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8.6 物體的浮沉條件
【基礎(chǔ)知識清單】
1．物體全部浸沒在液體中：當(dāng)F浮＞G時， ；當(dāng)F?。紾時， ；當(dāng)F浮＜G時， 。
2．物體全部浸沒在液體中：當(dāng)物＞液時，物體 ；當(dāng)物＝液時，物體 ；當(dāng)物＜液時，物體 ；物體的浮沉是由物體和液體密度的相對大小決定的。
3．輪船工作原理是：增大排開液體的體積，從而增大 ；潛水艇的工作原理是：通過改變自身 實現(xiàn)上浮和下沉。
【知識深層理解】
一、物體的浮沉跟重力和浮力的關(guān)系
物體全部浸沒在液體中時，物體受到重力和浮力的作用：
1．當(dāng)F浮＞G時，物體上浮，如圖8-6-1甲所示，當(dāng)浮力大于重力時，合力方向向上，物體上浮，最終漂浮在液面上；
2．當(dāng)F?。紾時，物體懸浮，如圖8-6-1乙所示，當(dāng)浮力等于重力時，二力平衡，物體懸浮在液體中；
(
G
F
浮
甲
G
F
浮
乙
G
F
浮
丙
上浮
懸浮
下沉
圖
8-6-1
)3．當(dāng)F浮＜G時，物體下沉，如圖8-6-1丙所示，當(dāng)浮力小于重力時，合力的方向向下，物體將下沉。
二、物體的浮沉跟液體和物體密度的關(guān)系
(
圖
8-6-2
G
F
浮
)如圖8-6-2所示，浸沒在液體中的物體，同時受到浮力和重力的作用。
物體受到的浮力為：F?。溅岩篻V排
物體受到的重力為：G＝mg＝ρ物V物g
因為浸沒，所以V排＝V物，g相同，只比較ρ液和ρ物可知F浮與G的大小。
當(dāng)ρ物＞ρ液時，有F浮＜G，物體下沉；
當(dāng)ρ物=ρ液時，有F浮=G，物體懸??；
當(dāng)ρ物＜ρ液時，有F?。綠，物體上浮，最終漂浮。
所以物體的浮沉是由物體密度和液體密度的相對大小決定的。當(dāng)物體的密度大于液體的密度時，物體下沉。例如，鐵塊的密度大于水的密度，所以鐵塊在水中下沉。當(dāng)物體的密度小于液體的密度時，物體上浮。例如，木塊的密度小于水的密度，所以浸沒在水中的木塊上浮。日常生活中懸浮的例子很少見，在氣球內(nèi)裝入水，然后放入水中，就可以觀察懸浮現(xiàn)象（此時氣球內(nèi)部物體的密度和外部水的密度相同）。
三、判斷物體浮沉的兩種方法
方法 條件 (
F
浮
G
)圖示 結(jié)果
根據(jù)物體受到的重力和浮力的關(guān)系 F?。綠 上浮
F?。紾 (
F
浮
G
) (
F
浮
G
) 懸浮
F?。糋 下沉
根據(jù)物體密度和液體密度的關(guān)系 ρ物＜ρ液 上浮
ρ物＝ρ液 懸浮
ρ物＞ρ液 下沉
(
G
F
浮
圖
8-6-3
)四、漂浮時物體的浮力與重力的關(guān)系
如圖8-6-3所示，物體漂浮是指物體自由靜止在液面上，一部分浸入液體中，一部分露出液面外。當(dāng)物體漂浮在液面上時，同時受到重力和浮力的作用，二力平衡，所以浮力和重力大小相等。
(
G
F
浮
圖
8-6-4
)五、懸浮時物體的浮力與重力的關(guān)系
如圖8-6-4所示，物體懸浮是指物體浸沒并靜止在液體中，此時V排=V物。當(dāng)物體懸浮在液體中時，同時受到重力和浮力的作用，二力平衡，所以浮力和重力大小相等。
六、漂浮和懸浮的區(qū)別
項目 (
F
浮
G
)圖示 位置 V排與V物的關(guān)系 ρ物與ρ液的關(guān)系 F浮與G的關(guān)系
漂浮 (
G
F
浮
) 漂在液面上 V排＜V物 ρ物＜ρ液 F浮＝G
懸浮 浸沒在液體內(nèi)部 V排＝V物 ρ物＝ρ液 F浮＝G
(
