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(共27张PPT)
力是改变物体运动状态的原因(三)
学业内容构架
内容要求
(对应课标P37)
(1)知道浮力的定义、方向和产生原因；知道物体在空气中也会受到空气给它的浮力。
(2)能用实验探究阿基米德原理；知道浸在液体里的物体受到浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力；能用压强原理解释阿基米德原理。
(3)知道物体在液体中的浮沉是由该物体在液体中所受的浮力和重力之间的大小关系决定的；知道F浮＞G，F浮＜G，F浮＝G这三个表达式的含义；能综合运用阿基米德原理、密度及二力平衡等知识讨论浮沉条件。
(4)知道潜艇和热气球的基本工作原理；能运用浮沉条件探讨诸如鱼鳔的功能、船舶吃水线与载重量的关系等问题。
内容要点
要点1　浮力与阿基米德原理
1. 含义：一切浸入液体(或气体)的物体都受到液体(或气体)对它竖直向上的力，这个力就称作浮力。
2. 方向： 　竖直向上　(与重力方向相反)，浮力的施力物体是液体(或气体)。
3. 产生原因：液体(或气体)对物体向上的压力大于向下的压力(即向上、向下的压力差为浮力)。
竖直向上　
浮力的大小等于物体 　排开液体的重力　。
公式： 　F浮＝G排＝m排g＝ρ液V排g　。
排开液体的重力　
F浮＝G排＝m排g＝ρ液V排g　
4. 大小：阿基米德原理
[说明]
阿基米德原理适用于物体在液体和气体中所受的浮力计算。液体对物体的浮力只与 　液体的密度　和 　物体排开液体的体积　有关，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度、液体的总体积等均无关。
液体的密度　
物体排开液体的体积　
【典例展示】
例1　在学习“阿基米德原理”时，可用“实验探究”与“理论探究”两种方式进行研究。请你完成下列任务：
【实验探究】
通过图1所示的实验，探究浮力的大小跟排
开液体所受重力的关系。由实验可得结论：
　F浮＝G排　。这就是阿基米德原理。
F浮＝G排　
图1
【理论探究】
第一步：建立模型－－选取浸没在液体中的长方体进行研究，如图2所示。
图2
第二步：理论推导－－利用浮力产生的原因推导阿基米德原理。
请你写出推导过程。提示：推导过程中所用物理量需要设定(可在图2中标出)。
设长方体的底面积为S、高为h，液体密度为ρ，长方体上、下表面所处的深度及受力情况如图所示：
根据液体压强公式p＝ρgh可知液体对长方体下表面的压强大于上表面的压强，根据F＝pS可知液体对长方体向上的压力大于液体对它向下的压力，两者之差即为浮力，即F浮＝F2－F1＝ρgh2S－ρgh1S＝ρg(h2－h1)S＝ρghS＝ρgV排＝m排g＝G排。
【原理应用】
水平桌面上有一底面积为S1的柱形平底薄壁容器，内装质量为m的液体。现将一个底面积为S2的金属圆柱体放入液体中，圆柱体静止后直立在容器底且未完全浸没(与容器底接触但不密合)，整个过程液体未溢出。金属圆柱体静止时所受浮力F浮＝ 　　。
　
要点2　物体的浮沉条件
当物体处于如下五种状态时，存在下列关系：
三种最终状态
漂浮 F浮＝G ρ物＜ρ液 V排＜V物
悬浮 F浮＝G ρ物＝ρ液 V排＝V物
沉底 F浮＜G ρ物＞ρ液 V排＝V物
两种过程状态
上浮 F浮＞G ρ物＜ρ液 V排＝V物 最终漂浮
下沉 F浮＜G ρ物＞ρ液 V排＝V物 最终沉底
【典例展示】
例2　两个完全相同的烧杯中，分别盛有不同密度的液体，将同一物体先后放入甲、乙两杯中，当物体静止时，两个烧杯的液面相平，物体所处的位置如图所示，下列说法正确的是(　D　)
D
A. 甲杯液体密度比乙杯液体密度大
B. 甲杯液体对容器底的压强比乙杯液体对容器底的压强大
C. 甲杯中物体受到的浮力比乙杯中物体受到的浮力小
D. 甲杯中的液体和物体受到的总重力比乙杯中的液体和物体受到的总重力小
要点3　浮力的应用
1. 密度计：工作原理是物体漂浮时F浮＝G物(漂浮时浮力一定，ρ液与V排成反比)。密度计的刻度特点“ 　上小下大　、 　上疏下密　”。
2. 轮船：采用“空心法”，使船能够排开更多的水增大浮力而漂浮在液面上，满足F浮＝G船(船的重力未变，所受浮力就不会变)。轮船的排水量，即轮船满载时排开水的质量，单位为吨。
3. 潜水艇：潜水艇的下潜和上浮是靠改变 　自身重力　来实现的。
4. 气球和飞艇：气球和飞艇是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度 　小于　空气的气体(氢气、氦气或热空气)。
上小下大　
上疏下密　
自身重力　
小于　
【典例展示】
例3　宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛，展现了我国古人的智慧。如图为打捞过程示意图，先将陷在河底的铁牛和装满泥沙的船用绳索系在一起，再把船上的泥沙铲走，铁牛就被拉起，然后把船划到岸边，解开绳索卸下铁牛，就可将铁牛拖上岸。船在图中甲、乙、丙三个位置船所受浮力为
F甲、F乙、F丙，下列判断正确的是(　B　)
B
