内容正文:
人教版初中物理八下同步导学案 书禾物理
《10.3 物体的浮沉条件及应用》导学案
【学习目标】
核心素养
维度
学习目标
物理观念
理解物体的浮沉条件,能通过比较重力和浮力、物体密度和液体密度来判断浮沉。
科学思维
能运用二力平衡和阿基米德原理分析浮沉现象,掌握改变浮沉的方法。
科学探究
经历探究物体浮沉条件的实验过程,培养观察、分析和归纳能力。
科学态度
与责任
关注浮沉条件在轮船、潜水艇、气球等领域的应用,体会物理与技术的联系。
学习重点: 物体的浮沉条件;改变浮沉的方法及其应用。
学习难点: 理解浮沉与物体密度、液体密度的关系;分析轮船、潜水艇的工作原理。
【课前预习案】
1. 观察生活:为什么钢铁制造的轮船能浮在水面,而一块铁片却会下沉?
2. 阅读教材,了解浮沉条件的几种判断方法。
【我的疑惑】
【课中探究案】
一、物体的浮沉条件
【活动一】将不同物体(如木块、铁块、鸡蛋)放入水中,观察它们的浮沉情况,并思考决定浮沉的因素。
1. 受力角度分析(浸没在液体中的物体)
浸没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。
A
B
C
D
E
A图:当F浮 > G时,二力的合力方向 竖直向上 ,物体 上浮 (选填“上浮”或“下沉”),最终处于 漂浮 状态,如图 E ,请画出它的受力分析示意图。
B图:当F浮 < G时,二力的合力方向 竖直向下 ,物体会 下沉 , 最终会处于 沉底 状态,如图 D ,请画出此时物体受到的力 。
C图:当F浮 = G时,二力的合力为 0 ,物体保持 悬浮 状态。
2. 密度角度分析
浸没时,V排 = V物,F浮 = ρ液gV排,G = ρ物gV物。
当ρ液 > ρ物时,F浮 > G,物体 上浮 。
当ρ液 < ρ物时,F浮 < G,物体 下沉 。
当ρ液 = ρ物时,F浮 = G,物体 悬浮 。
二、探究物体浮沉的条件
【活动二】利用水槽、水、盐水、鸡蛋、橡皮泥等器材,探究物体浮沉的条件。
实验1:鸡蛋的浮沉
将鸡蛋放入清水中,观察到鸡蛋 沉底 ;逐渐向水中加盐并搅拌,观察到鸡蛋 上浮 。
分析:加盐后液体密度 增大 ,浮力 增大 ,当浮力 大于 重力时鸡蛋上浮。
实验2:橡皮泥的浮沉
将橡皮泥捏成实心球状放入水中,它会 下沉 ;将橡皮泥捏成船状放入水中,它会 漂浮 。
分析:改变形状增大了 排开液体的体积 ,从而增大了 浮力 ,使物体漂浮。
实验结论: 物体浮沉取决于 重力 和 浮力 的大小关系(或物体密度与液体密度的关系)。
三、浮沉条件的应用实例分析
【活动三】小组讨论,完成以下填空:
1. 轮船:采用“空心”的办法,增大 排开液体的体积 ,从而获得更大的浮力。
轮船从河里驶入海里,轮船始终处于 漂浮 状态,所以受到的浮力始终与重力 相等 ,所以整个过程中受到的浮力 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”) ;因为海水密度大于河水密度,所以轮船排开水的体积 变小 ,因此轮船会 上浮 一些(选填“上浮”或“下沉”)。
排水量:轮船的大小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 。
如上图是我国的第一艘航空母舰辽宁舰。它的排水量约为6×104吨,表示辽宁舰满载时,舰载机和舰身的质量之和是6×104吨,可知辽宁舰受到的重力
是 6 × 10⁸ N,受到的浮力是 6 × 10⁸ N。
排水量 m排 = 6 × 10⁴t = 6 × 10⁷ kg。
