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第3课 物体的沉浮条件及应用
第十章 浮力
01
02
03
新课导入
课堂讲解
课堂总结
04
归类练习
视频展示
现象观察
观察下面图片，看它们有哪些不同？
远洋客轮为何能漂浮在海上
氢气球怎么上升的
石块沉入水底
远洋客轮、气球、石块它们为什么有的漂浮、有的上升、有的下沉？
上面的现象，都和“浮力”有关。浮力的大小决定了远洋客轮能漂浮在海面上自由航行；气球才能缓缓上升；石块才能慢慢地沉入水底。
01
物体的沉浮条件
02
浮力的应用
03
动手动脑学物理
物体的沉浮条件
物体的沉浮现象
1.实验演示
将体积相同的铁块和蜡块同时浸没在水中后松手，观察现象。
铁块
蜡块
液体中常见的三种浮沉现象
漂浮、上浮和下沉
物体的沉浮现象
2.物体在液体中的三种状态
物体在液体中静止时的三种状态：漂浮、悬浮、沉底。
漂浮
悬浮
沉底
物体的沉浮现象
2.物体在液体中的三种状态
一、物体上浮，最终漂浮在液面上。
小鸭子漂浮在水面上
物体的沉浮现象
2.物体在液体中的三种状态
二、物体悬浮，可以静止在液体中的任何位置。
鹦鹉螺悬浮在海水中
潜水艇悬浮在海水中
物体的沉浮现象
2.物体在液体中的三种状态
三、物体下沉，最终沉入水底。
石头沉在水底
残骸沉在海底
物体的沉浮现象
2.物体在液体中的三种状态
视频展示
物体的沉浮条件
1.根据物体的受力情况分析物体的沉浮
F浮
G
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。
根据物体所受浮力和重力大小的不同，物体的浮沉存在三种情况。
以物体完全浸入液体内，对物体进行受力分析
物体的沉浮条件
2.上浮最终漂浮在液体中
F浮
G
F浮
G
F浮>G
上升
上升到液面呈漂浮状态，F浮逐渐减小到F浮=G
浮力：
物重：
浸没时，
上浮时，
所以，
物体的沉浮条件
3.物体悬浮在液体中
F浮
G
悬浮
F浮=G
悬浮
浮力：
物重：
悬浮时，
所以，
可静止在液体内部任何深度处
物体的沉浮条件
4.物体下沉至水底
F浮
G
N支
浮力：
物重：
下沉时，
所以，
下沉：
加速向下
（浸没）
物体的沉浮条件
5.物体沉浮的条件
比较物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉
当物体浸没在液体中时，
物体受到的浮力F浮 = ρ液gV排，物体受到的重力G物=ρ物gV物，
比较F浮与G物的大小可得:
(1)当 ρ物＜ ρ液 ，浸没时，F浮＞G物 ，物体上浮直到漂浮在液面上；
(2)当 ρ物 ＝ ρ液 ，浸没时，F浮=G物 ，物体悬浮；
(3)当 ρ物 ＞ ρ液，浸没时，F浮＜G物 ，物体下沉直到接触容器底部。
物体的沉浮条件
6.悬浮于漂浮的区别与联系
悬浮 漂浮
不同点 在液体中的位置 静止在液体内部任何位置 静止在液体表面
体积关系 V排=V物 V排＜V物
密度关系 ρ物＝ρ液 ρ物＜ρ液
相同点 F浮=G 漂浮：F浮＝G
悬浮：F浮＝G
物体沉浮条件的讨论
1.物体只受浮力和重力作用
乙
沉底
甲
B
A
B
A
物体沉浮条件的讨论
2.上浮和下沉是不平衡态
悬浮和漂浮是平衡（静止）态,
其实质是二力平衡。
沉底
3.上浮、下沉和悬浮：V排=V物；
漂浮：V排＜V物
4.空心物体可比较平均密度ρ物与液体密度ρ液。
计算浮力的四种方法
F浮= F2-F1
F
F浮
G
F浮＝G-F
（1）压力差法
（2）称重法
计算浮力的四种方法
（3）公式法
F浮= G排= m排g=ρ液gV排
（4）平衡法
F浮= G物
小结
上浮 下沉 悬浮 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浮＋FN＝G
ρ液<ρ物
小结
视频小结
小结
视频小结
随讲随练
1.在水平桌面上两个相同的烧杯分别装有质量相同的甲和乙两种液体，把质量也相同的实心小球A和B放入杯中，静止时如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．甲液体的密度大于乙液体的密度；
