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第十章 浮力
第3节 物体沉浮条件及应用
新课引入
思考：浸没在液体中的物体都会受到浮力的作用，但是有的物体要上浮，有的却要下沉。这是为什么？
学习目标
理解沉浮条件
利用沉浮条件解释简单的潜艇，气球原理
运用沉浮条件解释一些简单问题
物体的沉浮条件
思考观察物体在水中运动情况：用细线捆住石块，把石块浸没在水中，随后剪断细线，观察石块在水中的运动情况是怎样的呢？试着分析石块在水中的受力情况是怎样的呢？
实验探究1：
物体的沉浮条件
实验探究1：
现象：在剪断细线后石块会逐渐沉入水底，最后静止不动。
受力情况：石块受到竖直向下的重力，竖直向上的浮力。
物体的沉浮条件
实验小结：
因为石块下沉 ，所以，，即，又因为完全浸没，则，所以。
物体的沉浮条件
思考观察物体在水中运动情况：用手将木块完全浸入水中，随后松手，观察木块在水中的运动情况是怎样的呢？
实验探究2：
现象：随着松手，木块会上浮，最后浮在水面静止不动。
受力情况：木块会受到竖直向下的重力，竖直向上的浮力。
物体的沉浮条件
实验小结：
因为木块上浮 ，所以，，即，又因为完全浸没，则，所以。
物体的沉浮条件
思考观察物体在水中运动情况：把充满水的水球浸没在水中，随后放手，观察水球在水中的运动情况是怎样的呢？
实验探究3：
现象：随着松手，水球会上浮，最后悬浮在水中，最后静止不动。
受力情况：竖直向下的重力，竖直向上的浮力。
物体的沉浮条件
实验小结：
因为水球悬浮 ，所以，，即，又因为完全浸没，则，所以。
物体的沉浮条件
思考：通过上面三个不同的小实验你能得出什么结论？能总结出物体沉浮的条件是什么吗？
总结：浸没在液体中的物体，受到两个力：竖直向下的重力和竖直向上的浮力。根据浮力跟重力的大小的关系，物体的浮沉存在有上述三种情况。
知识小结
浮力大于重力时，物体上浮。
浮力等于重力时，物体受力平衡，可以悬浮在液体内任何地方。
浮力小于重力时，物体下沉。
知识小结
当物体完全浸入水中时也可用物体的密度和液体的密度进行比较判断：
1. 当物体的密度小于液体的密度，物体上浮；2. 当物体的密度等于液体的密度，物体可以悬浮在液体内任何地方；
3. 当物体的密度大于液体的密度，物体下沉。
知识小结
注意：
（1）物体上浮、下沉是运动过程，此时物体受非平衡力作用。下沉的结果是沉到液体底部，上浮的结果是浮出液面，最后漂浮在液面。
（2）漂浮与悬浮的共同点都是浮力等于重力，在平衡力的作用下静止不动。但漂浮是物体在液面的平衡状态，物体的一部分浸入液体中。悬浮是物体浸没在液体内部的平衡状态，整个物体浸没在液体中。
浮力的运用
思考探究：
取一只新鲜鸡蛋，放在清水中，观察它在水中沉浮的情况，向水中慢慢加些盐，并轻轻搅拌，观察到鸡蛋怎样运动？如果再加些清水，观察到什么现象？鸡蛋放入清水后，它是上浮还是下沉？加盐轻轻搅拌的目的是什么？随着不断地往水里加盐，有什么现象出现？为什么会有这样的现象出现？
浮力的运用
【解析】
对鸡蛋做受力分析；这里有两个状态，一个是鸡蛋下沉的状态，另一个是鸡蛋上浮的状态；当它下沉的时候，它只受到浮力和重力的作用；当它上浮的时候，它只受到浮力和重力的作用；在两个状态过程中，鸡蛋的重力没有发生变化；鸡蛋只受到浮力和重力，重力没有变，那么肯定是浮力的变化引起它下沉和上浮；当浮力小于重力时，鸡蛋下沉；不断加盐，搅拌的原因是使盐尽快溶解于液体中，导致液体的密度增大，鸡蛋所受浮力逐渐增大，浮力等于重力时，鸡蛋悬浮；当浮力大于重力时，鸡蛋上浮。
浮力的运用
思考探究：
鱼是怎样使自己在水中自由地上浮、下沉和悬浮的？
浮力的运用
【解析】
鱼同上面的鸡蛋一样，重力没有发生变化；鱼也只受到重力和浮力的作用；重力没有变化，而浮力变化了；鱼是通过鱼鳔改变自己的体积来改变浮力的；鱼鳔较小时，鱼所受的浮力小于重力，鱼下沉；鱼鳔较大时，鱼所受的浮力大于重力，鱼上浮；鱼所受的浮力等于重力时，鱼将可以在水中任意的深度游动。
浮力的运用
思考探究：
轮船的浮力应用原理是怎样的呢？是怎样巧妙地设计运用浮力与重力的关系的呢？
浮力的运用
【解析】
用密度大于水的材料制成能够浮在水面的物体，必须使它能够排开更多的水。根据这个道理，人们用钢铁制造了轮船。轮船的大小通常用排水量来表示，排水量就是轮船按设计的要求装满货物——满载时排开的水的质量。
浮力的运用
思考探究：
同样的潜水艇是怎样做到上浮、下潜的呢？
浮力的运用
【解析】
潜水艇只受到两个力的作用，重力和浮力；注意潜水艇的水舱的体积是不变的；潜艇排开水的体积不变，潜艇处于同一液体当中（即排开液体的重力相等），那么浮力是不变的；浮力不变，只可能是重力的变化引起了潜艇的下沉、上浮和悬浮；潜艇有两个水舱，可以用人工的方法向水舱中压入和排出水；潜艇通过向水舱中压入和排出水能改变潜艇的重力；人工向水舱中压入水，直到重力大于浮力的时候，潜艇下沉；人工从水舱中排出水，直到重力小于浮力的时候，潜艇上浮；当重力与浮力相等时，潜艇悬浮。潜艇的原理是：靠改变自身重力来实现在水中的浮沉。并且潜艇在浸没于水下不同深度所受浮力是相同的。