根据漂浮条件,F浮 = G = m排 ×g = 6 × 10⁷ kg ×10 N/kg = 6 × 10⁸ N。
2. 潜水艇: 通过改变 自身重力 来实现浮沉。
潜水艇通过向水舱中充水或排水来改变 自身重力 ,从而实现浮沉。当需要下潜时,向水舱充水,重力 增大 ,当重力 大于 浮力时,潜水艇下沉。
3. 气球和飞艇: 气球内充入密度比空气 小 的气体(如氦气),通过改变气囊的体积或自身重力来控制升降。
4. 密度计: 密度计漂浮在液面上,受到的浮力 等于 重力。浸入液体的体积越大,说明液体密度越 小 。
【典型例题】
题型一:浮沉条件判断
例1 将一个重为5N的鸡蛋放入盐水中,鸡蛋漂浮在水面上,此时鸡蛋受到的浮力为 N;若向盐水中加清水,在这个过程中,鸡蛋排开液体的体积在逐渐 ,鸡蛋的状态可能有 (选填“上浮”“下沉”“悬浮”或“漂浮”)
【解析】 漂浮时F浮=G=5N;加清水后盐水密度减小,为保持漂浮状态(F浮=G),鸡蛋排开液体的体积会逐渐增大。当排开液体的体积达到鸡蛋自身体积(即完全浸没)时,若此时液体密度仍大于鸡蛋密度,则鸡蛋悬浮;若液体密度等于鸡蛋密度,也悬浮;若液体密度小于鸡蛋密度,则鸡蛋下沉。通常情况下,加清水会使密度降至低于鸡蛋密度,因此鸡蛋最终会下沉
【易错提醒】 漂浮时浮力等于重力,与液体密度无关。
对应练习:
1.一个物体的密度为0.8×10³kg/m³,将其放入水中,静止时它将( A )
A. 漂浮 B. 悬浮 C. 沉底 D. 无法确定
2. 一个重为3N的物体,浸没在水中时弹簧测力计示数为2N,则物体在水中松手后将( B )
A. 上浮 B. 下沉 C. 悬浮 D. 无法确定
3. 一个物体漂浮在水面上,露出水面的体积为总体积的1/3,则物体的密度
为 0.67×10³ kg/m³。(ρ水=1.0×10³kg/m³)
例2 一艘轮船从河里驶入海里,下列说法正确的是( )
A. 轮船受到的浮力变大,船身上浮一些
B. 轮船受到的浮力变小,船身下沉一些
C. 轮船受到的浮力不变,船身上浮一些
D. 轮船受到的浮力不变,船身下沉一些
【解析】 轮船始终漂浮,浮力等于重力,重力不变则浮力不变。海水密度大于河水,根据F浮=ρ液gV排,V排减小,所以船身上浮一些。故选C。
【易错提醒】 漂浮时浮力始终等于重力,与液体密度无关。
对应练习:潜水艇是通过改变 自身重力 来实现浮沉的;轮船从河里驶入海里,受到的浮力 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”),船身会 上浮 (选填“上浮”或“下沉”)一些。
例3 将体积相同的实心铁块和木块放入水中,静止后木块漂在水面上,铁块沉入水底,则它们所受浮力的大小关系是( )
A. 铁块大 B. 木块大 C. 一样大 D. 无法比较
【解析】 铁块下沉,V排=V;木块漂浮,V排 < V。根据F浮=ρ水gV排,铁块排开水的体积大,浮力大。故选A。
【易错提醒】 不要误认为漂浮的物体浮力一定大于下沉的物体,要比较V排。
对应练习:质量相同的实心木块、铜块和铁块,放入水中静止时( B )
A.铁块受的浮力最大
B.木块受的浮力最大
C.铜块受的浮力最大
D.三者所受浮力一样大
【详解】由于ρ铜 > ρ铁 > ρ水 > ρ木 ,根据物体的浮沉条件可知,放入水中后,当静止时,木块漂浮,铁块和铜块下沉,最终沉底。由于木块漂浮,所以木块受到的浮力为F木 = G = mg ,
铁块和铜块质量相等,由于 ρ铜 > ρ铁,根据 ρ = m/V 可知,V铜 < V铁,铁块和铜块在水中沉底,由F浮 = ρ水 g V排 = ρ水 g V可知 F铜 < F铁 < G
故 B 正确,ACD 错误.
