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(共73張PPT)
第3課 物體的沉浮條件及應用
第十章 浮力
視頻展示
新課導入
現象觀察
觀察下面圖片，看它們有哪些不同？
遠洋客輪為何能漂浮在海上
氫氣球怎么上升的
石塊沉入水底
遠洋客輪、氣球、石塊它們為什么有的漂浮、有的上升、有的下沉？
上面的現象，都和“浮力”有關。浮力的大小決定了遠洋客輪能漂浮在海面上自由航行；氣球才能緩緩上升；石塊才能慢慢地沉入水底。
01
物體的沉浮條件
02
浮力的應用
03
動手動腦學物理
物體的沉浮條件
物體的沉浮現象
1.實驗演示
將體積相同的鐵塊和蠟塊同時浸沒在水中后松手，觀察現象。
鐵塊
蠟塊
液體中常見的三種浮沉現象
漂浮、上浮和下沉
物體的沉浮現象
2.物體在液體中的三種狀態
物體在液體中靜止時的三種狀態：漂浮、懸浮、沉底。
漂浮
懸浮
沉底
物體的沉浮現象
2.物體在液體中的三種狀態
一、物體上浮，最終漂浮在液面上。
小鴨子漂浮在水面上
物體的沉浮現象
2.物體在液體中的三種狀態
二、物體懸浮，可以靜止在液體中的任何位置。
鸚鵡螺懸浮在海水中
潛水艇懸浮在海水中
物體的沉浮現象
2.物體在液體中的三種狀態
三、物體下沉，最終沉入水底。
石頭沉在水底
殘骸沉在海底
物體的沉浮現象
2.物體在液體中的三種狀態
視頻展示
物體的沉浮條件
1.根據物體的受力情況分析物體的沉浮
F浮
G
浸沒在液體中的物體，受到兩個力：豎直向下的重力和豎直向上的浮力。
根據物體所受浮力和重力大小的不同，物體的浮沉存在三種情況。
以物體完全浸入液體內，對物體進行受力分析
物體的沉浮條件
2.上浮最終漂浮在液體中
F浮
G
F浮
G
F浮>G
上升
上升到液面呈漂浮狀態，F浮逐漸減小到F浮=G
浮力：
物重：
浸沒時，
上浮時，
所以，
物體的沉浮條件
3.物體懸浮在液體中
F浮
G
懸浮
F浮=G
懸浮
浮力：
物重：
懸浮時，
所以，
可靜止在液體內部任何深度處
物體的沉浮條件
4.物體下沉至水底
F浮
G
N支
浮力：
物重：
下沉時，
所以，
下沉：
加速向下
（浸沒）
物體的沉浮條件
5.物體沉浮的條件
比較物體密度ρ物與液體密度ρ液的大小關系判斷物體的浮沉
當物體浸沒在液體中時，
物體受到的浮力F浮 = ρ液gV排，物體受到的重力G物=ρ物gV物，
比較F浮與G物的大小可得:
(1)當 ρ物＜ ρ液 ，浸沒時，F浮＞G物 ，物體上浮直到漂浮在液面上；
(2)當 ρ物 ＝ ρ液 ，浸沒時，F浮=G物 ，物體懸??；
(3)當 ρ物 ＞ ρ液，浸沒時，F?。糋物 ，物體下沉直到接觸容器底部。
物體的沉浮條件
6.懸浮于漂浮的區別與聯系
懸浮 漂浮
不同點 在液體中的位置 靜止在液體內部任何位置 靜止在液體表面
體積關系 V排=V物 V排＜V物
密度關系 ρ物＝ρ液 ρ物＜ρ液
相同點 F浮=G 漂浮：F?。紾
懸?。篎?。紾
物體沉浮條件的討論
1.物體只受浮力和重力作用
乙
沉底
甲
B
A
B
A
物體沉浮條件的討論
2.上浮和下沉是不平衡態
懸浮和漂浮是平衡（靜止）態,
其實質是二力平衡。
沉底
