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考点18 浮沉条件的应用
1.理解用排水量法计算沉浮问题。 2.掌握浮力相关计算。 3.认识浮力在生活中的应用。
一、物体的浮沉条件 判断物体浮沉的条件：通常情况下，判断物体的浮沉有两种方法：一是根据力的关系来判断，即根据浮力和重力的大小关系，结合浮沉条件来判断；二是根据物体密度与液体密度的关系来判断。 判断方法比较F浮和G物比较ρ液和ρ物上浮F浮>G物ρ液>ρ物悬浮F浮=G物ρ液=ρ物下沉F浮注意：总有同学认为“上浮的物体受到的浮力大，下沉的物体受到的浮力小”，这种说法是不正确的。事实上物体的沉浮决定于物体受到的浮力和物体重力的大小关系，而不是只决定于物体受到的浮力大小。大石块受到的浮力再大，只要还小于自身的重力，就不会上浮；小木块受到的浮力再小，只要还大于自身的重力，就不会下沉。 悬浮与漂浮有相似之处，也有重要区别。相似之处是：物体都处于平衡状态，各自所受重力和浮力是大小相等的一对平衡力。重要区别是：（1）它们在液体中的位置不同，悬浮是物体可以静止在液体内部任一地方，而漂浮则是物体静止在液体表面上；（2）处于悬浮状态的物体，其密度与液体密度相等，处于漂浮状态的物体，其密度小于液体的密度，其体积大于物体排开液体的体积。 二、浮力的应用 （1）轮船是采用空心的方法来增大浮力的。轮船的排水量：轮船满载时排开水的质量。轮船从河里驶入海里，由于水的密度变大，轮船浸入水的体积会变小，所以会上浮一些，但是受到的浮力不变（始终等于轮船所受的重力）。 （2）潜水艇是靠改变自身的重力来实现上浮或下潜。 （3）气球和飞艇是靠充入密度小于空气的气体来实现升空的；靠改变自身体积的大小来改变浮力的。 （4）密度计是漂浮在液面上来工作的，它的刻度是“上小下大”。 注意：轮船在不同的水中（如江水、海水）都处在漂浮状态所受浮力相等；潜艇靠改变自身重力实现浮与沉，在没有露出水面之前潜水艇受到的浮力不变。气球升空时气球里充密度小于空气的气体。
计算浮力的基本思路 1．仔细审题，注意抓住隐含条件的关键词，如浸入、浸没、装满、未装满、溢出、未溢出、漂浮、悬浮、上浮、下沉等。 2．确定研究物体，并对物体进行受力分析(重力、浮力、拉力或压力等)。 3．在受力分析的基础上，列出关系式，比如物体在液体中漂浮或悬浮时F浮＝G物；用线吊在液体中时：F浮＝G－G示；被强制压(按)入液体中时，F浮＝G＋F(F为压力或拉力)，若有几个物体连接在一起，可以将它们视为一个整体进行研究。 4．把阿基米德原理公式或密度、重力的计算公式代入关系式，代入已知量解出未知量，这种思维方式不仅对较难题适用，对解较容易的浮力题也适用。
【母题1】（真题来源：广阳区校级开学）2020年11月10日，如图所示中“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底， 坐底深度约，创造了中国载人深潜的新记录。若忽略海水密度的变化，关于 “奋斗者”号潜水器下潜和上浮过程，下列说法正确的是　　 A．“奋斗者”号浸没在海水中，下潜深度越深，它受到的浮力越大 B．“奋斗者”号浸没在海水中，下潜深度增加，它受到海水的向上、向下压力差不变 C．“奋斗者”号从浮出水面开始到静止在海面过程中，它受到的浮力逐渐增大 D．“奋斗者”号在海面下悬停时受到的总重力等于它漂浮在海面时受到的总重力 【分析】（1）“奋斗者”号浸没在海水中，潜水器在下潜过程中，体积不变，所处的深度变大，根据可知潜水器所受浮力的大小变化，根据浮力产生的原因判断出它受到海水的向上、向下压力差的变化； （2）“奋斗者”号从浮出水面开始到静止在海面过程中，排开水的体积变小，根据可知它受到的浮力的变化； （3）“奋斗者”号在海面下悬停和漂浮在海面时，处于平衡状态，受平衡力的作用，根据浮力的变化判断出总重力的变化。 【解答】解：、“奋斗者”号潜水器在水面下下潜过程中，排开液体体积不变，液体密度不变，由知，受到水的浮力不变，根据浮力产生的原因可知，下潜的越深，潜水器上下表面受到海水的压力差不变，故错误，正确； 、“奋斗者”号从浮出水面开始到静止在海面过程中，排开水的体积变小，由知，受到水的浮力变小，故错误； 、“奋斗者”号在海面下悬停时处于平衡状态，受平衡力的作用，“奋斗者”号受到的总重力等于它受到的浮力； 当“奋斗者”号在海面上漂浮时处于平衡状态，受平衡力的作用，“奋斗者”号受到的总重力等于它受到的浮力，由于悬浮时排开水的体积大于漂浮时排开水的体积，由知悬浮时潜水器受到的浮力大于漂浮时受到的浮力，所以“奋斗者”号在海面下悬停时受到的总重力大于它漂浮在海面时受到的总重力，故错误。 故选：。