题型二:密度计原理应用
例4 如图所示,同一支密度计分别漂浮在甲、乙两种液体中,静止时液面位置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 密度计在甲液体中受到的浮力较大
B. 密度计在乙液体中受到的浮力较大
C. 甲液体的密度大于乙液体的密度
D. 甲液体的密度小于乙液体的密度
【解析】 密度计是利用物体漂浮条件制成的。无论在哪种液体中,密度计都处于漂浮状态,因此它受到的浮力始终等于其自身重力。由于是同一支密度计,重力不变,所以它在甲、乙两种液体中受到的浮力相等,选项A、B均错误。根据阿基米德原理 F浮 = ρ液 g V排,在浮力F浮和g都不变的情况下,液体密度ρ液越大,排开液体的体积V排就越小,密度计浸入液体的部分就越少。从图中可以看出,密度计在甲液体中浸入更深(V排更大),说明甲液体的密度更小。故选D。
【易错提醒】 切勿认为密度计在不同液体中受到的浮力不同。只要它是漂浮的,浮力就恒等于其重力。判断液体密度大小的关键是看V排:浸入越深(V排越大),液体密度越小。
对应练习:某同学把吸管的一端封口并缠绕细铁丝,制作成一支简易密度计。将密度计竖直漂浮在水面上,在水面平齐处做一个标记A。两个相同的烧杯中盛有甲、乙两种液体,将密度计分别放入甲、乙两种液体中,静止时如图所示,此时两液面相平,下列说法正确的是( B )
A.甲液体的密度大于水的密度
B.密度计在甲液体中受到的浮力等于在乙液体中受到的浮力
C.密度计排开甲液体的质量大于排开乙液体的质量
D.甲液体对烧杯底的压强等于乙液体对烧杯底的压强
【详解】AB. 同一支密度计放在甲、乙两种液体中都漂浮,则F浮甲 = F浮乙 = G 即浮力是相同的;由图可知,密度计在乙液体中排开的液体的体积小,由V排 = F浮 / (ρ液 g) 可知乙液体的密度大,故A错误,B正确; C. 由A选项可知同一支密度计放在甲、乙两种液体中的浮力相同,由阿基米德原理可知,物体受到的浮力等于排开液体的重力,即F浮 = G排 = m排g 因此密度计排开甲液体的质量等于排开乙液体的质量,故C错误; D. 由题意可知,甲、乙两液面相平,由于乙液体的密度大,根据p = ρ g h可知,乙杯中液体对容器底的压强更大,故D错误。 故选B.
题型三:利用浮力求解密度(综合应用)
例5 一个实心正方体物块,用弹簧测力计测得其重力为9N。将其浸没在水中时,弹簧测力计的示数变为6N。(g取10N/kg)求:
(1) 物块浸没在水中时受到的浮力;
(2) 物块的体积;
(3) 物块的密度。
【解析】
(1) 根据称重法,F浮= G -F示= 9N-6N = 3N。
(2) 物块浸没在水中,V排 = V物。由F浮=ρ水 gV排 可得:
V物 = V排 = F浮 /(ρ水×g) = 3N /(1.0×10³kg/m³×10N/kg) = 3×10-4 m³。
(3) 由G = mg 可得物块质量 m = G/g = 9N /10N/kg = 0.9kg。
因此,物块密度 ρ物 = m /V物= 0.9kg /3×10-4m³ = 3×10³ kg/m³。
【易错提醒】
公式混淆:计算体积时,务必使用浮力公式 F浮 =ρ液 gV排,而不是重力公式。
单位统一:计算过程中,所有物理量必须使用国际单位(kg, m³, N等),避免因单位错误导致结果偏差。
状态明确:题目中“浸没”二字至关重要,它保证了 V排 = V物,这是解题的关键前提。