3.上浮、下沉和懸?。篤排=V物；
漂?。篤排＜V物
4.空心物體可比較平均密度ρ物與液體密度ρ液。
計算浮力的四種方法
F浮= F2-F1
F
F浮
G
F?。紾-F
（1）壓力差法
（2）稱重法
計算浮力的四種方法
（3）公式法
F浮= G排= m排g=ρ液gV排
（4）平衡法
F浮= G物
小結
上浮 下沉 懸浮 漂浮 沉底
F浮>G
ρ液>ρ物
F浮ρ液<ρ物
F浮＝G
ρ液＝ρ物
F浮＝G
ρ液>ρ物
F?。獸N＝G
ρ液<ρ物
小結
視頻小結
隨講隨練
1.在水平桌面上兩個相同的燒杯分別裝有質量相同的甲和乙兩種液體，把質量也相同的實心小球A和B放入杯中，靜止時如圖所示，下列說法正確的是（ ）。
A．甲液體的密度大于乙液體的密度；
B．小球A的密度大于小球B的密度；
C．甲、乙燒杯底受到的液體壓強相等；
D．球A受到的浮力比球B大
隨講隨練
【解析】A．由圖可知，液體的質量相同，由于不知道小球A和B的體積的大小，所以無法判定液體體積的大小關系，無法判定液體的密度關系，故A錯誤；
B．小球的質量相同，小球的體積大小關系未知，無法判定A和B的密度的大小關系，故B錯誤；
C．小球的質量相同，液體的質量相同，則兩燒杯中液體和小球的總重力相同，液體對杯底的壓力等于液體和小球的重力，則壓力相同，由于底面積相同，根據p=F/S可知，甲、乙燒杯底受到的液體壓強相等，故C正確；
D．A球在液體中懸浮，浮力等于重力，B球在液體中漂浮，浮力等于重力，兩個小球的質量相同，重力相同，所以受到的浮力相同，故D錯誤。
故選C。
隨講隨練
2.如圖所示，甲、乙、丙三個完全相同的燒杯中均裝有適量的水，將質地均勻，且不吸水的a、b兩實心體分別放入甲、乙燒杯中，當a、b靜止時，a有五分之二的體積露出水面，b懸浮于水中，此時兩燒杯液面剛好相平。若將b置于a上一起放入丙燒杯中，靜止時a的上表面剛好與液面相平，整個過程中水均未溢出，下列說法正確的是（ ）。
A．a的密度是0.4×103kg/m3 B．a、b的重力之比為5:3
C．a、b的體積之比為5:2 D． b的密度是0.8×103kg/m3
隨講隨練
【解析】A．由題意知，當a在甲燒杯中靜止時，a有五分之二的體積露出水面，漂浮在水面上，根據阿基米德原理G=F浮=G排=ρ水gV排
可得ρagVa=ρ水gV排
因為a有五分之二的體積露出水面，則排開水的體積為
a的密度為ρa=0.6ρ水=0.6×103kg/m3
故A錯誤；
BC．由圖甲可得
由圖乙可知
由圖丙可知
通過上面三個式子聯立可得Va:Vb=5:2，進而求得Ga:Gb=3:2，故B錯誤，C正確；
隨講隨練
D．因為b懸浮在水中，根據阿基米德原理G=F浮=G排=ρ水gV排
因為b完全浸沒在水中，可得ρbgVb=ρ水gVb
則ρb=ρ水=1.0×103kg/m3
故D錯誤。
故選C。
浮力的應用
古代利用浮力的現象
1.殷商之前，我國古代人民對浮力就有深入的觀察，到殷商時已由制獨木船發展到用木板組成大的船體，這是我國最早的木船。
蘆湖獨木舟
2.周朝以后不僅在小河上能架設浮橋，在黃河、長江這樣的大河流上也多次架設過浮橋。
浮橋
古代利用浮力的現象