G
F
浮
G
F
浮
圖
8-6-5
)漂浮和懸浮的相同之處是物體受到的浮力和重力都相等，但是當(dāng)物體自由靜止時，因為漂浮物體的密度小于液體的密度，漂浮的物體只能漂浮在液面
上，不可能懸浮在液體中。如果把它壓入液體中，V排將變
大，浮力變大，而重力不變，浮力大于重力，去掉壓力后，
物體將上浮，最終還是漂浮在液面上，如圖8-6-5所示。
(
G
F
浮
G
F
浮
圖
8-6-6
)同樣道理，因為懸浮物體的密度等于液體的密度，懸浮的物體只能懸浮在液體內(nèi)部，不可能漂浮在液面上。如果把它拉到液面上，V排將變小，浮力變小，而重力不變，浮力小于重力，去掉拉力后，物體將下沉，最終還是懸浮在液體內(nèi)部，如圖8-6-6所示。
七、浮力的應(yīng)用
(
圖
8-6-7
)1．輪船：
（1）工作原理：增大排開液體的體積，從而增大浮力。一個鐵塊，體積較小，能排開的水很少，所以浮力很??；而把它做成空心的船時，能夠排開更多的水，從而受到更大的浮力。
（2）排水量：輪船滿載時排開水的質(zhì)量。輪船的排水量是指輪船的最大裝載能力，是一個定值，空載和滿載的排水量是相同的。
（3）受力特點：浮力等于重力（二力平衡）。因為輪船一定是漂浮在水面上的，所以浮力與重力一定大小相等，并且，無論輪船漂浮在哪種液體的液面上，浮力都是相同的，都等于輪船的自身重力。
(
圖
8-6-8
)2．潛水艇：
（1）工作原理：通過改變自身重力實現(xiàn)上浮和下沉。
（2）受力特點：在水面下，因為潛水艇的體積不變，V排不變，所以潛水艇受到的浮力是不變的，通過放水減小自身重力，使重力小于浮力，實現(xiàn)上浮過程；通過吸水增加自身重力，使重力大于浮力，實現(xiàn)下沉過程。
八、同一物體漂浮在不同液體液面上時的特點
1．同一物體漂浮在不同液體的液面上時，浮力都相同：
物體無論漂浮在哪種液體的液面上時，浮力和重力都是平衡力，浮力都等于自身重力，所以同一物體漂浮在不同液體的液面上時，浮力都相同，都等于自身的重力。
2．同一物體漂浮在不同液體的液面上時，排開液體的體積V排與液體密度ρ液的關(guān)系：
物體無論漂浮在哪種液體的液面上時，浮力都等于自身重力。
(
液體密度較小
G
F
浮
液體密度較大
G
F
浮
圖
8-6-9
)即：
其中物體的重力、g都是定值，所以物體漂浮時排開液體的體積V排的大小取決于液體的密度ρ液。液體的密度ρ液越小，排開液體的體積V排越大；液體的密度ρ液越大，排開液體的體積V排越小。換句話說，同一物體漂浮在不同液體的液面上時，液體密度越小，露出的越少；液體密度越大，露出的越多，如圖8-6-9所示。
當(dāng)輪船從河里開往海里時，輪船受到的浮力不變，由于海水的密度比河水的大，所以輪船要上浮一些；當(dāng)輪船從海里開往河里時，輪船要下沉一些。
九、密度計
1．作用：密度計是測量液體密度的儀器。
(
乙
0.8
1.0
0.7
0.9
甲
0.8
1.0
0.7
0.9
圖
8-6-10
)2．測量方法：讓密度計漂浮在被測液體中，液面對應(yīng)的刻度值就等于被測液體的密度。如圖8-6-10所示，甲液體的密度是0.9g/cm3，乙液體的密度是1.0g/cm3。
3．浮力特點：無論密度計漂浮在哪種液體的液面上，密度計受到的浮力都相等，都等于自身重力。
4．密度計的刻度特點：根據(jù)“同一物體漂浮在不同液體的液面上時，液體密度越小，露出的越少；液體密度越大，露出的越多”可知，密度計的刻度是“上小下大”。
十、“密度計、輪船問題”總結(jié)
【例題1】一個密度計放在甲、乙兩種液體中，靜止時如圖8-6-11所示，則：
(
甲
乙
圖
8-6-11