对应练习:如图甲所示,在弹簧测力计下挂一长方体实心物块,将其从水面上方某处匀速下放,在物块下放过程中弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水中的深度h的关系如图乙所示(该过程中物块未接触到容器底部),g取10N/kg,求:
(1)物块浸没在水中时受到水的浮力;
(2)物块的体积;
(3)物块的密度。
【答案】 (1) 20 N (2) 2×10-3 m3 (3) 1.5×103 kg/m3
【详解】 (1) 由图乙可知,弹簧测力计的最大示数 F最大 = 30 N,此时物块未浸入水中,则物块重力 G = F最大 = 30 N 物块浸没时弹簧测力计的示数 F示 = 10 N,所以物块浸没水中时受到的浮力 F浮 = G - F示 = 30 N - 10 N = 20 N (2) 物块的体积 V = V排 = F浮 / (ρ水 g) = 20 N / (1×103 kg/m3 × 10 N/kg) = 2×10-3 m3 (3) 物块的密度 ρ = m / V = G / (g V) = 30 N / (10 N/kg × 2×10-3 m3) = 1.5×103 kg/m3
【易错点总结】
易错点1:误认为漂浮的物体浮力一定大于重力
漂浮时浮力等于重力,不是大于。
易错点2:混淆物体密度与液体密度对浮沉的影响
当ρ物 < ρ液时,物体漂浮(实心);
ρ物 > ρ液时下沉; ρ物 = ρ液时悬浮。
易错点3:认为轮船从河里到海里浮力变大
漂浮时浮力等于重力,重力不变则浮力不变。
易错点4:误认为潜水艇下潜过程中浮力一直不变
潜水艇完全浸没后,下潜时排开水的体积不变,浮力不变;但下潜过程中(未完全浸没)浮力会增大。
【课堂检测】
1. 一个物体漂浮在水面上,它受到的浮力( B )它的重力。
A. 大于 B. 等于 C. 小于 D. 无法比较
2. 将重为5N的物体放入水中,静止后物体漂浮在水面,则物体受到的浮力
为 5 N。
3. 一个物体的密度为0.6×10³kg/m³,将其放入水中,静止时它将( A )
A. 漂浮 B. 悬浮 C. 沉底 D. 无法确定
4. 潜水艇在海底巡航时,从水面下20m下潜到30m的过程中,潜水艇受到的浮力( C )
A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 先变大后不变
5. 一艘轮船从河里驶入海里,它受到的浮力将 不变,船身将 上浮 一些(选填“上浮”或“下沉”)。
6. 一个实心物体浸没在水中时,弹簧测力计示数为6N,将其取出后测得其重力为10N,则该物体的密度为 2.5×10³ kg/m³。(g=10N/kg)
7. 将一块橡皮泥捏成实心球状放入水中会下沉,捏成船状放入水中会漂浮,这是因为( B )
A. 橡皮泥的重力减小了
B. 橡皮泥受到的浮力增大了
C. 橡皮泥的密度变小了
D. 液体的密度变大了
8. 一个鸡蛋在清水中沉底,向水中加盐并搅拌,鸡蛋上浮。此过程中,鸡蛋受到的浮力变化情况是( B )
A. 一直变大 B. 先变大后不变
C. 一直不变 D. 先不变后变大
9. 一个体积为100cm³的实心物体,质量为80g,将其放入水中,静止时物体
将 漂浮 (选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”),此时物体受到的浮力为 0.8 N。(g=10N/kg)
10. 密度计是用来测量液体密度的仪器,它漂浮在不同液体中,受到的浮