B．小球A的密度大于小球B的密度；
C．甲、乙烧杯底受到的液体压强相等；
D．球A受到的浮力比球B大
随讲随练
【解析】A．由图可知，液体的质量相同，由于不知道小球A和B的体积的大小，所以无法判定液体体积的大小关系，无法判定液体的密度关系，故A错误；
B．小球的质量相同，小球的体积大小关系未知，无法判定A和B的密度的大小关系，故B错误；
C．小球的质量相同，液体的质量相同，则两烧杯中液体和小球的总重力相同，液体对杯底的压力等于液体和小球的重力，则压力相同，由于底面积相同，根据p=F/S可知，甲、乙烧杯底受到的液体压强相等，故C正确；
D．A球在液体中悬浮，浮力等于重力，B球在液体中漂浮，浮力等于重力，两个小球的质量相同，重力相同，所以受到的浮力相同，故D错误。
故选C。
随讲随练
2.如图所示，甲、乙、丙三个完全相同的烧杯中均装有适量的水，将质地均匀，且不吸水的a、b两实心体分别放入甲、乙烧杯中，当a、b静止时，a有五分之二的体积露出水面，b悬浮于水中，此时两烧杯液面刚好相平。若将b置于a上一起放入丙烧杯中，静止时a的上表面刚好与液面相平，整个过程中水均未溢出，下列说法正确的是（ ）。
A．a的密度是0.4×103kg/m3 B．a、b的重力之比为5:3
C．a、b的体积之比为5:2 D． b的密度是0.8×103kg/m3
随讲随练
【解析】A．由题意知，当a在甲烧杯中静止时，a有五分之二的体积露出水面，漂浮在水面上，根据阿基米德原理G=F浮=G排=ρ水gV排
可得ρagVa=ρ水gV排
因为a有五分之二的体积露出水面，则排开水的体积为
a的密度为ρa=0.6ρ水=0.6×103kg/m3
故A错误；
BC．由图甲可得
由图乙可知
由图丙可知
通过上面三个式子联立可得Va:Vb=5:2，进而求得Ga:Gb=3:2，故B错误，C正确；
随讲随练
D．因为b悬浮在水中，根据阿基米德原理G=F浮=G排=ρ水gV排
因为b完全浸没在水中，可得ρbgVb=ρ水gVb
则ρb=ρ水=1.0×103kg/m3
故D错误。
故选C。
浮力的应用
古代利用浮力的现象
1.殷商之前，我国古代人民对浮力就有深入的观察，到殷商时已由制独木船发展到用木板组成大的船体，这是我国最早的木船。
芦湖独木舟
2.周朝以后不仅在小河上能架设浮桥，在黄河、长江这样的大河流上也多次架设过浮桥。
浮桥
古代利用浮力的现象
3.人类从远古时代就开始利用浮力了，最初可能是抱住或骑在一段树干上顺水漂流，后来人们就发明了船。
4.据记载，1405年郑和下西洋时乘坐的木船长约147m，是当时世界上最大的木船。
古代利用浮力的现象
5.曹冲称象
以舟称物
轮船
1.小实验
提出问题
橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉，怎样使它能漂浮在水面上，并能承载重物呢？
轮船
1.小实验
把橡皮泥捏成瓢状放在水面，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水较多，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。
轮船就是根据这个道理制造的。
轮船
1.小实验
视频演示
轮船
1.小实验
视频演示
轮船
2.轮船
工作原理
将钢铁制做成空心的轮船，可以排开更多的水，使轮船漂浮在水面上。
F浮=G
排水量
轮船满载时排开水的质量：
F浮= m排g=G总=（m船+m船）g
m排= m船+ m物
轮船
2.轮船
由于海水、河水密度不同，轮船的吃水线也不同，轮船在载物时水面不能超过最大吃水线。
轮船
3.随讲随练
例题：有一艘轮船，它的排水量是104t，在密度是1.0×103kg/m3的河水中航行，它满载时排开水的体积是多大？如果该轮船从长江驶入大海（海水密度为1.03×103kg/m3 ）中航行，它排开海水的体积是多大？它从江河驶入海中是上浮一些还是下沉一些？
