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第十章 流体的力现象
第4节 沉与浮
教科版 物理 八年级下册
1、物体的沉浮条件
2、浮力的应用
学习目标
1. 沉浮现象
(1)物体上浮，最终漂浮在液面上；
(2)物体悬浮，可以静止在液面下任何位置；
(3)物体下沉，最终沉入液体底部。
探究新知
新知一 物体的浮沉条件
2. 物体的沉浮条件
(1)物体的沉浮取决于浮力与重力的大小关系：
状态 物体浸没在液体中 物体部分浸在液体中
上浮 悬浮 下沉 漂浮
条件 F浮>G物 F浮=G F浮示意图
(2)物体的沉浮与密度的关系：
特别提示:
证明：由于物体浸没在液体中，则V排=V物，物体的重力G 物=ρ物gV物，物体所受的浮力F浮=ρ液gV排=ρ液gV物。
(1)若ρ物<ρ液，则G物(2)若ρ物=ρ液，则G物=F浮，物体受平衡力的作用，会悬浮；
(3)若ρ物>ρ液，则G物>F浮，故物体会下沉。
①浸没在液体中的物体，若ρ物<ρ液，物体将上浮，最终漂浮；
②浸没在液体中的物体，若ρ物=ρ液，物体将悬浮；
③浸没在液体中的物体，若ρ物>ρ液，物体将下沉。
3. 沉浮条件的理解
(1)上浮和下沉是动态过程。物体浸没在液体中时，受到的浮力最大。
①当F 浮>G 物时，物体在重力和浮力的共同作用下，在液体中向上运动——上浮。随着物体不断上升，其将有一部分开始露出液面，物体所受的浮力也开始减小，一直减小到F 浮=G 物时，物体就处于平衡状态——漂浮。
②当F 浮(2)漂浮和悬浮时，物体处于平衡状态。
警示误区:
悬浮与漂浮的区别和联系：
悬浮 漂浮
在液体中的位置 液体内部任意位置静止 液体表面任意位置静止
体积关系 V排=V物V V排密度关系 ρ物=ρ液 ρ物<ρ液
力的关系 F浮=G物 [中考·齐齐哈尔] 一个李子的体积约为60 cm3，质量约为66 g，若把李子放入水中静止时将 ________( 填“漂浮”“悬浮”或“沉底”)。一个西瓜的体积为6×103 cm3，所受重力为55 N，若把西瓜浸没在水中后放手，当西瓜静止时所受浮力为________N。(g 取10 N/kg)
例 1
沉底
55
解题秘方：可以根据物体重力G 物与浮力F 浮之间的关系判断物体的沉浮，也可以根据物体密度ρ物与液体密度ρ液之间的关系判断物体的沉浮。
解析：李子的质量m 李=66 g=0.066 kg，李子所受的重力G 李=m 李g=0.066 kg×10 N/kg=0.66 N，李子浸没后受到的浮力F 浮李=ρ水gV 排李=1.0×103 kg/m3×
10 N/kg×60×10－6 m3=0.6 N，因为F 浮李＜ G 李，所以松手后李子会沉底。将西瓜浸没在水中时，V 排瓜=V瓜=6×103 cm3=6×10－3 m3，此时西瓜受到的浮力F 浮瓜=
ρ水gV 排瓜=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×6×10－3 m3=60 N，西瓜所受重力G 瓜=55 N，因为F 浮瓜＞ G 瓜，所以放手后西瓜将上浮，最终处于漂浮状态，漂浮时西瓜受到的浮力F 浮瓜′=G 瓜=55 N。
误区警示：计算浮力，首先应判断物体的沉浮状态。如用以下方法算出的结果就不是西瓜最终受到的浮力：F 浮瓜=ρ水gV 排瓜=1.0×103 kg/m3×
10 N/kg×6×10－3 m3=60 N。
一题多解:
另解：李子的密度 1.1 g/cm3,ρ李>ρ水，故李子将沉底；
西瓜的质量m瓜= 5500 g，西瓜的密度ρ瓜= ρ瓜<ρ水，故
西瓜将上浮，直至漂浮，最终西瓜受到的浮力F浮瓜′=
G 瓜=55 N。
1. 浮力的改变方法
(1)增大浮力的方法：
①增大液体(或气体)的密度；
②增大物体排开液体(或气体)的体积。
(2)减小浮力的方法：
①减小液体(或气体)的密度；
②减小物体排开液体(或气体)的体积。
新知二 浮力的应用
2. 轮船
(1)原理：空心法。把密度大于水的钢铁制成空心的，使其排开更多的水，增大可以利用的浮力，从而漂浮在水面上。
(2)排水量：
①表示轮船的大小；
②排水量是轮船按照设计要求满载时排开水的质量。
3. 潜艇
(1)原理：通过改变自身重力的方法来实现上浮和下潜。
(2)理解：潜艇浸没在水中潜航时，浮力F 浮不变，向水舱中注水，则自身重力G 变大，当G>F 浮时将下潜；向外排水，则自身重力G 变小，当F 浮>G 时将上浮。
4. 气球和飞艇
