯的液体上漂浮，根据物体的浮沉条件可知，；小球在乙烧杯的液体中悬浮，根据物体的浮沉条件可知，，因此，即甲烧杯中液体的密度较大，乙烧杯中液体的密度较小，故C正确，D错误。 故选C。 问题二：潜水艇的工作原理 【典例2】潜水艇和轮船都是浮力知识的应用。如图所示是同一艘潜水艇在水面下上浮和下潜时的情景，其中图 正在下潜，潜水艇受到的浮力 （选填“>”“<”或“=”）；满载时，排水量为1000t的轮船在河水中航行，受到河水的浮力是 N，船及所装货物共重 N。这艘轮船从河里驶入海里，受到的浮力 ，排开水的体积 。（后两空均选填“变大”“变小”或“不变”）（取10N/kg） 【答案】 乙 = 不变 变小 【详解】[1][2]潜水艇是通过改变水舱中水的重力来控制浮沉，潜水艇所受的浮力大于潜水艇的重力时，潜水艇上浮，此时水舱中水较少，故甲图为上浮时的情景，乙图为下潜时的情景；根据阿基米德原理可知，潜水艇所受的浮力等于潜水艇排开水的重力，因甲、乙两种情景潜水艇排开水的重力相等，故所受的浮力相等。 [3]由阿基米德原理，满载时轮船所受河水的浮力 [4]因轮船漂浮时，受到的浮力和自身的重力相等，所以，满载时船及货物总重 [5][6]因船在海水中也处于漂浮状态，所受浮力不变；由河里驶入海里时，由于液体的密度变大，由得，排开水的体积变小。 【变式2-1】潜水艇是浮力知识的应用。如图所示是同一艘潜水艇在水面下上浮和下潜时的情景，其中图 正在下潜，潜水艇受到的浮力 （选填“>”“<”或“=”）。 【答案】 乙 = 【详解】[1][2]由图示知，甲图中水舱的水较少，潜水艇自身重力较小，乙图中水舱较多，潜水艇自身重力较大。而潜水艇浸没在水中时，排开水的体积不变，根据可知，受到的浮力大小不变，即；潜水艇是通过改变自身重力来实现沉浮的，那么下潜时，所受浮力小于自身重力，上浮时，所受的浮力大于自身重力，所以乙图中潜水艇正在下潜。 【变式2-2】如图所示，潜水艇通过调节自身 来实现上浮和下潜。潜水艇处于悬浮状态时受到的浮力 重力；若向水舱充水，其重力变 ，潜水艇将 ；若将水舱中的水排出一部分，潜水艇将 。 【答案】 重力 等于 大 下潜 上浮 【详解】[1][2][3][4][5]潜水艇靠自身水舱的吸水和排水，来改变自身的重力，从而改变重力与浮力的大小关系，来实现上浮和下沉。潜水艇完全浸没在水中处于悬浮状态，此时受到的浮力等于自身重力；若此时向水舱中注水，潜水艇受到的重力变大，而其排开水的体积不再变化，根据F浮=ρgV排可知，潜水艇受到的浮力不变，因其重力大于浮力，所以潜水艇将下潜。若将水舱中的水排出一部分，潜水艇受到的重力变小，而其排开水的体积不再变化，根据F浮=ρgV排可知，潜水艇受到的浮力不变，因其重力小于浮力，所以潜水艇将上浮。 【基础强化】 1．如下图所示，小明用大号注射器、硬塑料瓶等器材制作了一个潜水艇模型（忽略进气排气管的体积），探究潜水艇的浮沉原理。下列说法正确的是（　　） A．若要让悬浮的模型上浮，应使模型中进水 B．推动活塞排水，悬浮的模型会下沉 C．模型悬浮时，仅改变它所处的深度仍然能使其保持静止 D．潜水艇能上浮或下沉是通过改变自重实现的 【答案】D 【详解】ABD．推动活塞排水，往模型中打气时，模型内气压增大，将水排出，模型的重力减小，当重力小于浮力时，模型上浮；反之，从模型中抽气时，模型下沉，即潜水艇是通过改变自重实现上浮或下沉的，若要让悬浮的模型上浮应使模型排水，故D正确，AB错误； C．根据浮沉条件可知，模型悬浮时，浮力等于重力，仅改变它所处的深度，如果深度增大，由可知受到的液体压强增大，模型内气体被压缩，部分水进入模型内，造成总重力增大，浮力不变，重力大于浮力，模型会下沉，故C错误。 故选D。 2．“时代到处是惊涛骇浪，你埋下头，甘心做沉默的砥柱；一穷二白的年代，你挺起胸，成为国家最大的财富。