【解析】①满载时排开水的质量是 m=104t= 107kg
排开水的体积
②轮船从长江到大海都是漂浮，根据二力平衡条件可知：浮力等于船与货物的总重力， F浮=G船+G物，是不变的；
根据阿基米德原理：F浮=ρ液gV排 ，浮力不变，海水的密度大，因此轮船排开海水的体积小，所以从江河驶入海中是上浮一些。
潜水艇
工作原理
潜水艇能潜入水下航行，进行侦察和袭击，是一种很重要的军用舰艇。潜水艇可以悬浮在水下 ，也可以漂浮在水面。
靠改变自身重力上浮和下潜。
只要潜水艇浸没在水里，所受浮力基本不变，所以只能靠改变自身重力实现浮沉的。
潜水艇
动画展示
潜水艇
视频展示
潜水艇
上升
悬浮
下沉
鱼鳔
V排
F浮
F浮_______G
变大
变大
变大
>
鱼鳔
V排
F浮
F浮_______G
适中
适中
适中
=
鱼鳔
V排
F浮
F浮_______G
变小
变小
变小
＜
鱼鳔的大小变化能使鱼在水中自由沉浮
气球和飞艇
工作原理
气球和飞艇靠充入或排出密度较小的气体来实现升降。
气球
飞艇
气球和飞艇
视频展示
气球（或飞艇）刚能升空时：
所以，
根据阿基米德原理：
所以，
密度计
密度计是测量液体密度的仪器。
构造：密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管，管的下部装有少量密度较大的铅丸。
原理：密度计放在液体中都是漂浮的，因此受到的浮力始终等于它受到的重力，F浮=G，且不变。
密度计的刻度不均匀，数值是上小下大。
根据 F浮=ρ液gV排可知， F浮不变，把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积小，上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积就大，下沉一些。
所以密度计的刻度从下往上的示数是越来越小的。
密度计
视频展示
盐水选种
把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种子就会上浮直至漂浮在水面，而饱满的种子则下沉到容器底部。
随讲随练
1.如图所示，水面下同一地方同一深度有两艘完全相同的潜艇，其中一艘正在上浮，另一艘正在下潜，以下判断正确的是（ ）。
A．正在下潜的是甲艇；
B．没露出水面前，两艘潜艇所受的浮力相同；
C．没露出水面前，上浮潜艇所受的浮力不断增大；
D．正在下潜的潜艇所受的水的压强不变
随讲随练
【解析】A．潜水艇是通过改变水舱中水的重力来改变自身重力的，要使潜水艇上浮，应使潜水艇所受的浮力大于重力，所以水舱中水少时潜水艇上浮，所以图甲是上浮时的情景，图乙是下潜时的情景，故A错误；
B．浸没在水中的潜艇，排开水的体积就是潜艇本身的体积，在没露出水面前，两艘完全相同的潜艇排开水的体积相同，根据F浮=ρ液gV排可知，两艘潜艇所受的浮力相同，故B正确；
C．根据F浮=ρ液gV排可知，没露出水面前，排开液体的体积不变，则浮力不变，故C错误；
D．根据p=ρ液gh可知，正在下潜的潜艇深度不断增大，则受到水的压强也不断增大，故D错误。
故选B。
动手动脑学物理
排水量
1. 排水量为1000t的轮船在河水中航行，满载时船及所装货物总共有多重？所受河水的浮力是多少牛？如果河水密度为1×103kg/m3，船排开河水的体积是多少立方米？ g取10N/kg。
【解析】①满载时排开水的质量是 m=103t= 106kg，
轮船的排水量等于满载时船及所装货物总质量，所以总重为
G总=mg =106kg×10N/kg= 107N
所受河水的浮力等于船的总重力 F浮=G总=107N
密度计
2. 测量液体密度的仪器叫做密度计。将其插入被测液体中，待静止后直接读取液面处的刻度值(图甲)。图乙和图丙是自制的简易密度计，它是在木棒的一端缠绕一些铜丝做成的。将其放入盛有不同液体的两个烧杯中，它会竖直立在液体中，由观察到的现象可以判断哪杯液体的密度大。说出你的理由。
【解析】丙图杯子中液体密度大。
