初中八年级物理下册物体的浮沉条件及应用基础知识讲解

物体的浮沉条件及应用（基础）【学习目标】1、知道物体的浮沉条件；2、知道浮力的利用；3、了解轮船的漂浮原理、潜水艇的浮沉原理、气球飞艇的升降。【要点梳理】要点一、物体的浮沉条件（高清课堂《浮力的应用》）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。而物体的运动状态取决于受力情况，物体的浮沉就取决于它所受的浮力与重力的关系。要点诠释：1．当F浮G时，合力方向竖直向上上浮当F浮=G时，合力为零悬浮当F浮G时，合力方向竖直向下下沉2．对于实心的物体，由，，浸没时，所以当时，F浮G物体上浮；当时，F浮=G，物体悬浮；当，F浮G物体下沉。3．物体上浮、下沉是运动过程，在此过程中受非平衡力作用，下沉的最终状态是沉到液体底部；上浮的最终状态是浮出液面，最后漂浮在液面，漂浮和悬浮的共同特点都是浮力等于重力(F浮=G)。在平衡力作用下静止不动，不同点是排开液体的体积不同，漂浮时物体的体积大于排开液体的体积；悬浮时，物体的体积等于排开液体的体积。4．物体浮沉各种状态比较表浮沉状况物理现象运动状态条件物液密度关系与的关系浮上浮在液体中向上运动向上运动漂浮浮在液面上静止在液面上悬悬浮停留在液体中任何深度的地方静止在液体中沉下沉在液体中向下运动向下运动沉底停留在容器底部静止在容器底部要点二、物体浮沉条件的应用从浮力利用的角度看，采用“空心”的办法可以增加可利用的浮力。即使现代化的轮船，也采用的是这种古老的办法。要点诠释：1．轮船①轮船浮于水面，它们受到的浮力等于船的总重。②轮船的大小通常用排水量来表示，排水量是指轮船满载时排开的水的质量，根据漂浮条件知，排水量＝船自身的质量＋满载时货物的质量。2．潜水艇潜水艇是靠改变自身的重力来实现浮沉的，潜水艇为了实现升降，必须使浮力大小不等于重力，潜水艇在水下时，由于艇壳不能任意改变，因此浮力是不变的，要想控制上浮、下沉就只有改变自重，潜水艇两侧都有水舱，与高压气舱相连，高压气体能将水从水舱内排出，减小潜水艇重力，当其小于浮力时潜水艇就上浮；当浮力大小等于重力，潜水艇可在水中任一位置保持静止，即悬浮；关闭高压气舱使进水口打开，在水压作用下水舱进水，自重增大到大于浮力时，潜水艇开始下沉。3．气球和飞艇气球和飞艇是漂浮在空中的，内部所充气体的密度必须小于空气的密度，一般充有氢气或氦气，充气时体积增大，浮力增大，当浮力增大到大于其重力时，气球和飞艇就上升；反之，排出一部分氢气或氦气时，气球和飞艇就下降，因此它们是通过改变体积来实现上升和下降的。热气球是通过加热的方式使气球内气体热膨胀，从而减小气体的密度，因此热气球只要停止加热，气球体积就会缩小，浮力减小，降回地面。【典型例题】类型一、物体的浮沉条件1、（2015•重庆模拟）如图所示，将同一个鸡蛋先后放入甲、乙两杯盐水中，鸡蛋在甲杯中处于漂浮状态，在乙杯中处于悬浮状态。下列判断正确是（）A．甲杯中盐水的密度大于乙杯中盐水的密度B．甲杯中盐水的密度小于乙杯中盐水的密度C．鸡蛋在甲杯中受到的浮力大于在乙杯中受到的浮力D．鸡蛋在甲杯中受到的浮力小于在乙杯中受到的浮力【答案】A【解析】AB、物体在甲中漂浮，所以物体的密度小于甲盐水的密度；在乙中悬浮，所以物体的密度等于乙盐水的密度，所以甲盐水的密度大于乙盐水的密度．则A正确，B错误；CD、鸡蛋在甲中漂浮，所以浮力等于重力，在乙中悬浮，所以浮力等于重力，所以甲乙中受到的浮力相等，则C、D错误。【总结升华】此题考查了学生对物体浮沉条件的应用，会根据物体重力和浮力的大小关系或密度关系判断物体的浮沉，同时也要会根据浮沉情况判断浮力与重力的关系或密度关系。举一反三：【变式】为探究物体的浮沉和有关因素的关系，小刚将一个鲜鸡蛋先放入一个装有大半杯清水的玻璃杯中，鸡蛋沉入杯底，然后向杯中逐渐加盐，在此过程中，下列分析正确的是()A．鸡蛋所受浮力不变B．鸡蛋所受重力变大C．杯底所受的压强不变D．鸡蛋可能会慢慢上浮【答案】D2、（2016•六合区一模）用手将一重为8N的物体全部压入水中，物体排开的水重为10N，此时物体受到的浮力为N；放手后物体将（选填上浮、下沉或悬浮）；待物体静止时所受浮力为N。【思路点拨】根据阿基米德原理，物体所受浮力等于它排开的水重，物体的浮沉情况要根据浮沉条件来进行判断，确定了放手后物体的浮沉，再进一步判断变化后的浮力。【答案】10，上浮，8【解析】物体排开的水重就是它的浮力，因此，F浮=10N，大于重力8N，放手后物体将上浮。待物体静止时，会漂浮在水面上，物体的重力等于浮力，为8N，故答案为：10，上浮，8。【总结升华】浮沉条件是我们应该熟知的重要知识，根据它可以判断物体浮沉，也可以在已知浮沉的情况下判断浮力与重力的关系。