10.3 物体的浮沉条件及应用 导学案 2025-2026学年人教版物理八年级下册

10.3 物体的浮沉条件及应用 导学案 2025-2026学年人教版2024初中物理八年级下册

 

【模块一：学习目标】

1. 能够运用力与运动的关系推导物体在液体中上浮、下沉、悬浮和漂浮的条件，理解物体的浮沉取决于所受浮力与重力的大小关系。

2. 掌握利用物体密度与液体密度的关系判断物体浮沉状态的方法，能够运用密度比较法解决具体问题。

3. 了解潜水艇、轮船、气球和飞艇的工作原理，能够运用浮沉条件解释其如何实现上浮、下潜或升空，体会物理知识在工程技术中的广泛应用。

【模块二：课前预习】

第1题：上一节我们学习了阿基米德原理，请你写出该原理的内容，并说明当物体浸没在液体中时，排开液体的体积与物体自身体积之间有什么关系？这个关系在分析物体完全浸没时的浮力大小有什么作用？

第2题：将一块小木块和一块小铁块分别放入水中，观察到的现象是木块上浮最终漂浮在水面，而铁块下沉到水底。试从木块和铁块的密度与水密度的关系这个角度，提出一个初步猜想：物体的浮沉与物体密度和液体密度之间可能存在怎样的关系？

第3题：查阅资料或观察生活，找一找身边哪些物体或设备是利用物体的浮沉条件来工作的？至少列举两个例子，并简单记录它们是如何实现上浮或下沉的，准备在课堂上与同学交流。

【模块三：知识点梳理】

一、物体的浮沉条件——力与运动的关系

1. 从受力分析的角度，浸在液体中的物体始终受到两个力的作用：一个是竖直向下的【重力G】，另一个是竖直向上的【浮力F浮】。物体的浮沉状态完全由这两个力的合力方向决定。

2. 当物体浸没在液体中时，存在三种可能的运动状态：若【F浮 > G】，合力方向竖直向上，物体将加速上浮，随着物体逐渐露出液面，排开液体体积减小，浮力随之减小，直至浮力等于重力时，物体最终漂浮在液面上保持静止

；若【F浮 < G】，合力方向竖直向下，物体会加速下沉，最终沉到容器底部，在底部受到支持力后达到三力平衡；若【F浮 = G】，合力为零，物体可以在液体内部的任意深度处保持静止，即处于【悬浮状态】，此时物体可以停留在液体内任何位置。

4. 漂浮是物体静止在液面上的状态，此时物体只有一部分体积浸入液体中。漂浮时同样满足【F浮 = G】的二力平衡条件，但此时排开液体的体积小于物体自身的体积。

图1 物体浮沉四种状态的受力示意图

注意：悬浮与漂浮虽然都满足浮力等于重力，但悬浮时物体全部浸没且可停留在液体内部任何深度，而漂浮时物体只有部分浸入，静止在液面上，这是两者的本质区别。悬浮对物体密度与液体密度的关系要求极为严格，只有两者密度精确相等才能实现，而漂浮只要求物体密度小于液体密度即可。

温馨提示：在进行浮沉条件受力分析时，首先要明确物体是浸没状态还是部分浸入状态，然后画出重力与浮力的示意图，标出两个力的大小关系，这样才能准确判断物体的运动趋势或平衡状态。

二、利用密度关系判断物体浮沉

1. 对于均匀实心物体，当其浸没在液体中时，我们可以将浮力与重力的比较转化为密度之间的比较。浸没时物体排开液体的体积V排等于物体的体积V物，根据阿基米德原理F浮 = ρ液gV排 = ρ液gV物，而物体重力G = ρ物gV物。

2. 比较F浮与G的大小关系，代入后得到ρ液gV物与ρ物gV物的比较，消去相同的gV物后，浮沉条件可以简洁地表达为：当【ρ液 > ρ物】时，F浮 > G，物体上浮，最终漂浮；当【ρ液 < ρ物】时，F浮 < G，物体下沉

，最终沉底；当【ρ液 = ρ物】时，F浮 = G，物体可以悬浮在液体内部任何位置。

3. 这种密度比较法是对力的大小比较法的进一步推导和简化，在已知物体密度和液体密度的情况下，可以快速判断物体的浮沉状态，而不需要先计算具体的力的大小。这个方法对于理解轮船、潜水艇等实际应用也具有重要的指导意义。

注意：密度比较法成立的前提是物体必须完全浸没在液体中。如果物体一开始就没有完全浸没，或者物体是空心的，则不能直接套用密度比较法，需要回到受力分析的根本方法上去。

温馨提示：可以建立一个判断浮沉的思维流程：第一步，确定物体状态是浸没还是部分浸入；第二步，如果是浸没的实心均匀物体，优先使用密度比较法快速判断；第三步，如果是空心物体或不确定状态，则必须用受力分析法，比较浮力与重力的大小。

三、浮沉条件的实际应用

1. 【轮船】：轮船是用钢铁制成的，钢铁的密度远大于水，如果是一块实心钢铁，放入水中必然下沉。但轮船被做成了空心的壳体结构，大大增加了可以排开水的体积，从而增大了浮力。轮船满载时排开水的质量称为【排水量】，根据漂浮条件，轮船受到的浮力等于船自身重力加上所载货物重力，即F浮 = G船 + G货，而浮力又等于排开水的重力，因此排水量就反映了轮船满载时排开水的总质量，也就间接表示了轮船的运载能力。轮船从海洋驶入内河时，由于河水密度小于海水密度，根据F浮 = ρ液gV排，在浮力不变（仍等于船总重）的情况下，排开液体的体积会增大，船的吃水深度会增加。