三十载赫赫而无名，花甲年不弃使命。你的人生，正如深海中的潜艇，无声，但有无穷的力量。”这是中国中央电视台《感动中国2013年度人物》黄旭华的颁奖词，也子深受鼓舞，制作了如图所示的潜水艇模型。下列说法不正确的有（　　） ①潜水艇模型是通过改变它自身的重力实现沉浮的 ②潜水艇模型沉底时，它受到的浮力等于自身重力 ③向试管内吹气，水会被压入试管中，模型会下沉 ④向试管外吸气，水会被压入试管中，模型会上浮 A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．③ 【答案】C 【详解】①当潜艇模型浸没在水中时，排开水的体积不变，所受浮力不变，因此模型的上浮和下沉是通过改变潜艇的重力来实现的，故①正确； ②潜水艇模型沉底时，它受到的浮力小于自身重力，故②错误； ③向试管内吹气，水会被压出试管，此时模型的自重减小，当重力小于浮力时，模型上浮，故③错误； ④向试管外吸气，水会被压入试管，此时模型的自重增加，当重力大于浮力时，模型下沉，故④错误。 故选C。 3．如图所示，将两个完全相同的小球分别放入甲、乙两杯不同液体中，当小球静止时，两杯的液面相平，小球所受浮力分别为，容器底部所受的压强分别为，则（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由图可知，小球在甲杯中漂浮，则甲密度大于小球的密度；在乙杯中悬浮，乙的密度等于小球的密度，说明甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度，且深度相同，根据可得，甲容器底所受的压强大于乙的；又根据浮沉条件可知，它们此时所受的浮力都等于自身的重力，即浮力相同，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 4．线上教学期间，老师留了一个实践性作业：取一枚新鲜的鸡蛋先放入盛有水的玻璃杯中，观察鸡蛋的浮沉情况，如图甲所示；接着向杯中加食盐并慢慢搅动，观察鸡蛋的浮沉情况，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．甲图玻璃杯对桌面的压强比乙图玻璃杯对桌面的压强大 B．鸡蛋沉在水底时，所受的浮力小于重力 C．乙图玻璃杯中鸡蛋漂在水面上时，鸡蛋受到的浮力大于重力 D．甲图玻璃杯中鸡蛋受到的浮力大于乙图杯中鸡蛋受到的浮力 【答案】B 【详解】A．甲、乙两图中玻璃杯、水和鸡蛋的总重力相等，乙图向杯中加食盐，则甲图中玻璃杯对桌面的压力小于乙；甲、乙两图中玻璃杯与桌面的接触面积也相等，由可知，甲图玻璃杯对桌面的压强比乙图玻璃杯对桌面的压强小，故A错误； B．当鸡蛋沉在水底时，受竖直向下的重力、竖直向上的浮力和竖直向上的支持力，即 所以鸡蛋沉在水底时，所受的浮力小于重力，故B正确； C．当鸡蛋漂浮在水面上时，所受的重力大小和浮力大小相等，故C错误； D．由图可知，甲图鸡蛋受到的浮力 乙图鸡蛋受到的浮力 所以甲图玻璃杯中鸡蛋受到的浮力小于乙图杯中鸡蛋受到的浮力，故D错误。 故选B。 5．南海黄岩岛事件后，中国制造航母的呼声越来越高。一架舰载机飞离航母后，则（　　） A．航母将上浮，所受浮力减小 B．航母将上浮，所受浮力增大 C．航母将下沉，所受浮力增大 D．航母将下沉，所受浮力减小 【答案】A 【详解】由于舰载机飞离后，航母仍漂浮，由浮沉条件知道 F浮=G 但航母自重G减小，所以，航母所受浮力减小，又因为，所以，排开水的体积要减小，航母将上浮一些，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 6．如图所示，甲、乙两个烧杯装有不同的液体，两个同样的平底试管，装有同样多的铁砂，漂浮在液体中保持静止，两烧杯中液面高度相同，下列说法正确的是（　　） A．