3.人類從遠古時代就開始利用浮力了，最初可能是抱住或騎在一段樹干上順水漂流，后來人們就發明了船。
4.據記載，1405年鄭和下西洋時乘坐的木船長約147m，是當時世界上最大的木船。
古代利用浮力的現象
5.曹沖稱象
以舟稱物
輪船
1.小實驗
提出問題
橡皮泥的密度比水大，它在水中會下沉，怎樣使它能漂浮在水面上，并能承載重物呢？
輪船
1.小實驗
把橡皮泥捏成瓢狀放在水面，雖然它所受的重力沒有改變，但是排開的水較多，因而受到較大的浮力，所以能漂浮在水面上。
輪船就是根據這個道理制造的。
輪船
1.小實驗
視頻演示
輪船
1.小實驗
視頻演示
輪船
2.輪船
工作原理
將鋼鐵制做成空心的輪船，可以排開更多的水，使輪船漂浮在水面上。
F浮=G
排水量
輪船滿載時排開水的質量：
F浮= m排g=G總=（m船+m船）g
m排= m船+ m物
輪船
2.輪船
由于海水、河水密度不同，輪船的吃水線也不同，輪船在載物時水面不能超過最大吃水線。
輪船
3.隨講隨練
例題：有一艘輪船，它的排水量是104t，在密度是1.0×103kg/m3的河水中航行，它滿載時排開水的體積是多大？如果該輪船從長江駛入大海（海水密度為1.03×103kg/m3 ）中航行，它排開海水的體積是多大？它從江河駛入海中是上浮一些還是下沉一些？
【解析】①滿載時排開水的質量是 m=104t= 107kg
排開水的體積
②輪船從長江到大海都是漂浮，根據二力平衡條件可知：浮力等于船與貨物的總重力， F浮=G船+G物，是不變的；
根據阿基米德原理：F浮=ρ液gV排 ，浮力不變，海水的密度大，因此輪船排開海水的體積小，所以從江河駛入海中是上浮一些。
潛水艇
工作原理
潛水艇能潛入水下航行，進行偵察和襲擊，是一種很重要的軍用艦艇。潛水艇可以懸浮在水下 ，也可以漂浮在水面。
靠改變自身重力上浮和下潛。
只要潛水艇浸沒在水里，所受浮力基本不變，所以只能靠改變自身重力實現浮沉的。
潛水艇
動畫展示
潛水艇
視頻展示
潛水艇
上升
懸浮
下沉
魚鰾
V排
F浮
F浮_______G
變大
變大
變大
>
魚鰾
V排
F浮
F浮_______G
適中
適中
適中
=
魚鰾
V排
F浮
F浮_______G
變小
變小
變小
＜
魚鰾的大小變化能使魚在水中自由沉浮
氣球和飛艇
工作原理
氣球和飛艇靠充入或排出密度較小的氣體來實現升降。
氣球
飛艇
氣球和飛艇
視頻展示
氣球（或飛艇）剛能升空時：
所以，
根據阿基米德原理：
所以，
密度計
密度計是測量液體密度的儀器。
構造：密度計是一根粗細不均勻的密封玻璃管，管的下部裝有少量密度較大的鉛丸。
原理：密度計放在液體中都是漂浮的，因此受到的浮力始終等于它受到的重力，F浮=G，且不變。
密度計的刻度不均勻，數值是上小下大。
根據 F浮=ρ液gV排可知， F浮不變，把它放在密度比較大的液體里，它浸入液體的體積小，上浮一些；把它放在密度比較小的液體里，浸入液體的體積就大，下沉一些。
所以密度計的刻度從下往上的示數是越來越小的。
密度計
視頻展示
鹽水選種
把種子放入濃度適宜的鹽水中，干癟、蟲蛀的種子就會上浮直至漂浮在水面，而飽滿的種子則下沉到容器底部。
隨講隨練
1.如圖所示，水面下同一地方同一深度有兩艘完全相同的潛艇，其中一艘正在上浮，另一艘正在下潛，以下判斷正確的是（ ）。
