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第3节　物体的浮沉条件及应用(第2课时)
【知识重点】
1．能分别从受力的角度和比较密度的角度分析物体的浮沉条件．(重点)
2．了解轮船、潜水艇、气球及密度计等的浮沉原理．
【课程集训】
★知识点 浮力的应用——轮船
1．如今的轮船(如图所示)都是用钢铁做成的，钢铁的密度比水大得多，但轮船却没有沉入水底，这是因为轮船采用空心的办法，增大了物体排开液体的体积，从而增大了浮力．
2．排水量：轮船满载时，排开水的质量，因为轮船漂浮，所以F浮＝G物＝(m船＋m货)g，又因为F浮＝m排g(阿基米德原理)，所以m船＋m货＝m排.
3．轮船始终漂浮在水上，所以F浮＝G物；若不装卸货时，G物不变，F浮不变.(后两空选填“变大”“变小”或“不变”)
1.如图所示，我国航母静止在水面上时，其受到的浮力等于(选填“大于”“等于”或“小于”)重力；已知航母吃水深度为10.5 m，满载排水量为67 500 t，则航母满载时受到的浮力为6.75×108N；当舰载机离开航母执行任务时，航母受到的浮力将变小(选填“变大”“变小”或“不变”)．(g取10 N/kg)
4.(物理学与工程实践)轮船上的“吃水线”又被称为满载时的“吃水深度”，如图所示．其中BDD表示北大西洋冬季线，R表示印度洋线，除此以外船体上还有“淡水线”“冬季海洋线”和“夏季海洋线”．
(1)船身上0号横线表示“淡水线”，理由是轮船所受浮力不变，淡水的密度最小，轮船排开水的体积最大.
(2)轮船从海水中航行到淡水河流中时，所受浮力大小不变；轮船在码头边卸下货物后，受到的浮力将变小.(均选填“变大”“不变”或“变小”)
　★归纳总结
因为轮船始终漂浮，所以浮力始终等于重力，只有轮船重力发生变化时，浮力才会跟着变化．轮船航行于不同密度的水域时，浮力不变，其排开液体的体积与液体的密度成反比．
★知识点 浮力的应用——潜水艇
潜水艇(如图所示)的工作原理是：通过向水舱排水或注水来改变其自身的重力，从而实现浮沉的．
1.如图所示为同一艘潜水艇在水中上浮和下潜时的情景，其中潜水艇正在水中上浮的是甲(选填“甲”或“乙”)图；潜水艇所处如图甲、乙所示情景位置时，潜水艇所受的浮力分别为F甲、F乙，则F甲＝F乙(选填“＞”“＝”或“＜”)．
★解题指引 两图中潜水艇均浸没在水中，所以V排＝V物．
1.有一潜水艇悬浮在水中，如图所示．当用压缩空气把水舱中的水排出一部分时，潜水艇将上浮(选填“上浮”或“下沉”)．在未露出水面之前，潜水艇所受的浮力不变，露出水面的过程中，潜水艇所受的浮力变小(后两空选填“变大”“变小”或“不变”)．
　★归纳总结
潜水艇浸没在水中时，排开水的体积不变，所受的浮力不变；它是通过注、排水来改变其自身的重力，从而改变其浮力与自身的重力的关系来实现浮沉的．
★知识点 浮力的应用——热气球和飞艇
1.(科学思维)(2022 沈阳改编)如图所示，飞艇充入气体后，未装货物时重1.5×104 N，体积为1 500 m3.飞艇悬浮在空中时，飞艇的总重力和它受到空气的浮力是一对平衡力(选填“平衡力”或“相互作用力”)．空气密度按1.3 kg/m3计算，飞艇受到空气的浮力大小为1.95×104N，货物的质量为450kg.(g取10 N/kg)
2.(物理学与日常生活)(2022 葫芦岛模拟)如图所示的热气球，其下方开口处燃烧液化气，随着热气球内部气体温度升高，热气球开始离地，徐徐升空，则热气球内的气体密度变小，热气球所受浮力不变(以上两空选填“变大”“变小”或“不变”)．体积为620 m3的热气球悬浮在空中时，热气球和乘客的总重是8 060N.(空气密度保持1.3 kg/m3不变，g取10 N/kg)