1．（真题来源：丛台区校级开学）小明把一个吸管的一端封口并缠绕细铁丝制作了一支简易密度计，将自制密度计直立在水中漂浮，在水面所对的位置做一个标记。两个相同的烧杯中盛有甲、乙两种液体，将自制密度计分别放入甲、乙两种液体中，静止时如图所示，且两液面相平。下列说法正确的是　　
A．甲液体的密度比乙液体的密度大
B．密度计排开甲液体的质量大于排开乙液体的质量
C．密度计在甲液体中受到的浮力与在乙液体中受到的浮力相等
D．甲液体对烧杯底的压强等于乙液体对烧杯底的压强
【分析】（1）从图可知，密度计放在甲、乙液体中都漂浮，受到的浮力都等于密度计受到的重力，从而可以判断受到浮力的大小关系；根据阿基米德原理分析液体密度的大小和排开液体质量的关系；
（2）根据判定容器底部压强的大小。
【解答】解：、同一支密度计放在甲、乙两种液体中都漂浮，则，即浮力是相同的；由图可知，密度计在乙液体中排开的液体的体积小，根据可知，乙液体的密度大，故错误，正确；
、由知同一支密度计放在甲、乙两种液体中的浮力相同，由阿基米德原理知密度计排开甲液体的质量等于排开乙液体的质量，故错误；
、深度相同，由于乙液体的密度大，根据可知，乙杯中液体对容器底的压强更大，故错误。
故选：。
2．（真题来源：丛台区校级开学）在水平桌面上有一个盛有水的容器，木块用细线系住浸没在入水中，如图甲所示。将细线剪断，木块最终漂浮在水面上且有的体积露出水面，如图乙所示。下列说法正确的是　　
A．甲、乙两图中，水对容器底部的压强大小相等
B．甲、乙两图中，木块受到水的浮力之比是
C．甲图中容器对水平桌面的压力小于乙图中容器对水平桌面的压力
D．甲图中细线对木块的拉力与木块受到的浮力之比是
【分析】（1）将细线剪断，木块最终漂浮在水面上，木块排开水的体积变小，容器内水的深度变小，根据可知容器底部受到水的压强变化，然后判断甲、乙两图中水对容器底部的压强关系；
（2）根据题意得出甲中和乙中木块排开水的体积，根据阿基米德原理求出两种情况下受到的浮力关系，物体漂浮时受到的浮力和自身的重力相等；
（3）将细线剪断，木块最终漂浮在水面上，容器和容器内水、木块的重力不变，对桌面的压力等于总重力；
（4）甲中绳子的拉力等于受到的浮力减去木块的重力，然后求出甲图中细线对木块的拉力与木块受到的浮力之比。
【解答】解：、将细线剪断，木块最终漂浮在水面上，木块排开水的体积变小，容器内水的深度变小，由可知，甲中水对容器底部的压强大于乙，故错误；
、设木块的体积为，则甲中排开水的体积，乙中排开水的体积，则甲、乙两图中木块受到水的浮力之比为，故错误；
、将细线剪断，木块最终漂浮在水面上，容器和容器内水、木块的总重力不变，对桌面的压力仍等于总重力，故甲图中容器对水平桌面的压力等于乙图中容器对水平桌面的压力，故错误；
、因木块漂浮时受到的浮力和自身的重力相等，所以木块的重力：，
图甲中绳子的拉力：，
则甲图中细线对木块的拉力与木块受到的浮力之比：
，故正确。
故选：。
3．（真题来源：定州市期末）周末，小丽帮妈妈洗菜做饭时发现，放在盆中的茄子浮在水面，而西红柿沉在盆底，如图甲和乙所示，她用所学的物理知识对此现象做出一些分析，正确的是　　
A．茄子受到的浮力大于它受到的重力
B．茄子的密度大于西红柿的密度
C．放入西红柿前后水对盆底的压强不变
D．西红柿排开水的重力小于自身的重力
【分析】（1）根据物体的漂浮条件判断茄子受到的浮力与它受到的重力大小关系；
（2）根据物体的浮沉条件判断茄子和西红柿密度的大小；
（3）根据分析判断放入茄子前后水对盆底的压强的变化；
（4）根据物体的下沉条件和阿基米德原理分析判断西红柿排开水的重力与它受到的重力大小关系。
【解答】解：、由图可知，茄子漂浮在水面，由物体的漂浮条件可知，茄子受到的浮力等于它受到的重力，故错误；