因为同一密度计在两种不同的液体中均处于漂浮状态，所受的浮力都等于密度计所受的重力，是相等的。根据阿基米德原理
F浮=ρ液gV排可知，排开液体体积小的丙图杯子液体密度大。
甲 乙 丙
漂浮于悬浮
3. 某一木块的体积为200cm3，密度为0.8×103kg/m3。把它浸没在水中后放手，为什么木块不能悬浮在水中？木块最终漂浮在水面上静止时，浸在水中的体积有多大？
【解析】物体悬浮在液体中的条件是物体的密度等于液体的密度，而木块的密度小于水的密度，所以它不能悬浮在水中，最终会漂浮在水面上。
木块最终漂浮在水面上静止时，F浮=G木块
1.0×103kg/m3×V排=0.8×103kg/m3×200cm3
ρ水gV排 = ρ木块gV木块
V浸= V排=160cm3
浮力的计算
4. 体积为120cm3的一块固体，重1.8N，放在密度为1.1×103kg/m3的盐水中为什么会下沉？当固体浸没在盐水中静止时，容器底部对它的支持力有多大？
【解析】因为完全浸没时物体所受的浮力小于自身的重力，或者说这个固体的密度大于盐水的密度。
固体受到的浮力：
F浮=ρ盐水gV排= 1.1×103kg/m3 ×120 =1.32N
容器底部对它的支持力 F支=G–F浮=1.8N-1.32N=0.48N
气球与飞艇的浮力
5. 一个飞艇充入气体后的质量是1.5t，体积为1500m3。当装入多少货物时，汽艇能悬浮在空中？空气密度为1.29kg/m3。
1.935N =1.5N+m货物×
根据 F浮= G飞艇+ G货物
可得：m货物=435kg
飞艇充入气体后的重力为G飞艇=mg=1.5=1.5N
【解析】飞艇受到的浮力：
F浮=ρ空气gV排空气= 1.29kg/m3 ×1.5 =1.935N
思维导图
类型1:物体沉浮的条件
小明看到清淤作业人员正在将水塘底部的淤泥搬运到船上。他想：水面高度会变化吗 于是进行了探究：首先，将石块a和不吸水的木块b置于装有水的烧杯中，如图所示；然后，将石块a从水中拿出并轻轻放在木块b上，它们处于漂浮状态，则水面高度将（ ）。
A．下降 B．上升 C．不变 D．无法判断
类型1:物体沉浮的条件
【解析】有石块a和不吸水的木块b，石块a沉在水底，浮力小于重力，不吸水的木块b漂在水面，浮力等于重力，此时总浮力
将石块a放在木块b上后，ab一起漂浮，总浮力等于总重力，即
因此
而浮力越大，排开液体体积越大，水面越高，因此水面会上升，故B符合题意。
故选B。
类型2:利用物体沉浮条件判断物体的沉浮状态
如图所示是a、b两种物质的质量与体积关系图，用b物质制成实心长方体，并将其放入水中，则物体在水中最终（ ）。
A．漂浮 B．悬浮 C．沉底 D．无法判断
类型2:利用物体沉浮条件判断物体的沉浮状态
【解析】由图可知b物质的密度
水的密度是1g/cm3，因为ρb＜ρ水
所以将b物质制成的长方体放入水中，则物体在水中最终漂浮，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
类型3:潜水艇的工作原理
如图所示，潜水艇悬浮在水中时，下列说法正确的是（ ）。
A．要使潜水艇上浮，应向水舱充水；
B．要使潜水艇下沉，应将水舱里的水排出一部分；
C．当潜水艇悬浮在水中时，潜水艇重等于同体积的水重；
D．潜水艇是靠改变自身重力和受到的浮力来实现浮沉的
类型3:潜水艇的工作原理
【解析】A．潜水艇悬浮在水中，浮力与重力相等，要使潜水艇上浮，则重力应小于浮力，由于潜水艇浮力不变，则应把水舱中的水排出一部分，来减小重力,故A错误；
B．原来潜水艇悬浮，浮力等于重力，要使潜水艇下沉，则重力应大于浮力，由于潜水艇浮力不变，则应向水舱充水，来增大重力，故B错误；
C．当潜水艇悬浮在水中时，排开水的体积与潜水艇的体积相等，由于悬浮，浮力与重力相等，根据阿基米德原理可知潜水艇重等于同体积的水重，故C正确；
D．在未露出水面之前，由于排开水的体积不变，故潜水艇所受到的浮力不变，潜水艇靠改变自身重力实现上浮或下潜，故D错误。
故选C。
类型4:密度计工作原理
