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

第十章 浮 力 第3节 物体的浮沉条件及应用 物体的浮沉条件 浸没在液体中的物体都会受到浮力的作用，但是有的物体上浮，有的物体下沉， 有的物体还会悬浮在液体中。这是为什么? G 物体的浮与沉是由什么决定的? F 浮 上浮 G F浮 悬浮 G F浮 下沉 (1) 当F 浮>G 时，合力竖直向上，物体由静止向上运动，即上浮。 (最终变为漂浮) (2) 当F浮=G 时，合力为零，物体会停留在液面下任何位置， 即悬浮。 ( 3 ) 当F 浮<G 时，合力竖直向下，物体由静止向下运动，即下沉。 (最终变为沉底) 物体的浮沉条件 物体在液体中的浮与沉取决于整体受力情况(即合力方向)。 浸在液体中的物体受到竖直向下的重力G和 竖直向上的浮力F浮。 根据即浮力与重力大小关系的不同，由静止释放的物体，浮沉存在三种状态： 也能判断物体的浮沉情况。 · 平时常见到木头、泡沫等在水中会上 浮 ； 石块、金属块等在水中会下 沉 。 · 这就是因为不同材料的物质密 度不同。 · 物体在液体中的沉浮也跟物体与液体的密度大小关系有关。 密度比液体密度小的物体，放入液体中会上浮； 密度等于液体密度的物体，放入液体中是悬浮状态； 密度比液体密度大的物体，放入液体中会下沉。 正是根据这个道理，在用盐水 选种时，清除掉漂浮的不饱满 的种子，保留下沉的饱满种子。 对于浸在液体中的实心物体，利用物体密度p物与液体密度p液之间的大小关系， 比较物体重力G 物=P物8V 物与浮力F 浮 二 0液gV排可得： 当P物<P 液时，则有G 物<F 浮，物体在液体中 上浮 ，最终漂浮。 (如棉花、木块等密度较小的材料) 当P 物 = P液时，则有F 浮 = G 物，物体 悬浮 在液体中。 当P物 > P液时，则有G 物 >F 浮，物体在液体中下沉 ，最终沉底。 (如石头、铁块等密度较大的材料) 悬浮与漂浮都是受力平衡F浮 =G, 处于静止状态， 但 悬浮是静止在 液面以下 的任何位置，物体 完全浸没 ，即V 排=V 物 而 漂浮是静止在 液面上方 ，物体只有 部分浸入 液体，此时V排<V 物。 悬浮 的条件是p物 = P 液， 漂浮 的条件是p物 液 F浮 漂浮 F浮 G 悬浮 G 易错注意： 因为死海的海水含盐量高，液体密度很大， 大于人体密度，即浮力大于重力，所以不会下沉。 将新鲜鸡蛋分别浸入盛有水和浓盐水的容器中， 观察鸡蛋在容器中位置及浮沉状态。 人在水中一般会下沉，但在死海中，不会游泳 的人也能轻松地浮在水面上，这是为什么? 如果是同种物质、不同液体呢? 想想做做 水 下沉 (最终沉底) P 物 > P 液 浓盐水 悬浮 P 物 = P 液 物体的浮沉条件 物体在液体中的沉浮取决于物体所受的浮力和重力的大小。 当F 浮 >G 时，物体会上 浮 门 当F浮<G 时 ， 物体会下 沉 门厂 当F 浮 =G 时，物体会处于 悬浮或_漂浮状态 要改变物体的浮沉状态——①改变浮力、重力的大小 ②改变物体、液体的密度大小 物体的浮沉条件 上浮 运动状态 向上运动 条件 F 浮 > G 物体的浮沉相关受力分析 上浮 漂浮 运动状态 向上运动 静止在 液面上 条件 F 浮 > G F浮=G 物体的浮沉相关受力分析 上浮 漂浮 悬浮 运动状态 向上运动 静止在 液面上 静止在液面 下任意深度 条件 F 浮 > G F浮=G F浮=G 物体的浮沉相关受力分析 上浮 漂浮 悬浮 下沉 运动状态 向上运动 静止在 液面上 静止在液面 下任意深度 向下运动 条件 F 浮 > G F浮=G F浮=G F浮<G 物体的浮沉相关受力分析 上浮 漂浮 悬浮 下沉 沉底 运动状态 向上运动 静止在 液面上 静止在液面 下任意深度 向下运动 静止在容器底 条件 F 浮 > G F浮=G F浮=G F浮<G F浮+F支=G 物体的浮沉相关受力分析 归纳补充：浮沉状态的相关计算 ▲计算浮力的四种方法 (1)压力差法 (2)称重法 (浮力产生的原因) (放入液体前后的示数之差) (3)阿基米德原理(公式计算) F浮=G 排 m 排g= P 液 8V 排 F 浮 = G 物 (只有当物体处于 漂浮或悬浮状态时) (4)二力平衡法 人类从远古时代就开始利用浮力了，最初可能是抱住或骑在一段树干上 顺水漂流，后来人们就发明了船。 据记载，1405年郑和下西洋时乘坐的木船长约147m, 是当时世界上最大的木船。 航空母舰 把橡皮泥捏成瓢状放在水面，虽然橡皮泥本身重力没有改变，但 排开的水体积V 变大，因而受到更大的浮力，就能漂浮在水面上。 王 轮船就是根据这个道理制造的。 轮船是用钢铁制造的，钢铁密度远大于水，放入水中就会下沉， 轮船 但沉重的钢铁船身又是如何承载起大量货物的? 