甲烧杯中试管受到的浮力较大 B．乙烧杯中试管排开的液体质量较小 C．乙烧杯底部受到的液体压强较大 D．甲烧杯中的试管底部受到的液体压强较大 【答案】C 【详解】A．甲乙烧杯中试管受到的浮力大小相同，因为都是处于漂浮状态，浮力大小等于其重力的大小，故A错误； B．由于甲乙烧杯中试管所受的浮力大小相等，根据F浮=G排，可知它们排开的液体重力相等，由G=mg可得，他们的质量也相等，故B错误； C．因为甲中排开液体的体积大于乙中排开液体的体积，而所受浮力相等，根据 F浮=G排=液gV排 可知甲＜乙；因为液体高度相同，根据p=gh，乙烧杯底部受到的液体压强较大，故C正确； D．甲乙烧杯中试管受到的浮力大小相同，根据浮力产生的原因可知，烧杯中的试管底部受到的液体压力相等，又是同样的平底试管即受力面积相等，由可知，烧杯中的试管底部受到的液体压强相等，故D错误。 故选C。 7．如图，甲、乙两个相同的杯子盛有不同浓度的盐水，放在同一水平面上，将两个质量、体积均相同的鸡蛋放入两个杯子中，当鸡蛋静止时，两个杯子中液面恰好相平，则下列说法正确的是（　　） A．甲杯中的鸡蛋排开盐水的质量较大 B．乙杯中的鸡蛋受到的浮力较大 C．甲杯的盐水密度比乙杯的盐水密度小 D．放入鸡蛋前，甲杯中盐水的体积较大 【答案】C 【详解】AB．同一鸡蛋在甲中悬浮，在乙中漂浮，则它受到的浮力都等于自身的重力，即 F浮甲=F浮乙=G 根据阿基米德原理可知，鸡蛋排开的盐水的重力相同，排开的盐水的质量相同，故AB错误； C．同一鸡蛋在甲杯盐水中悬浮，则 ρ甲=ρ蛋 在乙杯盐水中漂浮，则 ρ蛋＜ρ乙 因此 ρ甲＜ρ乙 故C正确； D．两个杯子中液面恰好相平，甲中鸡蛋排开的盐水的体积大，则放入鸡蛋前，甲杯中盐水的体积较小，故D错误。 故选C。 8．潜水艇是靠改变它受到的 来实现潜水和上浮的。浸没在水中的潜水艇当它逐渐下潜时，受到水的压强 ，受到水的浮力 ，它排开的水所受的重力 。（填“不变”“变大”或“变小”） 【答案】 重力 变大 不变 不变 【详解】[1]在水中，潜水艇受到水的浮力和重力的作用，潜水艇的体积不变，上浮或下潜时，排开水的体积不变，根据F浮=ρ水V排g知潜水艇受到水的浮力不变；把压缩空气压入潜水艇的压力舱，将海水排出，潜水艇自重G减小，当F浮>G时，潜水艇上浮；打开压力舱的阀门，让海水进入压力舱内，潜水艇自重G增大，当F浮<G时，潜水艇下沉；当F浮=G时，潜水艇悬浮，可以停留在任何深度；由此可见，潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自重来实现的。 [2][3][4]浸没在水中的潜水艇当它逐渐下潜时，深度h变大，排开水的体积不变，根据p=ρgh可知潜水艇受到水的压强变大，根据F浮=ρ水V排g可知潜水艇受到水的浮力不变；由阿基米德原理可知它排开的水所受的重力不变。 9．潜艇在水中水平匀速巡航时，如果突然进入密度跃层（海水密度突然变小），潜艇受到的浮力就突然 (变大/变小)而 （上浮/下沉)，此时应立即采取措施使潜艇的重力 (大于/小于)它受到的浮力，否则将给潜艇带来危险。 【答案】 变小 下沉 小于 【详解】[1][2]核潜艇在水中水平匀速巡航时，突然进入密度跃层时，海水密度突然变小，潜水艇体积不变，根据可知，潜艇受到的浮力变小，浮力小于重力，潜艇会突然下沉。 [3]潜艇突然下沉会给潜艇带来安全隐患，为确保潜艇安全，此时应立即将潜艇水舱中的水全部排出，使潜艇受到的重力小于它的浮力，由于惯性，潜艇还会下沉一段距离才会上浮。 10．如图，一只重为20N的天鹅在平静的水面上游动，它受到的浮力是 N，它身体浸入水中的体积是 m3。