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9.3 物体的浮与沉
素养目标
1.知道物体所受浮力时的三种状态。
2.联系二力平衡条件、力与运动的关系,概括物体的浮沉条件。
3.理解物体的浮沉条件,且知道浮沉条件在生活中的应用。
◎重点:概括物体的浮沉条件,说出其在生产、生活中的应用。
【预习导学】
生活中的物理
怀丙和尚打捞铁牛
　　宋朝的时候,有一回黄河发大水,冲断了河中府城外的一座浮桥。黄河两岸拴浮桥用的八只大铁牛也被大水冲走,陷在了河底的淤泥里。洪水退了,浮桥得重修。可是笨重的铁牛陷在河底,有哪个大力士能把它们一只一只捞起来呢 怀丙让人准备了两只很大的木船,船舱里装满泥沙,划到铁牛沉没的地方,用绳子的一头牢牢地拴住铁牛,把绳子的另一头绑在两只大船之间的架子上。然后,他让人把船上的泥沙都铲到黄河里去,随着船逐渐上浮,铁牛就从河底淤泥中被拉了出来。
【问题】怀丙打捞铁牛的故事里蕴含着什么奥秘 要完成这个任务需要掌握以下知识。
重点梳理
知识点一 物体的浮沉条件
1.浸没在液体中的物体,由静止释放后:物体向上运动,叫作 ;物体向下运动,叫作 。
2.决定因素:浸没在液体中的物体,其浮沉主要取决于它所受到的 力和 力的大小关系。
3.浮沉条件:浸没的物体只受重力和浮力时,(1)当浮力 重力时,物体上浮;(2)当浮力 重力时,物体下沉;(3)当浮力 重力时,物体处于悬浮或漂浮状态。
对点自测
1如图所示,用手把一个圆柱体物块浸没在水中。物块的上表面受到水的压力大小为14.7 N,它的下表面受到水的压力大小为20.5 N,物块受到的浮力大小为 N;若物块重为8 N,放手后这个物块将 (选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”)。
【参考答案】
知识点一
1.上浮 　下沉
2.浮　重
3.大于　小于　等于
对点自测
1.5.8　下沉
知识点二 浮沉条件的应用
1.密度计:是测量液体 的工具,它所受的浮力总是 它受到的重力。
2.盐水选种:把种子放在浓度适宜的盐水中,干瘪、虫蛀的种子会上浮直至漂浮(ρ盐水 ρ种子),而饱满的种子则下沉到容器底部(ρ盐水 ρ种子)。
3.潜水艇:潜水艇的 是不能改变的,浸没在水中所受的浮力 ,只能靠改变 来实现上浮和下潜,因为潜水艇两侧装有水舱,通过往水舱中加水或排水,改变 达到浮沉的需要。
4.热气球:通过充入或放出气体的多少来改变气囊的 ,从而改变气球所受的 ,实现它们在空中的上浮、下沉或悬浮。
对点自测
2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
(选填“上浮”或“下沉”)。在未露出水面之前,潜水艇所受的浮力将 ,露出水面的过程中,潜水艇所受浮力 。(后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
【参考答案】
知识点二
1.密度　等于
2.>　<
3.体积　不变　自身的重力　自身的重力
4.体积　浮力
对点自测
2.上浮　不变　 变小
【合作探究】
任务驱动一 探究物体的浮沉条件
提出问题:物体的浮与沉是由什么因素决定的
猜想假设:物体在液体中受到浮力和重力作用,力是改变物体运动状态的原因,因此物体的浮与沉可能是物体受到的浮力和重力的大小关系决定的。
实验器材:烧杯、带有瓶盖的小玻璃瓶、水等。
