初中八年级物理下册物体的浮沉条件及应用提高知识讲解

物体的浮沉条件及应用（提高）【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所受的浮力与重力的关系。要点诠释：1．当时，合力方向竖直向上上浮当时，合力为零悬浮当时，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，物体上浮；当时，，物体悬浮；当时，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()。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。4．密度计密度计是利用物体漂浮在液面的条件来工作的，用密度计测量液体的密度时，它受到的浮力总等于它的重力，由于密度计制作好后它的重力就确定了，所以它在不同液体中漂浮时所受到的浮力都相同，根据可知：待测液体的密度越大，则越小，密度计浸入液体中的体积越小，露出部分的体积就越大；反之待测液体密度越小，则越大，密度计浸入液体中的体积越大，露出部分的体积就越小，所以密度计上的刻度值是“上小下大”。【典型例题】类型一、物体的浮沉条件1、（2015•广西中考）把体积为2×10-3m3、重为12N的物块放入水中，当它静止时所处的状态及受到的浮力大小分别为（g取10N/kg）（）A．漂浮，F浮=20NB．漂浮，F浮=12NC．沉底，F浮=20ND．沉底，F浮=12N【答案】B【解析】由阿基米德原理可知，当物体浸没在水中，受到的浮力：F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3=20N＞12N，根据浮沉条件可知：物体会上浮，最后漂浮在水面上；根据漂浮的条件知：受到的浮力F浮´=G=12N。故选B。【总结升华】本题考查物体沉浮状态的判断以及浮力大小的计算，物体的浮沉最终由物体所受重力及完全浸没时的浮力大小关系所决定。举一反三：【变式】一只鸡蛋沉没在杯中水底，添加下列哪种物质并搅拌，能使鸡蛋浮起来（）A．食盐B．水C．酒精D．食用油【答案】A类型二、浮沉条件的应用2、（2016•河南模拟）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【思路点拨】根据物体的浮沉条件判断．若物体漂浮或悬浮，则浮力与重力相等，若物体漂浮，则物体的密度小于液体的密度，若物体悬浮，则物体的密度与液体的密度相等。【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CD错误；故选A。【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1】（2015•山西中考）在三个相同的烧杯里装入质量相等的甲、乙、丙三种不同的液体，把一支装有适量铁砂的平底试管先后放入这三个烧杯中，静止后如图所示。下列说法正确的是（）A．试管在甲液体中受到的浮力最大B．甲液体的密度最大C．丙液体对烧杯底部的压强最小D．试管在三种液体中排开液体的重力一样大【答案】D【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3、如图所示，某同学在一薄壁平底玻璃管中装入沙子，管口密封，制成一个“密度计”，用来测量液体密度．已知，试管和沙子总质量为40g，试管底面积为2.5cm2。当放入某未知密度的液体中静止时，“密度计”漂浮在液面上，浸入液体中的体积为50cm3。（提示：计算中取g=10N/kg）（1）“密度计”受到的浮力是多大？（2）这种液体的密度是多大？（3）液体对“密度计”底面的压强是多大？【思路点拨】（1）由于密度计漂浮在液面上，因此可以利用漂浮在液面上的物体受到的浮力等于其重力来求得浮力的大小。（2）根据密度计的横截面积和浸入的深度，可以求得其排开液体的体积，利用阿基米德原理可以求得所在液体的密度。（3）方法1：根据密度计下表面浸入的深度求出的液体密度，结合液体压强的计算公式，可以求得液体对密度计的底部压强；方法2：根据浮力产生的原因可知，漂浮在液面上的物体受到的浮力等于液体对它向上的压力，由此可以求得此时液体对密度计的压力，又知道其横截面积，结合压强的计算公式可以求得其底部受到的液体压强。【答案与解析】【总结升华】本题考查了阿基米德原理、物体的浮沉条件、液体压强的计算。解决此题难点是将阿基米德原理和物体的浮沉条件联合来使用。求液体对密度计底部压强常用的方法是第一种。4、如图所示为杭州西湖孤山草坪上的一只观光用的载人升空气球。（可看作球体，体积）球的半径为4m，球内充有氦气、气球能搭载物体的最大质量为125kg空气密度为，问：①若该气球只搭载一个质量为55kg的人观光，则当气球搭载此人匀速升至高空时，需要多大的力才能将气球拉住？②气球的球壳和所配重物的质量为多少千克？【答案与解析】①拉住气球的所用的力为：②气球的体积为气球所受的浮力为气球内氦气的重力球壳及所配重物的总质量【总结升华】解此题的关键是受力分析，受到向上的力是浮力，受到所有向下的力，合力都等于浮力。举一反三：【变式】某人用一根绳子系住水中的一个物体，试图将这个物体打捞出水，若物体的密度为，体积为，g取10N/kg，求：①要将物体提出水面，所用的绳子至少能承受多大的拉力。②在从水中向上提升物体的过程中，绳子承受的最小拉力是多大？【答案与解析】①将物体提出水面，所用的绳子承受的拉力T至少应等于物体的重力；②在从水中向上提升物体的过程中，物体受到三个力的作用即重力G、拉力T和浮力F，。5、佳佳冷饮店在顾客购买果汁饮料后会免费为其提供冰块，下图是一杯果汁饮料中放有冰块的示意图。已知该饮料的密度为0.98×103kg/m3，冰块质量为20g，冰的密度为0.9×103kg/m3，杯子内部底面积为50cm2，杯中饮料的深度为10cm。求：（1）冰块所受的浮力；（2）杯底所受的压力。【思路点拨】（1）知道冰块的质量，利用重力公式求冰块所受重力，再利用漂浮条件求冰块受到的浮力；（2）知道饮料深度h，利用液体压强公式求杯底受到的压强，再利用压强定义式求杯底受到的压力。【答案与解析】解：（1）∵冰块漂浮，∴F浮=G冰=m冰g=20×10﹣3kg×10N/kg=0.2N；（2）杯底受到的压强：p=ρgh=0.98×103kg/m3×10N/kg×0.1m=980Pa，杯底受到的压力：F=ps=980Pa×50×10﹣4m2=4.9N。答：（1）冰块所受的浮力为0.2N；（2）杯底所受的压力为4.9N。【总结升华】本题考查了学生对重力公式、物体的漂浮条件、液体压强公式、压强定义式的掌握和运用，只有圆柱形、方形容器，液体对容器底的压力等于液体重F=G，上口大、下口小的容器F＜G，上口小、下口大的容器F＞G。