（g取10N/kg，水的密度是1.0×103kg/m3） 【答案】 20 2×10﹣3 【分析】天鹅在平静的水面上游动时处于漂浮状态，受到的浮力和自身的重力相等，根据求出天鹅身体浸入水中的体积。 【详解】[1]因天鹅在平静的水面上游动时处于漂浮状态，所以，天鹅受到的浮力 [2]由可得，天鹅身体浸入水中的体积 它身体浸入水中的体积是2×10-3m3。 【能力培优】 11．将一个质量为275g的土豆放入容器内的水中，土豆下沉后静止在容器底部，如图甲所示。小明设法在土豆上插入几个轻质的粗吸管后做成了一个“吸管土豆”，再次放回水中后“吸管土豆”浮了起来，最终漂浮在水面上，如图乙所示（忽略吸管重力，g取10N/kg）。下列说法正确的是（　　） A．图甲中静止的土豆所受浮力等于2.75N B．土豆上插入吸管后增大了排开水的体积，从而增大了所受的浮力 C．图乙中土豆浮起后其下表面所受水的压力比在图甲中时大 D．“吸管土豆”漂浮时所受浮力大于重力 【答案】B 【详解】A．土豆的重力为 由图甲可知，土豆在水中沉底，则浮力小于重力，所以图甲中静止的土豆所受浮力小于，故A错误； B．土豆上插入吸管后增大了排开水的体积，根据知，所受的浮力增大，故B正确； C．图乙中土豆浮起后其下表面所处的深度减小，根据知，下表面受到水的压强减小，由知，下表面所受水的压力减小，故C错误； D．“吸管土豆”漂浮时所受浮力等于重力，故D错误。 故选B。 12．如图，一飞艇充入气体后的质量是1.5t，体积为1500m3（ρ空气=1.29kg/m3），下列关于飞艇的说法不正确的是（　　）（g取10N/kg） A．用不会爆炸的氦气代替氢气做成的飞艇造价低廉、安全 B．飞艇的原理是浮力大于重力，可以漂在空中 C．该飞艇悬浮在空中时装入货物为435kg D．如果装入货物是500kg，飞艇恰好匀速下降，阻力大小不变，要它匀速上升需要扔掉65kg的货物 【答案】D 【详解】A．氦气的化学性质很不活泼，利用氦气代替氢气填充飞艇，是为了使用更加安全，故A正确，不符合题意； B．飞艇内充入气体的密度一定比空气密度小，体积相等时，重力小于浮力，可以漂在空中，故B正确，不符合题意； C．飞艇在空气中所受浮力为 因为在空中悬浮，所以，所以 由可知，，故C正确，不符合题意； D．装入货物的重力为 飞艇的重力为 匀速竖直下降时，所受阻力向上，整体处于平衡状态，故： 解得阻力为 匀速竖直上升时，所受阻力向下，整体处于平衡状态，故：，则 扔掉物体的重力为为 扔掉物体的质量为，故D错误，符合题意。 故选D。 13．如图，把一个自制的密度计分别放入两种不同液体中，下列判断错误的是（　　） A．甲液体的密度比乙液体的密度小 B．这个密度计在两液体中受到的浮力相等 C．在标记刻度时B的示数应比A小 D．适当增加配重铁丝的质量可以提高密度计的灵敏度 【答案】C 【详解】ABC．因为该密度计在甲、乙两液体中都是漂浮状态，所以可知密度计在甲、乙两种液体中受到的浮力都等于自身的重力，而密度计在甲液体中时排开液体的体积更大，则由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，甲液体的密度要小于乙液体的密度，而图中A点表示的是甲液体的密度，B点表示的时乙液体的密度，所以在标记刻度时B的示数应比A大，故AB正确，不符合题意，C错误，符合题意； D．增加配重铁丝的质量，会使密度计的自重增加，漂浮时，浮力等于重力，由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，排开液体的体积会增加，浸入液体的部分会变长，测量相同密度的液体，密度计的变化长度更大，因此可以提高密度计的灵敏度，故D正确，不符合题意。 故选C。 14．如图甲所示，烧杯里盛有6℃的水，小球在水中恰好悬浮。经研究发现，水的密度随温度变化的关系如图乙所示。