浮力的运用
思考探究：
同样的热气球是怎样做到升空的呢？
【解析】
工作原理：气球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，如：氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡，人们把气球发展成为飞艇。
物体的浮沉条件及应用
物体的沉浮的条件：浸没在液体里的物体若只受重力和浮力的作用，由力运动的关系可知：
（1）当时，物体上浮→漂浮
（2）当时，物体悬浮。
（3）当（）时，物体下沉→沉底
知识点一 ：物体的浮沉条件物理的浮沉条件
知识小结
轮船
（1）工作原理：要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的，使它能够排开更多的水。
（2）排水量：轮船满载时排开水的质量，单位是吨（t）。由排水量m可计算出排开液体的体积；排开液体的重力；轮船受到的浮力，轮船和货物共重。
知识点二： 浮力的利用
物体的浮沉条件及应用
知识小结
潜水艇
工作原理：潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。
气球和飞艇
工作原理：气球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，如：氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡，人们把气球发展成为飞艇。
密度计
（1）原理：利用物体的漂浮条件来进行工作。
物体的浮沉条件及应用
知识小结
（2）构造：下面的铝粒能使密度计直立在液体中。
（3）刻度：刻度线从上到下，对应的液体密度越来越大。
计算浮力方法
（1）示重差法：物体在空气中的重力与物体在液体中的重力的差值等于浮力。即
（2）压力差法：应用求浮力。这是浮力的最基本的原理。
（3）公式法：
物体的浮沉条件及应用
知识小结
（4）受力分析法：如果物体在液体中处于漂浮或悬浮状态，则物体受重力和浮力作用，且此二力平衡，则。如果物体受三个力而处于平衡状态。则要分析出重力和浮力以外的第三个力的方向，当第三个力方向与重力同向时，则，当第三个力方向与重力方向相反，则。
（5）排水量法：，轮船的满载重量，一般是以排水量表示的，即排开水的质量。船也是浮体，根据浮体平衡条件得：船受到的总浮力，而非，就是船排开水的重力，既是浮力又是船、货的总重力。
课堂练习
例题1：如图所示，海监部门在某海域放置浮标以监测水文变化。监测发现，从春季至夏季，海水温度升高、体积膨胀导致海水密度变小。此过程中，若浮标体积保持不变，则（ ）
A. 浮标所受浮力变大，露出海面体积变小
B. 浮标所受浮力变小，露出海面体积变大
C. 浮标所受浮力不变，露出海面体积变大
D. 浮标所受浮力不变，露出海面体积变小
D
知识点：物体的沉浮条件
课堂练习
【解析】
因为浮标始终漂浮，并且浮标重力不变，故浮力等于重力，并且浮力不变；又因为海水密度减小，由可知，浮标排开海水的体积变大，则露出海面体积变小。
课堂练习
例题2：如图所示，体积相等，形状不同的甲、乙两物体悬浮在水中的不同位置，则它们的密度及其所受到的浮力F 大小关系分别是（ ）
D
A. ；
B. ；
C. ；
D. ；
课堂练习
【解析】
由图知，甲、乙两物体虽然形状不同，但都悬浮在水中，所以它们的密度相同，都等于水的密度；甲乙两物体的体积相同，由公式知，水的密度一定，排开水的体积相同，所以受到的浮力相同。
实战演练
例1：某潜水艇在海面下隐蔽跟踪某个目标，有时要上浮或下潜，但都未露出水面。若该潜水艇下潜时所受的重力为，浮力为；上浮时所受的重力为，浮力为，下列对力之间大小关系的判断，正确的是（ ）
A
A. ， B. ，
C. ， D. ，
知识点2：浮力的应用
实战演练
【解析】
在海水中，潜水艇所受，始终没有露出水面，所以所受浮力不变；可以通过“让海水进入压力舱”增大自重、“将海水排除压力舱”减小自重，，潜水艇上浮，,潜水艇下沉。故选A。
实战演练
例2：如图是鱼嘴里吐出的气泡上升时的情况，下列对气泡上升过程中受到的浮力和气泡内气体压强的分析中正确的是（ ）
D
A. 浮力不变，压强不变
B. 浮力变小，压强变小
C. 浮力变大，压强变大
D. 浮力变大，压强变小
实战演练
【解析】
∵气泡上升时，深度变小，∴由得气泡受到水的压强变小，故气泡的体积变大。∵一定质量的气体，体积变大，压强变小，∴气泡内的压强变小；∵气泡的体积变大，排开水的体积变大，∴由得：气泡受到水的浮力变大。故选D。
知识要点
物体的沉与浮
物体浸没在液体中
物体一部分浸入液体中 ———
下沉
上浮
悬浮
漂浮
运动状态
静止状态
知识要点
二. 潜艇的原理：靠改变自身重力来实现在水中的沉浮
热气球的原理：，使它受到的。

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