力 相等 (选填“相等”或“不相等”),浸入液体的体积越大,说明液体密度越 小 。
11. 一个物体漂浮在液面上,露出液面的体积为总体积的1/4,则物体的密度与液体密度之比为 3:4 。
12. 潜水艇从水面上漂浮状态向水舱中充水,使其下潜。在下潜过程中(未完全浸没时),潜水艇受到的浮力 变大 ,重力 变大 ;当完全浸没后继续下潜时,浮力 不变 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
13. 一个重为15N的物体,浸没在水中时弹簧测力计示数为5N,求:(g=10N/kg)
(1) 物体受到的浮力;
(2) 物体的体积;
(3) 物体的密度;
(4) 若将该物体浸没在酒精中,它将如何运动?(ρ酒精=0.8×10³kg/m³)
(1) F浮 = G - F示 = 15N - 5N = 10N。
(2)V= V排 =F浮/(ρ水× g)= 10N/(1.0×10³kg/m³× 10N/kg) = 1×10⁻³m³。
(3) m = G / g = 15N / 10N/kg = 1.5kg;
ρ = m / V = 1.5kg / 1×10⁻³m³ = 1.5×10³kg/m³。
(4) 因为 ρ物 (1.5×10³kg/m³) > ρ酒精 (0.8×10³kg/m³),所以物体会 下沉。
14. 一艘轮船的排水量为5000t,求:(g=10N/kg)
(1) 轮船满载时受到的浮力;
(2) 轮船满载时排开水的体积;
(3) 若轮船从河里驶入海里,排开水的体积变化了多少?(ρ海水=1.03×10³kg/m³)
解答过程:
(1) F浮 = G排 = m排 × g = (5000 × 10³kg) ×10N/kg = 5×10⁷N。
(2) V排河 = m排 / ρ水 = (5×10⁶kg) / (1.0×10³kg/m³) = 5×10³m³。
(3) V排海 = m排 / ρ海水 = (5×10⁶kg) / (1.03×10³kg/m³) ≈ 4854m³; ΔV = V排河 - V排海 = 5000m³ - 4854m³ = 146m³。
15. 在“探究物体浮沉条件”的实验中,小明将同一个鸡蛋分别放入清水和盐水中,发现鸡蛋在清水中沉底,在盐水中漂浮。请回答:
(1) 鸡蛋在清水中沉底时,浮力 小于 重力;
(2) 鸡蛋在盐水中漂浮时,浮力 等于 重力;
(3) 若向盐水中继续加清水,鸡蛋会 下沉 (选填“上浮”“下沉”或“不变”);
(4) 通过实验可以得出的结论是:物体浮沉的条件与 液体密度 有关。
【本课知识结构图 · 思维导图】
第 1 页 共 17 页
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$人教版初中物理八下同步导学案 书禾物理
《10.3 物体的浮沉条件及应用》导学案
【学习目标】
核心素养
维度
学习目标
物理观念
理解物体的浮沉条件,能通过比较重力和浮力、物体密度和液体密度来判断浮沉。
科学思维
能运用二力平衡和阿基米德原理分析浮沉现象,掌握改变浮沉的方法。
科学探究
经历探究物体浮沉条件的实验过程,培养观察、分析和归纳能力。
科学态度
与责任
关注浮沉条件在轮船、潜水艇、气球等领域的应用,体会物理与技术的联系。
学习重点: 物体的浮沉条件;改变浮沉的方法及其应用。
学习难点: 理解浮沉与物体密度、液体密度的关系;分析轮船、潜水艇的工作原理。
【课前预习案】
1. 观察生活:为什么钢铁制造的轮船能浮在水面,而一块铁片却会下沉?