现在烧杯四周放上大量的冰块，在烧杯内水的温度下降到0℃的过程中，假设小球的体积始终不变，下列对小球浮沉情况的判断正确的是（   ） A．先上浮后下沉 B．下沉至沉底 C．先下沉后上浮 D．上浮至漂浮 【答案】A 【详解】烧杯里盛有6℃的水，小球在水中恰好悬浮，根据物体浮沉条件可知，小球的密度与此时水的密度相等；由图像可知：4℃的水的密度最大，6℃的水的密度比0℃时水的密度大；当水的温度从6℃降到4℃时，因水的密度增大，大于小球的密度，故小球会上浮、向上运动；当水的温度从4℃降到0℃时，因水的密度减小，最后小于小球的密度，使小球会下沉、向下运动，故烧杯内水的温度下降到0℃的过程中，小球浮沉情况是先上浮后下沉。故A正确，BCD错误。 故选A。 15．下图所示的是潜艇在水中常见的三种状态，从左往右依次是“浮出水面”“隐身潜行”“隐伏”。忽略潜艇上方的潜望镜，这三种状态下浮力相等的是（　　） A．“浮出水面”与“隐身潜行” B．“隐身潜行”与“隐伏” C．“浮出水面”与“隐伏” D．“浮出水面”“隐身潜行”和“隐伏” 【答案】B 【详解】 根据阿基米德原理可知，浮力大小取决于液体密度和物体排开液体的体积。在本题中，液体都是水，密度相同，重力加速度 g 也相同，所以浮力大小只与排开水的体积有关。“浮出水面”时，潜艇部分露出水面，排开水的体积小于潜艇自身的体积。“隐身潜行”时，潜艇完全浸没在水中，此时排开水的体积等于潜艇自身的体积。“隐伏”其实也是潜艇完全浸没在水中的一种状态，排开水的体积同样等于潜艇自身的体积。所以“隐身潜行”与“隐伏”这两种状态下，潜艇排开水的体积相等，受到的浮力也相等。 故选B 。 16．如图甲所示是河南洛阳小浪底大坝剖面示意图，由 的规律可知，堤坝下部受到的水的压强比上部大，因此为确保安全，堤坝下部比上部更为厚实；如图乙所示，轮船冬季吃水线在夏季吃水线 （选填“上”或“下”）；图丙所示是文丘里流量计的结构示意图，流体在通过流量计时局部收缩，从而使流速增大，压强 （选填“增大”或“减小”或“不变”）。 【答案】 液体压强 下 减小 【详解】[1]液体由于受到重力作用，且具有流动性， 会对与它接触的容器底部和侧壁都产生压强。由液体压强规律可知，同种液体中液体的深度越大，压强越大。因此堤坝下部受到水的压强较大。 [2]冬季水温较低，夏季水温较高，由液体的热胀冷缩原理可知，冬季水的温度较低，密度增大；夏季水的体积膨胀因此它的密度减小。轮船漂浮在水面上，因此冬季和夏季时轮船所受的浮力大小相等，由于冬季水的密度大，由浮力公式可知，冬季时轮船排开液体的体积较小，即吃水线在夏季吃水线的下方。 [3]流体流速大的地方压强小，该流量计的1处横截面积大，流体流速小，压强大，2处横截面积小，流体流速较大，压强较小，所以，当管道中的流体流动时，在左右压强差的作用下，“U”形管左边的液柱下降，右边的液柱上升，从而形成高度差。 17．如图所示，水平桌面上甲、乙两相同的容器中装有体积相等的不同液体（密度分别为ρ甲、ρ乙）。将同种材料制成的实心物体A、B分别放入甲、乙两容器中，静止时两容器中的液面保持相平，则液体密度ρ甲 ρ乙，物体所受浮力FA FB。（均选填“>”“<”或“=”） 【答案】 > > 【详解】[1]由图可知，A漂浮，根据物体的浮沉条件知，A的密度小于甲液体的密度，B悬浮，B的密度等于乙液体的密度，实心物体A、B由同种材料制作，则密度相等，所以，甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度， [2]依题意得，两容器中液体的体积相等，A、B分别放入甲乙容器后，液面相平，说明A、B排开液体的体积相等，又甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度，根据可知物体A受到的浮力大于物体B受到的浮力。 