设计实验:由于小玻璃瓶浸没在水中后,它受到的浮力不变,为了使小玻璃瓶实现上浮、下沉和悬浮,可以改变瓶中水的多少来实现。
实验步骤:
(1)改变小玻璃瓶中的水量,使其悬停在烧杯的水中,分析比较此时小玻璃瓶的受力情况。
(2)倒掉玻璃瓶中的水,把瓶子压入水中浸没,然后松手,观察小玻璃瓶的运动情况。
(3)将瓶子装满水,使其浸没在水中,松手后,观察小玻璃瓶的运动情况。
交流与评估:
(1)对实验步骤(1)中瓶子进行受力分析。
(2)实验步骤(2)中的现象是什么 对比(1)分析玻璃瓶受力情况。
(3)实验步骤(3)中实验现象是什么 分析此时玻璃瓶受力情况。
实验结论:浸没在液体中的物体,其浮沉主要取决于它所受到的 的大小关系。当浮力大于重力时,物体 ,最终状态是 ;当浮力小于重力时,物体 ,最终状态是 ;当浮力等于重力时,物体处于 状态。
【参考答案】
任务驱动一
(1)答:玻璃瓶悬浮,由二力平衡条件可知,此时浮力等于重力,即F浮=G。
(2)答:小玻璃瓶上浮,此时玻璃瓶受重力和浮力,且F浮>G。
(3)答:小玻璃瓶下沉,此时它受重力和浮力,且F浮实验结论:浮力和重力　上浮　漂浮　下沉　沉底　悬浮
任务驱动二 制作简易的密度计
实验器材:均匀圆玻璃管、一些小铅丸、天平、刻度尺、烧杯、水、其他液体等。
实验步骤:
(1)如图所示,在一端封闭的均匀圆玻璃管中装入适量的小铅丸,制成一支密度计。
(2)用调节好的天平测出装了铅丸的玻璃管总质量为m。
(3)用刻度尺测出玻璃管的直径d,将它浸入水中,用刻度尺测出它在水中的深度h,在玻璃管上画上纯水的密度值线A;
　　(4)将该密度计浸入另一种液体中,测出它在液体中的深度H。
交流与评估:
(1)在玻璃管中装入适量的小铅丸的目的是什么
(2)设纯水密度为ρ,玻璃管底面直径为d。请用已知的物理量推导出h的数学表达式。
　　(3)该密度计的刻度均匀吗 说出你的理由。
(4)若把密度计放在密度为0.8×103 kg/m3 的酒精中,液面的位置在A刻度线的上方还是下方
(5)为了提高该密度计的精确程度,请你写出一条改进措施。
【参考答案】
任务驱动二
(1)答:使密度计能在液体中竖直漂浮。
(2)答:玻璃管底面直径为d,则玻璃管的底面积S=,此时密度计受到的浮力F浮=ρgV排=ρgh,因物体漂浮时受到的浮力和自身的重力相等,即F浮=G物,ρgh=mg,则h=。
(3)答:当密度计漂浮在密度为ρ液的液体中时,因密度计始终漂浮,它受到的浮力不变,所以,F浮=F浮液,即ρgh=ρ液gH,则H=h,由表达式可知,H和ρ液是反比例函数,所以这种密度计的刻度是不均匀的。
(4)答:因ρ水>ρ酒精=0.8×103kg/m3,所以,由H=h可知,H>h,则该密度计放在酒精中,液面的位置在A刻度线的上方。
(5)答:为了使测量结果更准确,应使简易密度计上两刻度线之间的距离大一些,由ΔV=V排1-V排2=SΔh可知,要使Δh变大,减小S即可,具体做法是用更细的玻璃管做密度计。
任务驱动三 学以致用
你知道怀丙打捞铁牛的奥秘了吗 　
【参考答案】
任务驱动三
答:船里的泥沙渐渐减少,船的重力变小,浮力大于重力时,船身也慢慢向上浮起,拴铁牛的绳子越绷越紧,船靠着水的浮力,把铁牛从淤泥里一点儿一点儿地往上拔。船上的泥沙铲光了,铁牛也离开了河底。

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