2. 阅读教材,了解浮沉条件的几种判断方法。
【我的疑惑】
【课中探究案】
一、物体的浮沉条件
【活动一】将不同物体(如木块、铁块、鸡蛋)放入水中,观察它们的浮沉情况,并思考决定浮沉的因素。
1. 受力角度分析(浸没在液体中的物体)
浸没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。
A
B
C
D
E
A图:当F浮 > G时,二力的合力方向,物体 (选填“上浮”或“下沉”),最终处于 状态,如图 ,请画出它的受力分析示意图。
B图:当F浮 < G时,二力的合力方向 ,物体会 , 最终会处于 状态,如图 ,请画出此时物体受到的力 。
C图:当F浮 = G时,二力的合力为 ,物体保持 状态。
2. 密度角度分析
浸没时,V排 = V物,F浮 = ρ液gV排,G = ρ物gV物。
当ρ液 > ρ物时,F浮 G,物体 。
当ρ液 < ρ物时,F浮 G,物体 。
当ρ液 = ρ物时,F浮 G,物体 。
二、探究物体浮沉的条件
【活动二】利用水槽、水、盐水、鸡蛋、橡皮泥等器材,探究物体浮沉的条件。
实验1:鸡蛋的浮沉
将鸡蛋放入清水中,观察到鸡蛋 ;逐渐向水中加盐并搅拌,观察到鸡蛋 。
分析:加盐后液体密度 ,浮力 ,当浮力 重力时鸡蛋上浮。
实验2:橡皮泥的浮沉
将橡皮泥捏成实心球状放入水中,它会 ;将橡皮泥捏成船状放入水中,它会 。
分析:改变形状增大了 ,从而增大了 ,使物体漂浮。
实验结论: 物体浮沉取决于 和 的大小关系(或物体密度与液体密度的关系)。
三、浮沉条件的应用实例分析
【活动三】小组讨论,完成以下填空:
1. 轮船:采用“空心”的办法,增大 ,从而获得更大的浮力。
轮船从河里驶入海里,轮船始终处于 状态,所以受到的浮力始终与重力 ,所以整个过程中受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”) ;因为海水密度大于河水密度,所以轮船排开水的体积 ,因此轮船会 一些(选填“上浮”或“下沉”)。
排水量:轮船的大小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 。
如上图是我国的第一艘航空母舰辽宁舰。它的排水量约为6×104吨,表示辽宁舰满载时 ,舰载机和舰身的质量之和是6×104吨,可知辽宁舰受到的重力是 N,受到的浮力是 N。
2. 潜水艇: 通过改变 来实现浮沉。
潜水艇通过向水舱中充水或排水来改变 ,从而实现浮沉。当需要下潜时,向水舱充水,重力 ,当重力 浮力时,潜水艇下沉。
3. 气球和飞艇: 气球内充入密度比空气 的气体(如氦气),通过改变气囊的体积或自身重力来控制升降。
4. 密度计: 密度计漂浮在液面上,受到的浮力 重力。浸入液体的体积越大,说明液体密度越 。
【典型例题】
题型一:浮沉条件判断
例1 将一个重为5N的鸡蛋放入盐水中,鸡蛋漂浮在水面上,此时鸡蛋受到的浮力为 N;若向盐水中加清水,在这个过程中,鸡蛋排开液体的体积在逐渐 ,鸡蛋的状态可能有 (选填“上浮”“下沉”“悬浮”或“漂浮”)
【解析】 漂浮时F浮=G=5N;加清水后盐水密度减小,为保持漂浮状态(F浮=G),鸡蛋排开液体的体积会逐渐增大。当排开液体的体积达到鸡蛋自身体积(即完全浸没)时,若此时液体密度仍大于鸡蛋密度,则鸡蛋悬浮;若液体密度等于鸡蛋密度,也悬浮;若液体密度小于鸡蛋密度,则鸡蛋下沉。通常情况下,加清水会使密度降至低于鸡蛋密度,因此鸡蛋最终会下沉
【易错提醒】 漂浮时浮力等于重力,与液体密度无关。
对应练习:
1.一个物体的密度为0.8×10³kg/m³,将其放入水中,静止时它将( )
A. 漂浮 B. 悬浮 C. 沉底 D. 无法确定
2. 一个重为3N的物体,浸没在水中时弹簧测力计示数为2N,则物体在水中松手后将( )
A. 上浮 B. 下沉 C. 悬浮 D. 无法确定
3. 一个物体漂浮在水面上,露出水面的体积为总体积的1/3,则物体的密度
为 kg/m³。(ρ水=1.0×10³kg/m³)
例2 一艘轮船从河里驶入海里,下列说法正确的是( )
A. 轮船受到的浮力变大,船身上浮一些