　★归纳总结
1．飞艇通过充入密度小于空气的气体(一般是氦气)，从而减小自身的重力．
2．热气球是通过加热球囊内空气来排出部分空气，从而减小自身的重力．
★知识点 浮力的应用——密度计
1.将适量的橡皮泥粘在铅笔的一端(能使铅笔竖直浮在液体中)，这就制成了一个简易密度计．将它分别置于甲、乙两种液体中，静止时的情景如图所示．该密度计在两种液体中都处于漂浮(选填“漂浮”或“悬浮”)状态，在甲液体中受到的浮力等于在乙液体中受到的浮力，甲液体的密度小于乙液体的密度．(后两空选填“大于”“小于”或“等于”)
2.如图所示，把两支完全相同的密度计分别放在甲、乙两种液体中，它们受到的浮力分别为F甲和F乙，则F甲＝F乙；甲、乙两种液体的密度分别为ρ甲和ρ乙，则ρ甲＜ρ乙；若两种液体的深度相同，则两种液体对容器底部的压强p甲＜p乙．(均选填“＜”“＝”或“＞”)
　★归纳总结
1．密度计在不同液体中均漂浮，故F浮＝G物．
2．密度计受到的浮力F浮不变，根据F浮＝ρ液gV排，当液体密度越大时，V排越小，露出液面的部分就越多．所以液体密度越小，密度计“吃水越深”．
3．密度计的刻度数分布是上小下大．
【提能训练】
1．(物理观念)(2022 大连期末)浮力知识在生活中有非常多的应用，以下不属于浮力应用的是(B)
A．热气球 B．飞机
C．潜水艇 D．轮船
2．(2022 山西模拟)如图所示，为避免压坏反射面板，在维修“中国天眼”时，用一个直径固定的氦气球将维修工人吊起，利用氦气球的浮力抵消维修工人自身的大部分体重，减小对反射面板的压力，甚至形成“零重力”，下列对维修过程描述正确的是(B)
A．“零重力”是指维修工人所受重力为零
B．“零重力”时浮力与总重力大小相等
C．上升时维修工人和氦气球所受的浮力变大
D．下降时维修工人和氦气球排开气体所受的重力变小
3．如图所示，把一个自制的密度计分别放入两种不同的液体中，下列判断错误的是(C)
A．甲液体的密度比乙液体的密度小
B．这个密度计在两液体中受到的浮力相等
C．在标记刻度时B的示数应比A小
D．适当增加配重铁丝的质量可以提高密度计的灵敏度
4．(物理学与工程实践)(2022 兰州期末)如图是我国最新自主研制的“海斗号”无人潜水器．最大下潜深度达10 767 m，总质量为35 t(未充水)，体积为60 m3，它是通过往水舱中充水和排水来控制其下潜和上浮的．求：(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g＝10 N/kg)
(1)“海斗号”下潜到8 000 m后打开探照灯，通过观测孔了解8 000 m处深海的秘密，假设观测孔的面积为50 cm2，则观测孔受到海水的压力为多大？
(2)“海斗号”漂浮在海面上时所受海水的浮力(水舱中未充水)；
(3)“海斗号”从海面匀速下潜到8 000 m深海的过程中，最少需要往水舱中充入海水的质量．
5.(物理学与社会发展)(2022 中山期末)我国第二艘075型两栖攻击舰在上海某造船厂下水，该舰舰长250 m，宽30 m，具有4个直升机起降点，满载排水量40 000 t．(海水密度取1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)
(1)当075型两栖攻击舰行驶到某海域时，舰底受到海水的压强为7.2×104 Pa，此时舰底所处的深度为多少？
(2)当075型两栖攻击舰满载行驶在海面上时，其所受的浮力为多少？
(3)当一架质量为13 t的舰载直升机从075型两栖攻击舰的甲板上起飞后，两栖攻击舰排开水的体积变化了多少？
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