A．正在下潛的是甲艇；
B．沒露出水面前，兩艘潛艇所受的浮力相同；
C．沒露出水面前，上浮潛艇所受的浮力不斷增大；
D．正在下潛的潛艇所受的水的壓強不變
隨講隨練
【解析】A．潛水艇是通過改變水艙中水的重力來改變自身重力的，要使潛水艇上浮，應使潛水艇所受的浮力大于重力，所以水艙中水少時潛水艇上浮，所以圖甲是上浮時的情景，圖乙是下潛時的情景，故A錯誤；
B．浸沒在水中的潛艇，排開水的體積就是潛艇本身的體積，在沒露出水面前，兩艘完全相同的潛艇排開水的體積相同，根據F浮=ρ液gV排可知，兩艘潛艇所受的浮力相同，故B正確；
C．根據F浮=ρ液gV排可知，沒露出水面前，排開液體的體積不變，則浮力不變，故C錯誤；
D．根據p=ρ液gh可知，正在下潛的潛艇深度不斷增大，則受到水的壓強也不斷增大，故D錯誤。
故選B。
動手動腦學物理
排水量
1. 排水量為1000t的輪船在河水中航行，滿載時船及所裝貨物總共有多重？所受河水的浮力是多少牛？如果河水密度為1×103kg/m3，船排開河水的體積是多少立方米？ g取10N/kg。
【解析】①滿載時排開水的質量是 m=103t= 106kg，
輪船的排水量等于滿載時船及所裝貨物總質量，所以總重為
G總=mg =106kg×10N/kg= 107N
所受河水的浮力等于船的總重力 F浮=G總=107N
密度計
2. 測量液體密度的儀器叫做密度計。將其插入被測液體中，待靜止后直接讀取液面處的刻度值(圖甲)。圖乙和圖丙是自制的簡易密度計，它是在木棒的一端纏繞一些銅絲做成的。將其放入盛有不同液體的兩個燒杯中，它會豎直立在液體中，由觀察到的現象可以判斷哪杯液體的密度大。說出你的理由。
【解析】丙圖杯子中液體密度大。
因為同一密度計在兩種不同的液體中均處于漂浮狀態，所受的浮力都等于密度計所受的重力，是相等的。根據阿基米德原理
F浮=ρ液gV排可知，排開液體體積小的丙圖杯子液體密度大。
甲 乙 丙
漂浮于懸浮
3. 某一木塊的體積為200cm3，密度為0.8×103kg/m3。把它浸沒在水中后放手，為什么木塊不能懸浮在水中？木塊最終漂浮在水面上靜止時，浸在水中的體積有多大？
【解析】物體懸浮在液體中的條件是物體的密度等于液體的密度，而木塊的密度小于水的密度，所以它不能懸浮在水中，最終會漂浮在水面上。
木塊最終漂浮在水面上靜止時，F浮=G木塊
1.0×103kg/m3×V排=0.8×103kg/m3×200cm3
ρ水gV排 = ρ木塊gV木塊
V浸= V排=160cm3
浮力的計算
4. 體積為120cm3的一塊固體，重1.8N，放在密度為1.1×103kg/m3的鹽水中為什么會下沉？當固體浸沒在鹽水中靜止時，容器底部對它的支持力有多大？
【解析】因為完全浸沒時物體所受的浮力小于自身的重力，或者說這個固體的密度大于鹽水的密度。
固體受到的浮力：
F浮=ρ鹽水gV排= 1.1×103kg/m3 ×120 =1.32N
容器底部對它的支持力 F支=G–F浮=1.8N-1.32N=0.48N
氣球與飛艇的浮力
5. 一個飛艇充入氣體后的質量是1.5t，體積為1500m3。當裝入多少貨物時，汽艇能懸浮在空中？空氣密度為1.29kg/m3。