B. 轮船受到的浮力变小,船身下沉一些
C. 轮船受到的浮力不变,船身上浮一些
D. 轮船受到的浮力不变,船身下沉一些
【解析】 轮船始终漂浮,浮力等于重力,重力不变则浮力不变。海水密度大于河水,根据F浮=ρ液gV排,V排减小,所以船身上浮一些。故选C。
【易错提醒】 漂浮时浮力始终等于重力,与液体密度无关。
对应练习:潜水艇是通过改变 来实现浮沉的;轮船从河里驶入海里,受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”),船身
会 (选填“上浮”或“下沉”)一些。
例3 将体积相同的实心铁块和木块放入水中,静止后木块漂在水面上,铁块沉入水底,则它们所受浮力的大小关系是( )
A. 铁块大 B. 木块大 C. 一样大 D. 无法比较
【解析】 铁块下沉,V排=V;木块漂浮,V排 < V。根据F浮=ρ水gV排,铁块排开水的体积大,浮力大。故选A。
【易错提醒】 不要误认为漂浮的物体浮力一定大于下沉的物体,要比较V排。
对应练习:质量相同的实心木块、铜块和铁块,放入水中静止时( )
A.铁块受的浮力最大
B.木块受的浮力最大
C.铜块受的浮力最大
D.三者所受浮力一样大
题型二:密度计原理应用
例4 如图所示,同一支密度计分别漂浮在甲、乙两种液体中,静止时液面位置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 密度计在甲液体中受到的浮力较大
B. 密度计在乙液体中受到的浮力较大
C. 甲液体的密度大于乙液体的密度
D. 甲液体的密度小于乙液体的密度
【解析】 密度计是利用物体漂浮条件制成的。无论在哪种液体中,密度计都处于漂浮状态,因此它受到的浮力始终等于其自身重力。由于是同一支密度计,重力不变,所以它在甲、乙两种液体中受到的浮力相等,选项A、B均错误。根据阿基米德原理 F浮 = ρ液 g V排,在浮力F浮和g都不变的情况下,液体密度ρ液越大,排开液体的体积V排就越小,密度计浸入液体的部分就越少。从图中可以看出,密度计在甲液体中浸入更深(V排更大),说明甲液体的密度更小。故选D。
【易错提醒】 切勿认为密度计在不同液体中受到的浮力不同。只要它是漂浮的,浮力就恒等于其重力。判断液体密度大小的关键是看V排:浸入越深(V排越大),液体密度越小。
对应练习:某同学把吸管的一端封口并缠绕细铁丝,制作成一支简易密度计。将密度计竖直漂浮在水面上,在水面平齐处做一个标记A。两个相同的烧杯中盛有甲、乙两种液体,将密度计分别放入甲、乙两种液体中,静止时如图所示,此时两液面相平,下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度大于水的密度
B.密度计在甲液体中受到的浮力等于在乙液体中受到的浮力
C.密度计排开甲液体的质量大于排开乙液体的质量
D.甲液体对烧杯底的压强等于乙液体对烧杯底的压强
题型三:利用浮力求解密度(综合应用)
例5 一个实心正方体物块,用弹簧测力计测得其重力为9N。将其浸没在水中时,弹簧测力计的示数变为6N。(g取10N/kg)求:
(1) 物块浸没在水中时受到的浮力;
(2) 物块的体积;
(3) 物块的密度。
【解析】
(1) 根据称重法,F浮= G -F示= 9N-6N = 3N。
(2) 物块浸没在水中,V排 = V物。由F浮=ρ水 gV排 可得:
V物 = V排 = F浮 /(ρ水×g) = 3N /(1.0×10³kg/m³×10N/kg) = 3×10-4 m³。
(3) 由G = mg 可得物块质量 m = G/g = 9N /10N/kg = 0.9kg。
因此,物块密度 ρ物 = m /V物= 0.9kg /3×10-4m³ = 3×10³ kg/m³。
【易错提醒】
公式混淆:计算体积时,务必使用浮力公式 F浮 =ρ液 gV排,而不是重力公式。
单位统一:计算过程中,所有物理量必须使用国际单位(kg, m³, N等),避免因单位错误导致结果偏差。
状态明确:题目中“浸没”二字至关重要,它保证了 V排 = V物,这是解题的关键前提。