)（1）密度計在液體甲中受到的浮力 （選填“大于”“等于”或“小于”）在液體乙中受到的浮力；
（2）液體甲的密度 （選填“大于”“等于”或“小于”） 液體乙的密度。
（3）密度計在酒精中排開液體的體積 （選填“大于”“等于”或“小于”） 在水中排開的液體的體積（已知酒精的密度小于水的密度）；
（4）把密度計從酒精中取出再放入水中，密度計要 （選填“上浮”或“下沉”）一些。
解析：（1）由于密度計在甲、乙兩種液體中都處于漂浮狀態(tài)，浮力都等于自己的重力，所以浮力是相同的，故應(yīng)填寫“等于”；
（2）根據(jù)F浮=G物=ρ液gV排可知，由于G物和是定值，所以ρ液和V排成反比，即：液體的密度ρ液越小，漂浮物體排開液體的體積V排越大（浸入的越多）；反之，液體的密度ρ液越大，排開液體的體積V排越?。ń氲脑缴伲＝?jīng)過比較可以發(fā)現(xiàn)，密度計在液體甲中浸入的多，說明液體甲的密度小，故應(yīng)填寫“小于”；
（3）由（2）中分析可知，液體的密度ρ液越小，漂浮物體排開液體的體積V排越大，由于酒精的密度小，所以密度計在酒精中排開的液體多，故應(yīng)填寫“大于”。
（4）由（3）分析可知，液體的密度ρ液越小，漂浮物體排開液體的體積V排越大，由于酒精的密度小，所以密度計在酒精中排開的液體多，所以從酒精中到水中要上浮一些，故應(yīng)填寫“上浮”。
答案：（1）等于，（2）小于，（3）大于，（4）上浮
【總結(jié)】對于“密度計、輪船問題”：
（1）無論密度計或輪船漂浮在哪種液體中，浮力都是相等的，都等于自身重力；
（2）密度計或輪船漂浮在液面上時，浸入液體少（V排?。┑囊后w密度大；
（3）密度計或輪船漂浮在液面上時，在密度小的液體中排開的液體多；
（4）密度計或輪船由密度大的液體中進入密度小的液體中時，要下沉一些；由密度小的液體中進入密度大的液體中時，要上浮一些。
十一、浮力計算公式總結(jié)
方法 公式 物理量
兩次測量法 F?。紾-F G為物體的重力 F為物體在液體中時彈簧測力計的讀數(shù)
上下壓力差法 F?。紽向上-F向下 F向上為物體下表面受到的向上的壓力 F向下為物體上表面受到的向下的壓力
阿基米德原理法 F浮＝G排 G排為物體排開液體的重力
推導(dǎo)公式法 F?。溅岩篻V排 ρ液為液體的密度；V排為物體排開液體的體積
漂浮法 F?。紾物 G物為物體的重力
懸浮法 F?。紾物 G物為物體的重力
十二、典型例題及做題方法
(
A
B
C
圖
8-6-12
)【例題2】質(zhì)量相等的三個小球浸在水中，靜止時如圖8-6-12所示，則三個小球受到的浮力大小關(guān)系是（ ）
A．FA＜FB＜FC
B．FA＞FB＞FC
C．FA＝FB＝FC
D．FA＝FB＞FC
解析：對于A，漂浮，F(xiàn)浮=G；對于B，懸浮，F(xiàn)浮=G；對于C，下沉，F(xiàn)浮＜G。
由于三者質(zhì)量相等，所以重力相等，根據(jù)以上分析可知：FA=FB＞FC，故選D。答案：D
【總結(jié)】處于同種液體中的物體，在質(zhì)量或重力相同的情況下，要分析物體所處的狀態(tài)（漂浮、懸浮或下沉），漂浮時浮力等于重力，懸浮時浮力等于重力，下沉?xí)r浮力小于重力，所以在物體質(zhì)量相同的情況下，漂浮物體的浮力等于懸浮物體的浮力，大于下沉物體的浮力。
處于同種液體中的體積相同的物體受到的浮力，要比較排開液體的體積V排（參考第五節(jié)“利用F浮=ρ液gV排比較物體受到的浮力”）。
【例題3】把重5N、體積為0.6dm3的物體投入水中，當(dāng)物體靜止時，下列說法中正確的是（ ）
A．物體漂浮，浮力為6N B．物體懸浮，浮力為5N
C．物體漂浮，浮力為5N D．物體沉底，浮力為6N