1.935N =1.5N+m貨物×
根據 F浮= G飛艇+ G貨物
可得：m貨物=435kg
飛艇充入氣體后的重力為G飛艇=mg=1.5=1.5N
【解析】飛艇受到的浮力：
F浮=ρ空氣gV排空氣= 1.29kg/m3 ×1.5 =1.935N
思維導圖
課堂總結
類型1:物體沉浮的條件
小明看到清淤作業人員正在將水塘底部的淤泥搬運到船上。他想：水面高度會變化嗎 于是進行了探究：首先，將石塊a和不吸水的木塊b置于裝有水的燒杯中，如圖所示；然后，將石塊a從水中拿出并輕輕放在木塊b上，它們處于漂浮狀態，則水面高度將（ ）。
A．下降 B．上升 C．不變 D．無法判斷
歸類練習
類型1:物體沉浮的條件
【解析】有石塊a和不吸水的木塊b，石塊a沉在水底，浮力小于重力，不吸水的木塊b漂在水面，浮力等于重力，此時總浮力
將石塊a放在木塊b上后，ab一起漂浮，總浮力等于總重力，即
因此
而浮力越大，排開液體體積越大，水面越高，因此水面會上升，故B符合題意。
故選B。
類型2:利用物體沉浮條件判斷物體的沉浮狀態
如圖所示是a、b兩種物質的質量與體積關系圖，用b物質制成實心長方體，并將其放入水中，則物體在水中最終（ ）。
A．漂浮 B．懸浮 C．沉底 D．無法判斷
類型2:利用物體沉浮條件判斷物體的沉浮狀態
【解析】由圖可知b物質的密度
水的密度是1g/cm3，因為ρb＜ρ水
所以將b物質制成的長方體放入水中，則物體在水中最終漂浮，故A符合題意，BCD不符合題意。
故選A。
類型3:潛水艇的工作原理
如圖所示，潛水艇懸浮在水中時，下列說法正確的是（ ）。
A．要使潛水艇上浮，應向水艙充水；
B．要使潛水艇下沉，應將水艙里的水排出一部分；
C．當潛水艇懸浮在水中時，潛水艇重等于同體積的水重；
D．潛水艇是靠改變自身重力和受到的浮力來實現浮沉的
類型3:潛水艇的工作原理
【解析】A．潛水艇懸浮在水中，浮力與重力相等，要使潛水艇上浮，則重力應小于浮力，由于潛水艇浮力不變，則應把水艙中的水排出一部分，來減小重力,故A錯誤；
B．原來潛水艇懸浮，浮力等于重力，要使潛水艇下沉，則重力應大于浮力，由于潛水艇浮力不變，則應向水艙充水，來增大重力，故B錯誤；
C．當潛水艇懸浮在水中時，排開水的體積與潛水艇的體積相等，由于懸浮，浮力與重力相等，根據阿基米德原理可知潛水艇重等于同體積的水重，故C正確；
D．在未露出水面之前，由于排開水的體積不變，故潛水艇所受到的浮力不變，潛水艇靠改變自身重力實現上浮或下潛，故D錯誤。
故選C。
類型4:密度計工作原理
把一個自制的密度計分別放入甲、乙兩種不同的液體中，情況如圖所示密度計在甲、乙兩液體中所受浮力分別為F1和F2，甲、乙兩種液體的密度分別為ρ1和ρ2。則F1______F2，ρ1______ρ2（都選填“＞”、“＜”或“＝”）。
類型4:密度計工作原理
【解析】[1]同一只密度計，重力一定，由圖可知，密度計在甲、乙液體中均處于漂浮狀態，所以，密度計在兩種液體中所受的浮力相等。
[2]根據阿基米德原理可知，在F浮一定時，物體浸入液體中的體積越大，則液體的密度越小，由題圖知V排1＜V排2，所以ρ1＞ρ2。