A. F甲＝F乙＝F丙 B. F甲＞F乙＞F丙
C. F甲＝F乙＞F丙 D. F甲＜F乙＜F丙
要点4　浮力的计算
计算浮力的主要方法
1. 称量法：物体在空气中所受的重力与物体浸入液体中经弹簧测力计所测拉力的差值等于浮力。计算公式：F浮＝G－F拉。
2. 压力差法：F浮＝F向上－F向下。　
3. 平衡法
(1)如果物体在液体中处于漂浮或悬浮状态，物体只受重力和浮力作用且二力平衡，则F浮＝G物，如图甲所示。
(2)如果物体用一绳子向下拉住浮于水中，则F浮＝G物＋F拉，如图乙所示。
(3)当物体沉底不和底面完全接触时，则F浮＝
G物－F支持，如图丙所示。
4. 阿基米德原理法：F浮＝G排。
阿基米德原理的推导式：F浮＝ρ液V排g。
【细节解读】
漂浮问题“五规律”
规律一：物体漂浮在液体中，所受的浮力等于它的 　重力　。
规律二：同一物体在不同液体里漂浮，所受浮力 　相同　。
规律三：同一物体在不同液体里漂浮，在密度大的液体里浸入的体积 　小　。
规律四：漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几，其密度就是液体密度的几分之几。
规律五：将漂浮物体全部浸入液体里，需加的竖直向下的外力等于液体对物体增大的 　浮力　。
重力　
相同　
小　
浮力　
【典例展示】
例4　如图所示，一质量m＝0.45kg、底面积S＝3.0×10－3m2的均质实心圆柱体静止在水平地面上。将它放入水槽中再次达到静止状态时，圆柱体在水中漂浮，上端有露出水面。取g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3。求：
(1)圆柱体静止在水平地面上时，对地面的压强p1；
(1)圆柱体对地面的压力为：F＝G＝mg＝0.45 kg×10N/kg＝4.5N；对地面的压强为：p1＝＝＝1.5×103Pa。
(2)圆柱体 的密度ρ；
(2)圆柱体在水中漂浮时，受到的浮力等于重力，即F浮＝G；ρ水g＝ρgV；得到圆柱体的密度为：ρ＝ρ水＝0.75×103kg/m3。
(3)漂浮在水中的圆柱体底部所在处，水产生的压强p2。
(3)因为漂浮在水中时，圆柱体受到的浮力等于重力，根据浮力产生的原因：F浮＝F下－F上；漂浮在水中的圆柱体，上表面受到的压力为零，下表面受到的压力即为浮力；所以此时水产生的压强为：p2＝＝＝＝1.5×103Pa。
例5　钓鱼是一项户外运动。图甲是钓鱼常用的一种钓
具，其主要由鱼钩、铅坠、浮漂(7颗相同浮子)构成，
该钓具各部分参数如表所示。假如垂钓时，浸没在水面
下的浮子处于同一竖直线上，漂浮在水面上的浮子处于
同一水平线上，为浮子的理想状态(忽略鱼线弯曲造成的影响，即不计漂浮浮子与浸没浮子之间的相互作用)。如图乙所示，某钓鱼爱好者在鱼塘垂钓时，鱼饵的质量为1.5×10－3kg，体积为1×10－6m3，沉到水底后未与塘底紧密接触，有4颗浮子浸没在水下、有3颗浮子漂浮在水面上，且浮子处于理想状态。取ρ水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg，则：
名称 1颗浮子 铅坠 鱼钩 鱼线
质量m/kg 4×10－4 9×10－4 4×10－4 不计
体积V/m3 8×10－7 1×10－7 不计 不计
(1)浸没在水中的4颗浮子受到的总浮力为多大？
(1)浸没在水中的1颗浮子受到的浮力为：
F浮子＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10－7m3＝0.008N，4颗浮子受到的总浮力为：F浮子总＝4F浮子＝4×0.008N＝0.032N；
(2)当鱼饵静止在水平塘底时，鱼饵受到的支持力为多大？
(2)浮子、铅坠、鱼钩和鱼饵整体处于平衡状态，它们受到的浮力、重力和支持力合力为0；铅坠受到的浮力为：F浮铅＝ρ水gV排铅＝1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10－7m3＝0.001N，鱼饵受到的浮力为：F浮饵＝ρ水gV排饵＝1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10－6m3＝0.01N，根据力的平衡关系可知，F浮子总＋F浮铅＋F浮饵＋F支＝G浮子总＋G浮铅＋G浮饵＋G鱼钩，即F浮子总＋F浮铅＋F浮饵＋F支＝(m浮子总＋m浮铅＋m浮饵＋m鱼钩)g，代入数据，0.032N＋0.001N＋0.01N＋F支＝(4×4×10－4kg＋9×10－4kg＋1.5×10－3kg＋4×10－4kg)×10N/kg，解得：F支＝0.001N；
(3)当鱼饵被全部吃掉，而鱼未上钩，稳定后，浮子仍处于理想状态，水面下浸没的浮子有多少颗？
(3)当鱼饵被全部吃掉，而鱼未上钩，稳定后，浮子、铅坠和鱼钩处于悬浮状态，设浸没在水下浮子的个数为n，根据力的平衡关系可知，nF浮子＋F浮铅＝nG浮子＋G浮铅＋G鱼钩，即n×0.008N＋0.001N＝(n×4×10－4kg＋9×10－4kg＋4×10－4kg)×10N/kg，解得：n＝3。

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