解析：方法一：根據(jù)浮力和重力的關(guān)系判斷
要計算物體靜止時受到的浮力，要先判斷物體靜止時的狀態(tài)，是漂浮，是懸浮，還是下沉。先把物體浸沒到液體中，計算出浮力：
浮力大于重力，所以物體上浮，最終漂浮，漂浮時，故選C。
如果物體的重力為6N，物體將懸浮，。
如果物體的重力為7N，大于物體的浮力，物體將下沉，此時浮力為6N。
【總結(jié)】判斷“投入到液體中的物體靜止時受到的浮力”時，要先判斷物體靜止時的狀態(tài)，是漂浮，是懸浮，還是下沉。先計算出物體“浸沒”時受到的浮力F′浮，然后與重力相比較。
當(dāng)F浮′＞G時，上浮，最終漂浮，靜止時，F(xiàn)?。紾；
當(dāng)F浮′＝G時，懸浮，靜止時，F(xiàn)?。紽浮′＝G；
當(dāng)F′?。糋時，下沉，靜止時，F(xiàn)浮=F浮′≠G。
方法二：根據(jù)物體和液體的密度關(guān)系判斷
先計算出物體的密度，然后與液體密度相比較：
當(dāng)ρ物＜ρ液時，有F浮＞G，物體上浮，最終漂浮，靜止時，F(xiàn)浮=G；
當(dāng)ρ物=ρ液時，有F浮=G，物體懸浮，靜止時，F(xiàn)浮=F浮′=G；
當(dāng)ρ物＞ρ液時，有F?。糋，物體下沉，靜止時，F(xiàn)浮=F浮′≠G。
物體的質(zhì)量為：
物體的密度為：
所以物體上浮，最終漂浮，漂浮時，故選C。答案：C
(
圖
8-6-13
)【例題4】如圖8-6-13所示，在溢水杯中盛滿水，水對杯底的壓強為p1，壓力為F1。把一個木塊輕輕放在液面上，靜止時，水對杯底的壓強為p2，壓力為F2，則p1與p2和F1與F2的關(guān)系是（ ）
A．p1＞p2 F1＞F2
B．p1＜p2 F1＜F2
C．p1＝p2 F1＝F2
D．p1＝p2 F1＜F2
解析：木塊放入溢水杯后，排出一部分水，但液體深度不變，所以液體對杯底的壓強不變；由于液體對杯底的壓強和杯的底面積不變，根據(jù)可知，液體對杯底的壓力不變，故選C。
答案：C
【總結(jié)】
（1）要根據(jù)液體深度的變化判斷液體對杯底壓強的變化，與液面上是否放物體無關(guān)；
（2）要根據(jù)液體對杯底壓強的變化判斷液體對杯底壓力的變化，與液面上是否放物體無關(guān)。
【哲理故事】
手不釋卷
呂蒙是三國時吳國的大將，他曾多次立下大功，卻不愛讀書。于是孫權(quán)對呂蒙說：“你現(xiàn)在是大將軍了，肩上擔(dān)子很重，一定要多讀讀書，長點見識?！眳蚊杀汩_始讀書。慢慢地，他發(fā)現(xiàn)書中有很多以前他根本不知道的東西。一次，他讀到孫臏用“減灶計”誘使龐涓輕敵，最后打敗龐涓的故事，感到眼界大開。于是，呂蒙逐漸愛上了讀書，從此手不釋卷，并堅持不懈。在軍務(wù)繁忙之余，他便一頭鉆進書堆里，如饑似渴地閱讀古代的兵法和史書。幾年下來，呂蒙的軍事才能大有長進。孫權(quán)大為高興，就讓呂蒙擔(dān)任了大都督，統(tǒng)領(lǐng)全國兵馬，做了吳國的主將，有勇有謀，屢建奇功。
感悟：古人說：“生下來就知道的人，是上等人；學(xué)習(xí)之后知道的人，是次一等的人；經(jīng)歷困苦才學(xué)習(xí)的人，又次一等；經(jīng)歷了困苦還不知道學(xué)習(xí)的人，就是最下等的人?！比绻蛔ゾo時間學(xué)習(xí)，可能就真的會成為最下等的人。青少年要通過不斷地學(xué)習(xí)來豐富自己的知識，增長自己的才干，為今后的就業(yè)謀生做好充分的準(zhǔn)備。

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