【答案】＝；＞。
類型5:利用物體沉浮條件解釋生活中的現象
將同一個新鮮的雞蛋分別浸入裝有濃度不同的鹽水的容器中，雞蛋靜止在兩個容器中的位置如圖所示.則下列說法正確的是（ ）。
A．雞蛋在甲中受到的浮力大 B．雞蛋在甲、乙中受到的浮力一樣大
C．雞蛋在乙中受到的浮力大 D．由于鹽水密度不同，無法比較
類型5:利用物體沉浮條件解釋生活中的現象
【解析】雞蛋在甲中下沉至容器底部，所以此時雞蛋受到的浮力小于它的重力；雞蛋在乙中懸浮，所以此時雞蛋受到的浮力等于它的重力；根據以上條件可知，雞蛋在甲中受到的浮力小于它在乙中受到的浮力。
故選C。
類型6:浮力綜合
邊長為20cm的薄壁正方形容器（質量不計）放在水平桌面上，將質地均勻的實心圓柱體豎直放在容器底部，其橫截面積為200cm2，高度為10cm。如圖1所示。然后向容器內緩慢注入某種液體，圓柱體始終直立，圓柱體對容器底部的壓力與注入液體質量的關系如圖2所示。（g取10Nkg）
(1)判斷圓柱體的密度與液體密度的大小關系，并寫出判斷依據；
(2)當圓柱體剛被浸沒時，求它受到的浮力；
(3)當液體對容器底部的壓強與容器對桌面的壓強之比為1：3時，求容器內液體的質量。
類型6:浮力綜合
【解析】(1)圓柱體的密度大于液體密度；依據：由圖2可知，當注入液體質量大于2kg時，圓柱體對容器底部的壓力不變，說明此時圓柱體浸沒在液體中，即圓柱體沉底了，由浮沉條件可知，圓柱體的密度大于液體密度。
(2)由題意知，圓柱體的底面積為
其高為h＝10cm＝0.1m
則圓柱體的體積為
正方體容器的底面積
圓柱體剛好浸沒時，液體的體積為
類型6:浮力綜合
由圖2可知，圓柱體剛好浸沒時，注入液體的質量為2kg，則液體的密為
根據阿基米德原理可得，當圓柱體剛被浸沒時，它受到的浮力為
(3)由(2)知，圓柱體剛好浸沒時注入液體的質量為2kg；當注入液體質量m1小于或等于2kg時，液體的底面積為
由ρ=m/V可得，容器內液體的深度為
液體對容器底部的壓強為
類型6:浮力綜合
由圖2可知，當沒有注入液體時圓柱體對容器底的壓力為140N，即圓柱體的重力為140N，則注入液體后，容器對桌面的壓力為
容器對桌面的壓強
已知
將①②代入③解得得：
解得m1＝2.8kg
因為m1＝2.8kg＞2kg
故應舍去。
類型6:浮力綜合
當注入液體的質量大于2kg時，即注入液體的深度大于10cm，因液體體積與圓柱體體積之和等于容器底面積乘以液體的深度，即
且根據ρ=m/V可得液體的體積為
所以有
則此時液體的深度
此時液體對容器底部的壓強為
容器對桌面的壓強為
類型6:浮力綜合
因為p液：p容＝1：3
所以
代入數據可得m＝4kg。
答：(1)圓柱體的密度大于液體密度；依據：由圖2可知，當注入液體質量大于2kg時，圓柱體對容器底部的壓力不變，說明此時圓柱體浸沒在液體中，即圓柱體沉底了，由浮沉條件可知，圓柱體的密度大于液體密度；(2)當圓柱體剛被浸沒時它受到的浮力為20N；(3)當液體對容器底部的壓強與容器對桌面的壓強之比為1：3時，容器內液體的質量為4kg。

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