把一个自制的密度计分别放入甲、乙两种不同的液体中，情况如图所示密度计在甲、乙两液体中所受浮力分别为F1和F2，甲、乙两种液体的密度分别为ρ1和ρ2。则F1______F2，ρ1______ρ2（都选填“＞”、“＜”或“＝”）。
类型4:密度计工作原理
【解析】[1]同一只密度计，重力一定，由图可知，密度计在甲、乙液体中均处于漂浮状态，所以，密度计在两种液体中所受的浮力相等。
[2]根据阿基米德原理可知，在F浮一定时，物体浸入液体中的体积越大，则液体的密度越小，由题图知V排1＜V排2，所以ρ1＞ρ2。
【答案】＝；＞。
类型5:利用物体沉浮条件解释生活中的现象
将同一个新鲜的鸡蛋分别浸入装有浓度不同的盐水的容器中，鸡蛋静止在两个容器中的位置如图所示.则下列说法正确的是（ ）。
A．鸡蛋在甲中受到的浮力大 B．鸡蛋在甲、乙中受到的浮力一样大
C．鸡蛋在乙中受到的浮力大 D．由于盐水密度不同，无法比较
类型5:利用物体沉浮条件解释生活中的现象
【解析】鸡蛋在甲中下沉至容器底部，所以此时鸡蛋受到的浮力小于它的重力；鸡蛋在乙中悬浮，所以此时鸡蛋受到的浮力等于它的重力；根据以上条件可知，鸡蛋在甲中受到的浮力小于它在乙中受到的浮力。
故选C。
类型6:浮力综合
边长为20cm的薄壁正方形容器（质量不计）放在水平桌面上，将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部，其横截面积为200cm2，高度为10cm。如图1所示。然后向容器内缓慢注入某种液体，圆柱体始终直立，圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量的关系如图2所示。（g取10Nkg）
(1)判断圆柱体的密度与液体密度的大小关系，并写出判断依据；
(2)当圆柱体刚被浸没时，求它受到的浮力；
(3)当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为1：3时，求容器内液体的质量。
类型6:浮力综合
【解析】(1)圆柱体的密度大于液体密度；依据：由图2可知，当注入液体质量大于2kg时，圆柱体对容器底部的压力不变，说明此时圆柱体浸没在液体中，即圆柱体沉底了，由浮沉条件可知，圆柱体的密度大于液体密度。
(2)由题意知，圆柱体的底面积为
其高为h＝10cm＝0.1m
则圆柱体的体积为
正方体容器的底面积
圆柱体刚好浸没时，液体的体积为
类型6:浮力综合
由图2可知，圆柱体刚好浸没时，注入液体的质量为2kg，则液体的密为
根据阿基米德原理可得，当圆柱体刚被浸没时，它受到的浮力为
(3)由(2)知，圆柱体刚好浸没时注入液体的质量为2kg；当注入液体质量m1小于或等于2kg时，液体的底面积为
由ρ=m/V可得，容器内液体的深度为
液体对容器底部的压强为
类型6:浮力综合
由图2可知，当没有注入液体时圆柱体对容器底的压力为140N，即圆柱体的重力为140N，则注入液体后，容器对桌面的压力为
容器对桌面的压强
已知
将①②代入③解得得：
解得m1＝2.8kg
因为m1＝2.8kg＞2kg
故应舍去。
类型6:浮力综合
当注入液体的质量大于2kg时，即注入液体的深度大于10cm，因液体体积与圆柱体体积之和等于容器底面积乘以液体的深度，即
且根据ρ=m/V可得液体的体积为
所以有
则此时液体的深度
此时液体对容器底部的压强为
容器对桌面的压强为
类型6:浮力综合
因为p液：p容＝1：3
所以
代入数据可得m＝4kg。
答：(1)圆柱体的密度大于液体密度；依据：由图2可知，当注入液体质量大于2kg时，圆柱体对容器底部的压力不变，说明此时圆柱体浸没在液体中，即圆柱体沉底了，由浮沉条件可知，圆柱体的密度大于液体密度；(2)当圆柱体刚被浸没时它受到的浮力为20N；(3)当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为1：3时，容器内液体的质量为4kg。

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