18．大家都知道“曹冲称象”的方法，如下图所示。用物理知识解释“称象”的原理，前后两次水面正对记号，说明前后两次排开水的体积 。要得出“象重等于石头重”的结论，必须附上的关键依据是：物体漂浮时， 。 【答案】 相同 浮力等于重力 【详解】[1]由图知道，船上放大象和放石头水面达到相同的记号，则排开水的体积相同。 [2]根据阿基米德原理可知，船上放大象和放石头时排开水的体积相同，则受到的浮力相同；又因为两种情况船均为漂浮，则船受到的浮力等于总重力，即F浮=G总，所以大象和船的总重力等于石头和船的总重力，则G象=G石头，即象重等于石头重。 19．如图所示的是国家一级重点保护野生动物——长江江豚露出水面呼吸换气的情景。长江江豚因嘴巴呈弧线形好似微笑，被称为“微笑天使”。长江江豚在水面漂浮时受到的浮力 （选填“大于”“小于”或“等于”）在水中悬浮时受到的浮力；若这条长江江豚的质量为70kg，则其在水中悬浮时受到的浮力为 N。（g取） 【答案】 等于 700 【详解】[1]当物体漂浮时，浮力等于重力；当物体悬浮时，浮力等于重力，则长江江豚在水面漂浮时受到的浮力与在水中悬浮时受到的浮力相等，都等于重力。 [2]这条长江江豚的质量为70kg，则其在水中悬浮时受到的浮力 20．某驱逐舰满载时的吃水深度（指战舰的底部至舰体与水面相连处的垂直距离）为6.5m，满载时的排水量为5200吨，搭载2架直升机。海水密度取，g取。 (1)求驱逐舰满载时，舰底处海水的压强； (2)求驱逐舰满载时，驱逐舰受到海水的浮力； (3)若一架直升机的总质量为5400kg，其因执行任务飞离驱逐舰，则此时驱逐舰排开海水的体积减小了多少？ 【答案】(1)； (2)； (3) 【详解】（1）驱逐舰满载时，吃水深度6.5m，根据液体压强公式p=ρgh可得，舰底处海水的压强为 （2）驱逐舰满载时，根据阿基米德原理，驱逐舰受到海水的浮力为 （3）一架直升机因执行任务飞离驱逐舰后，舰艇重力减少的重力为 因为舰艇仍然处于漂浮状态，则减少的浮力与减少的重力相等，即 则此时驱逐舰排开海水的体积减小量为 21．如图所示，盛有水的圆柱形容器，底面积为80cm2，侧壁上固定了一块水平挡板，挡板的体积忽略不计。挡板下方有一个体积为100cm3、重力为0.6N的实心小球。求： (1)小球所受浮力； (2)挡板对小球的压力； (3)撤去挡板，小球静止后，水对容器底压强的变化量。 【答案】(1)1N (2)0.4N (3)50Pa 【详解】（1）小球浸没在水中，则小球受到的浮力为 （2）根据平衡力，可得挡板对小球的压力为 （3）撤去挡板，小球会漂浮，浮力等于小球的重力，由于力的作用是相互的，小球对水压力的减小量，即水对容器底部压力的减小量等于小球受到浮力的减小量，则水对容器底部压力的减小量为 水对容器底压强的变化量为 22．如图所示，现有一质量为4kg、边长为0.2m的正方体质地均匀的物体。用细绳的一端系住物体，另一端固定在容器底。向容器内注水，当水位达到90cm时，物体恰好完全浸没，如图乙所示。（，g取）求： (1)如图甲所示，物体若被静置于水平地面上，物体对地面的压强为多大？ (2)物体恰好完全浸没时，水对容器底的压强为多大？ (3)请通过计算分析，当物体恰好完全浸没时，将细绳剪断后，物体将怎样运动？ 【答案】(1) (2) (3)上浮直至漂浮 【详解】（1）物体的重力为 水平放置时，物体对地面的压力等于其重力，则物体对地面的压强为 （2）由图可知，物体恰好完全浸没时水的深度为0.9m，则水对容器底的压强为 （3）物体完全浸没时所受到的浮力为 由于，根据二力平衡知识可知，剪断细线后物体将上浮直至漂浮。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$