(1)原理：充入密度小于空气的气体(或热空气)，利用空气浮力来升空。
(2)理解：若氢气球和氦气球放出气球内的一部分气体，其排开空气的体积变小，浮力F 浮变小，当G>F 浮时气球将会降落；对于热气球，停止加热，则其排开空气的体积不变，浮力F 浮不变，球内空气温度降低，密度变大，自身重力G 变大，当G>F 浮时气球将会降落。飞艇的降落与气球类似。
5. 浮船打捞
(1)原理：通过减小打捞船的总重力使打捞船上浮，拉动打捞物。
(2)理解：现代打捞船是把装满水的浮筒绑在船上，然后排出浮筒里的水，原理和潜艇上浮类似。
警示误区:
关于排水量：
●不要误认为排水量是轮船“排开水的重力”或“排开水的体积”。
●轮船的排水量指轮船按设计要求满载时排开水的质量，是一定的；轮船空载或载货不满时，排开水的质量不能叫轮船的“ 排水量”。
深度理解:
满载航行的轮船，其排水体积也会发生变化。当轮船在海里和河里航行时，其始终是漂浮的，浮力F浮始终等于重力G，保持不变，由于河水密度小于海水密度，由公式F浮=ρgV排知，轮船在海水中排开海水的体积小。
[中考·临沂] 2021 年4 月23 日，海军三型主战舰艇——长征18 号艇、大连舰、海南舰在海南三亚某军港集中交接入列。如图1 所示的大连舰满载排水量为12 300 t，则其满载时受到的浮力为__________N(g 取10 N/kg)；舰载直升机起飞后，大连舰受到的浮力_______(填“变大”“变小”或“不变”)；两只舰艇不能近距离高速并
排航行，是由于两舰艇间水的流速越大，
压强越_______，容易相撞。
例2
1.23×108
变小
小
解题秘方：根据轮船满载时的排水量计算浮力。
解析：大连舰满载时受到的浮力F 浮=G 排=
m 排g=1.23×107 kg×10 N/kg=1.23×108 N。大连舰漂浮时，它受到的浮力等于其总重力，舰载直升机起飞后，其总重力减小，则大连舰受到的浮力变小。两只舰艇不能近距离高速并排航行，是由于两舰艇间水的流速越大，压强越小，容易相撞。
方法技巧:
当轮船满载航行时，有F浮=G 总，而F浮=m排g ，G总=m船g+m货g ，则m排=m船+m货，即轮船的排水量等于船自身质量与满载的货物的质量之和。
[中考·南京]用硬塑料瓶、透明胶带、螺母、塑料管、
容器和水等，制作如图2 所示的潜水艇模型，不计进排气管体积，要让原本悬浮在a位置的潜水艇模型下潜至b 位置悬浮，采取的措施是使瓶内气体( )
A. 增加 B. 减少
C. 先增加后减少 D. 先减少后增加
D
例 3
解题秘方：本题考查物体的浮沉条件的应用。根据潜水艇改变自身重力实现上浮和下沉，及悬浮时浮力等于重力解题。
解析：人要让原本悬浮在a 位置的潜水艇模型下潜至b 位置悬浮，首先应该排出气体使瓶内气体减少水进入，增大重力，使F 浮＜ G，让潜水艇模型下沉，然后再让气体进入排出水，减小重力，使F 浮=G，让潜水艇模型悬浮，所以瓶内气体应该先减少后增加。
方法技巧:
潜艇在水中处于悬浮状态，浸没在水中，V排=V物，潜艇所受到的浮力不变，因此潜艇只能改变自身重力，通过在水舱中充水和排水来实现下沉和上浮。
[多选]如图3 所示，在热气球下方开口处燃烧液化
气，使热气球内部气体温度升高，热气球开始离地，徐徐升空。分析这一过程，下列表述正确的是( )
A. 气球内的气体密度变小，所受重力也变小
B. 气球内的气体密度不变，所受重力也不变
C. 气球所受浮力变大
D. 气球所受浮力不变
例4
AD
解题秘方：气体密度可利用公式 分析或根据密度的影响因素判断，气球所受浮力利用阿基米德原理F浮=ρ空气gV 排分析。
解析：热气球内部空气温度升高，体积增大，部分空气跑到气球外部，则气球内的空气密度减小，气球整体所受重力G 减小；由阿基米德原理F 浮=ρ空气gV 排知气球外部空气密度不变，浮力不变，当F 浮>G 时气球升空。
延伸拓展:
热气球的球体底部有个进气口，离火焰很近；当球体内快充满空气时，用加热器对球内的空气加热，使球内空气密度小于外界空气密度，气球受到的浮力大于受到的重力，热气球升入空中。通过加大火焰，还能使热气球急速上升。
为了能定向航行而不风飘荡，人们改进热气球，制成了飞艇。
第4节 沉与浮
物体的沉浮
条件
应用
潜艇
热气球
浮船打捞
漂浮：F浮=G
上浮：F浮＞G
悬浮：F浮=G
下沉：F浮＜G
再 见

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