类型二、浮沉条件的应用3、体积为7×103m3的潜水艇悬浮在海水中时，所受的浮力是N（g=10N/kg，ρ海水=1.03×103kg/m3）；把水舱中的水排出一部分后，潜水艇将上浮，在未露出水面之前，潜水艇所受的浮力（填“变大”“变小”或“不变”），潜水艇上浮的原因是。【思路点拨】由浮力的计算公式可求得潜水艇所受浮力；根据浮力公式可知潜水艇上浮时所受浮力的变化；由潜水艇的原理可知潜水艇上浮的原因。【答案】7.21×107；不变；排出水后，潜水艇的重力小于浮力。【解析】潜水艇在海水中所受浮力F=ρ海水gV=1.03×103kg/m3×10N/kg×7×103m3=7.21×107N；将水排出一部分后，由于潜水艇的重力减小，浮力大于重力，故潜水艇上浮；潜水艇之所以能上浮是因为将水舱内的水排出后，潜水艇自身的重力减小，浮力大于重力，故上浮。【总结升华】潜水艇为物体浮沉条件的典型应用，应掌握其原理。举一反三：【变式1】如图，体积相同的氢气球和空气球，释放前它们所受浮力的大小关系是；刚释放时，氢气球上浮，而空气球却浮不起来，这是因为氢气球所受浮力它所受重力，空气球所受浮力它所受重力。（后两空选填“大于”“等于”或“小于”）【答案】相等；大于；小于【变式2】（高清课堂《浮力的应用》例3）用塑料瓶、透明胶带、螺母、麦管（或塑料管）、容器和水等，按图制作了一只潜水艇模型。为使潜水艇下沉，则必须从进排气管处（填“吹气”或“吸气”）,潜水艇在下沉的过程中所受到水的压强（填“减小”“不变”或“增大”），浮力（填“减小”“不变”或“增大”）。【答案】吸气；增大；不变4、在远洋轮船的船舷上都漆着五条“吃水线”又称“载重线”，如图所示，其中标有W的是北大西洋载重线，标有S的是印度洋载重线。当船从北大西洋驶向印度洋时，轮船受到的浮力变化以及北大西洋与印度洋的海水密度和的关系有（）A．浮力增大B．浮力减小C．浮力不变D．浮力不变【思路点拨】轮船都漂浮，受到的浮力都等于轮船受到的重力；得出了受到浮力的大小关系，由载重线知道排开水的体积的大小关系，再根据阿基米德原理分析海水密度的大小关系。【答案】C【解析】轮船在北大西洋和印度洋中均漂浮在海水面上，满足F浮=G，轮船重力不变，从北大西洋驶向印度洋所受浮力相等。由图可知，北大西洋载重线W在印度洋载重线S下方，即轮船在北大西洋中排开海水的体积小于在印度洋中排开海水的体积。由公式，，得。【总结升华】解此题关键是从选项中知需要比较船在两种海水中浮力和密度大小。两种情况都漂浮，都等于船重，故浮力不变。根据知，大的小，V1＜V2，故。举一反三：【变式】（2015•重庆中考）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，水的密度随温度的变化如图乙所示。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，关于小球的浮沉情况判断正确的是（）A．先下沉然后上浮B．浮力变小，一直下沉C．先上浮然后下沉D．浮力变大，一直上浮【答案】C5、某课外小组在研究马铃薯在水中的浮沉情况时，通过往水中加盐，终于使马铃薯漂浮在水面上。由于时间关系，当时他们没有及时收拾实验器材，几天后他们来收拾时，惊奇地发现原来浮在水面的马铃薯又都沉到容器底部，如图所示，他们决定对这现象进行研究。对此现象，他们提出了以下几种猜想：猜想1、可能由于水的蒸发，盐水的密度变大，导致马铃薯下沉；猜想2、可能是马铃薯在盐水中浸泡几天后质量变大，导致马铃薯下沉。猜想3、可能是马铃薯在盐水中浸泡几天后体积变小，导致马铃薯下沉。经过一番讨论，他们马上否定了猜想1，你认为他们否定的理由是____________。接着他们就猜想2和猜想3进行如下的实验操作：①取三块马铃薯，编上A、B、C号，分别测出其质量和体积；②配制一大杯盐水；③将这三块马铃薯放在盐水中使其漂浮。几天后发现马铃薯都沉在容器底部，将其捞出擦干，分别测出其质量和体积。实验数据记录如下表所示马铃薯的编号质量（g）体积(cm3)放入盐水前在盐水中下沉后放入盐水前在盐水中下沉后A44.839.24033B56.148.85041C77.367.96957请分析上述实验数据后回答，猜想2是_______(填“正确”或“错误”)的；你认为导致马铃薯下沉的原因是_____。【答案】盐水密度变大，马铃薯排开盐水的体积会变小，马铃薯仍漂浮在液面上；错误；马铃薯密度变大，大于盐水密度使其下沉的。【解析】盐水密度变大，马铃薯排开盐水的体积会变小，马铃薯仍漂浮在液面上，错误；马铃薯的密度增大，大于盐水的密度导致马铃薯下沉。表中数据显示马铃薯在盐水中下沉后质量减小，显然猜想2是错误的,以编号A的马铃薯为例,放入盐水前的密度为，而在盐水中下沉后的密度为，马铃薯的密度变大了，可以得出结论，是由于马铃薯密度变大，大于盐水密度使其下沉的。【总结升华】对于实心的物体，当时，漂浮；当时，物体悬浮；当，物体下沉。