对应练习:如图甲所示,在弹簧测力计下挂一长方体实心物块,将其从水面上方某处匀速下放,在物块下放过程中弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水中的深度h的关系如图乙所示(该过程中物块未接触到容器底部),g取10N/kg,求:
(1)物块浸没在水中时受到水的浮力;
(2)物块的体积;
(3)物块的密度。
【易错点总结】
易错点1:误认为漂浮的物体浮力一定大于重力
漂浮时浮力等于重力,不是大于。
易错点2:混淆物体密度与液体密度对浮沉的影响
当ρ物 < ρ液时,物体漂浮(实心);
ρ物 > ρ液时下沉; ρ物 = ρ液时悬浮。
易错点3:认为轮船从河里到海里浮力变大
漂浮时浮力等于重力,重力不变则浮力不变。
易错点4:误认为潜水艇下潜过程中浮力一直不变
潜水艇完全浸没后,下潜时排开水的体积不变,浮力不变;但下潜过程中(未完全浸没)浮力会增大。
【课堂检测】
1. 一个物体漂浮在水面上,它受到的浮力( )它的重力。
A. 大于 B. 等于 C. 小于 D. 无法比较
2. 将重为5N的物体放入水中,静止后物体漂浮在水面,则物体受到的浮力
为 N。
3. 一个物体的密度为0.6×10³kg/m³,将其放入水中,静止时它将( )
A. 漂浮 B. 悬浮 C. 沉底 D. 无法确定
4. 潜水艇在海底巡航时,从水面下20m下潜到30m的过程中,潜水艇受到的浮力( )
A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 先变大后不变
5. 一艘轮船从河里驶入海里,它受到的浮力将 ,船身将 一些(选填“上浮”或“下沉”)。
6. 一个实心物体浸没在水中时,弹簧测力计示数为6N,将其取出后测得其重力为10N,则该物体的密度为 kg/m³。(g=10N/kg)
7. 将一块橡皮泥捏成实心球状放入水中会下沉,捏成船状放入水中会漂浮,这是因为( )
A. 橡皮泥的重力减小了
B. 橡皮泥受到的浮力增大了
C. 橡皮泥的密度变小了
D. 液体的密度变大了
8. 一个鸡蛋在清水中沉底,向水中加盐并搅拌,鸡蛋上浮。此过程中,鸡蛋受到的浮力变化情况是( )
A. 一直变大 B. 先变大后不变
C. 一直不变 D. 先不变后变大
9. 一个体积为100cm³的实心物体,质量为80g,将其放入水中,静止时物体
将 (选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”),此时物体受到的浮力为 N。(g=10N/kg)
10. 密度计是用来测量液体密度的仪器,它漂浮在不同液体中,受到的浮
力 (选填“相等”或“不相等”),浸入液体的体积越大,说明液体密度越 。
11. 一个物体漂浮在液面上,露出液面的体积为总体积的1/4,则物体的密度与液体密度之比为 。
12. 潜水艇从水面上漂浮状态向水舱中充水,使其下潜。在下潜过程中(未完全浸没时),潜水艇受到的浮力 ,重力 ;当完全浸没后继续下潜时,浮力 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
13. 一个重为15N的物体,浸没在水中时弹簧测力计示数为5N,求:(g=10N/kg)
(1) 物体受到的浮力;
(2) 物体的体积;
(3) 物体的密度;
(4) 若将该物体浸没在酒精中,它将如何运动?(ρ酒精=0.8×10³kg/m³)
14. 一艘轮船的排水量为5000t,求:(g=10N/kg)
(1) 轮船满载时受到的浮力;
(2) 轮船满载时排开水的体积;
(3) 若轮船从河里驶入海里,排开水的体积变化了多少?(ρ海水=1.03×10³kg/m³)
15. 在“探究物体浮沉条件”的实验中,小明将同一个鸡蛋分别放入清水和盐水中,发现鸡蛋在清水中沉底,在盐水中漂浮。请回答:
(1) 鸡蛋在清水中沉底时,浮力 重力;
(2) 鸡蛋在盐水中漂浮时,浮力 重力;
(3) 若向盐水中继续加清水,鸡蛋会 (选填“上浮”“下沉”或“不变”);
(4) 通过实验可以得出的结论是:物体浮沉的条件与 有关。
【本课知识结构图 · 思维导图】
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