思考：橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉，根据阿基米德原理，怎样 把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面上，并能承载重物? F 浮 = G 排 m 排g= P 液g 排 浮力的应用 来获得更大的浮力使轮船漂浮在水面上。 (拓展补充) 排水量：轮船的大小规格通常用排水量来表示， 排水量就是轮船装满货物时排开水的质量。 轮船满载时排开水的质量： m 排三m 船 +m 货 。 载重线/吃水线——即轮船所允许的满载时的最大V 排位置(吃水深度)。 由于海水、河水等不同水域、不同季节的液体密度不同， 轮船的吃水线也不同，水面不能超过轮船的最大吃水线。 在质量不变的情况下，将钢铁制成空心的轮船，可以排开更多的水， F浮=P液gV 排 F浮=G 轮船 艇身内有水舱，若想下沉，则向水舱内充水，使潜水艇变重，则会逐渐下沉； 若想上浮，则压缩空气将水舱内的水排出一部分，使潜水艇变轻，从而上浮。 潜水艇能潜入水下航行，进行侦察和袭击，是一种很重要的军用舰艇。 潜水艇 潜水艇可以悬浮在水下，也可以漂浮在水面。 通过改变自身重力进行上浮和下潜。 (水舱排水或充水) 实际航行时，上浮和下潜过程中都要开动推动器加快上浮和下潜的速度。 F 浮 >G F 浮<G 潜水艇是怎么实现上浮和下沉的? 工作原理： ①向内打气时，瓶内的水排出，小瓶 上 浮 。 ②向外抽气时，更多的水进入瓶内，小瓶下沉 。 (选填“上浮”或“下沉”) 潜水艇模拟小实验： 用注射器向密封小瓶内打气或抽气，模拟潜水艇上浮与下沉。 潜水艇工作原理：靠改变自身的重 力 以实现上浮和下潜。 气球和飞艇靠充入或排出密度较小的气体来实现升降。 P 气球<P 空气 气球和飞艇利用的则是气体的浮力。 ( 气体浮力F浮=P气gV排) 升 空 过 程： ( F浮 = P气8Y 排) 喷嘴点火加热，袋内空气受热膨胀， 使排开气体的体积增大，浮力增大， 当浮力大于重力时，气球上升。 反之，若排出气体或熄灭火种，浮力减小至 小于重力时，则会降落。 热气球 吊篮 气袋 喷嘴 飞艇、孔明灯同理。 (b) · 密度计是一种什么仪器?它有什么特点? 图10.3-9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。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，测量时可根据液面所处位置直接读出液体密度值。 密度计 浮力的应用 密度计 · 密度计的工作原理是什么? 物体漂浮在液面时F浮=G 二力平衡 由F浮=P液gV 排可知，漂浮在不同液体中时有不同的V 排 ， 因此可得对应的液体密度P液。 · 密度计的刻度规律： 测量时根据液面所对应密度计上的刻度位置，可直接 读出液体的密度值，若密度计浸入液体中的位置越深， (密度计刻度上小下大，上稀下密) 另：密度计刻度分布并不均匀，上方较稀疏、下方较密集。 说明所测液体密度是越大还是越小? 越小 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在水面， 而饱满的种子则会下沉到容器底部。 用盐水选种啊，沉下 去的才是好种子 盐 其它浮力的应用： 盐水选种 你在干什么? 其它浮力的应用： 归纳总结： 轮船——空心结构增大浮力 潜水艇——改变自身重力 气球和飞艇——充入或排出密度 较小的气体 三国时期“曹冲称象”的典故也利用了浮力。 漂 浮 时 F 浮 = G 象 — → F 浮= G 石头 小节归纳： 对比浮力与 物体的重 浮沉条件 F 浮>G, 物体上浮至漂浮 —F浮=G ,既不上浮，也不下沉 F 浮<G, 物体会下沉 F 浮>G, 物体上浮至漂浮 —F浮=G ,既不上浮，也不下沉 F 浮<G, 物体会下沉 P物<P 液，物体上浮至漂浮 P物=P液，既不上浮，也不下沉 P物>P液，物体会下沉 小节归纳： 对比浮力与 物体的重 浮沉条件 对比物体与 液体的密度 F 浮 >G, 物体上浮至漂浮 —F浮=G ,既不上浮，也不下沉 F 浮<G, 物体会下沉 浮力的应用：轮船、潜水艇、 气球和飞艇 P物<P 液，物体上浮至漂浮 P 物=P液，既不上浮，也不下沉 P物 >P液，物体会下沉 小节归纳： 对比浮力与 物体的重 浮沉条件 对比物体与 液体的密度 课作： 1.当某架战机飞离航母后，航母受到的浮力将变 小(选填“变大” “不变” 或“变小”)。 2.将某个玩具放入水中，它能漂浮于水面；把它放入另一种液体中，它却 沉入底部。这个玩具在此液体中受到的浮力比水中的浮力 小 ,此液体 的密度比水 小 (选填“大” “一样”或“小”)。 $$