、由物体的浮沉条件可知，茄子漂浮在水面，茄子的密度比水的密度小，西红柿沉在水底，西红柿的密度大于水的密度，所以茄子的密度小于西红柿的密度，故错误；
、放入茄子后，水面上升，水的深度增加，由可知，放入茄子后水对盆底的压强增大，故错误；
、由阿基米德原理可知，西红柿受到的浮力等于它排开水的重力，由图可知，西红柿沉在水底，由物体的下沉条件可知，西红柿受到的浮力小于它受到的重力，因此西红柿排开水的重力小于它自身的重力，故正确。
故选：。
【母题2】（真题来源：曲阳县期末）善于观察和思考是学好物理的基本方法，以下是某同学对几种现象的分析和认识，其中表述错误的是　　 A．飞艇和飞机获得升力的原理相同 B．氢气球在空中上升过程中受气压影响体积会变大 C．热气球充的是加热后体积膨胀的热空气 D．潜水艇工作时是通过改变自身重力的方式来实现浮沉的 【分析】（1）流体在流速大的地方压强小、在流速小的地方压强大；飞艇是利用浮力升空的； （2）大气压强与高度有关，它随着高度的增加而减小； （3）热气球上升的原因是：球内空气受热膨胀，体积变大，据阿基米德原理，即，故气球此时所受的浮力变大，当气球受到的浮力大于气球的重力时，热气球就能上升； （4）潜水艇通过改变自身重力，改变浮力与重力的关系，实现浮沉。 【解答】解：、飞机的机翼能获得向上的升力，是应用了流体的流速越大、压强越小的原理；飞艇升空利用的是物体的浮沉条件，故错误； 、在氢气球上升的过程中，随着高度的增加，周围大气压强不断减小，氢气球内的气压比外面的气压大，于是氢气球内气体膨胀，体积变大，故正确； 、向球内充入受热膨胀后的热空气，热气球体积变大，排开空气的体积变大，则热气球受到的浮力大于气球的重力时，热气球就能上升，故正确； 、潜水艇靠自身水舱的吸水和排水，来改变自身的重力，从而改变重力与浮力的大小关系，实现上浮和下沉的，故正确。 故选：。
1．（真题来源：裕华区校级期末）以下关于浮力的应用表述错误的是　　
A．轮船是采用空心的办法增大排开水的体积从而增大浮力的
B．潜水艇工作时是通过改变自身重力的方式来实现浮沉的
C．飞艇和飞机获得升力的原理相同
D．热气球里充的是密度小于空气的气体
【分析】（1）浮力中空心问题，知道将物体做成中空的可以通过增大排开液体的体积增大浮力；
（2）潜水艇靠通过改变自身的重力来实现上浮和下沉；
（3）流体在流速大的地方压强小、在流速小的地方压强大；飞艇是利用浮力升空的；
（4）浸在液体或气体中的物体都受到液体或气体对它施加的竖直向上的浮力。热气球是靠改变球内的空气密度来实现上浮和下沉的，知道物体密度小于气体密度时，物体上浮。
【解答】解：、轮船用密度大于水的材料制成，通过制成空心的，增大排开水的体积，所以受到的浮力变大，因此可以浮在水面上，故正确；
、潜水艇浸没在水中时，排开水的体积不变，受到的浮力不变；为了实现上浮和下沉，是通过改变自身的重力来实现的，故正确。
、飞机的机翼能获得向上的升力，是应用了流速越大流体的压强越小的原理；飞艇升空利用的是物体的浮沉条件，故错误；
、热气球是利用其在空气中的浮力来工作的，只有当充的是密度小于空气的气体时，才可以升空，故正确。
故选：。
2．（真题来源：永年区校级月考）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，利用氦气球浮力抵消维修工人自身的大部分体重，减少对反射面板的压力，甚至形成“零重力”，下列对维修过程描述正确的是　　
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．上升时维修工人和球所受的浮力变大
D．下降时维修工人和球排开气体所受重力变小
【分析】（1）（2）地面附近的物体都受到重力的作用，据此根据物体的浮沉条件分析得出浮力与总重力的关系；
（3）根据阿基米德原理分析维修工人和球受到的浮力、排开气体所受重力的大小变化。
【解答】解：
、把气球和维修工人看作是一个整体，整体处于悬浮状态，受到的浮力等于总重力，形成“零重力”，其所受重力不变，故错误、正确；
、用一个直径固定的氦气球将维修工人吊起，则维修工人和球排开空气的体积不变，根据可知，无论上升还是下降，维修工人和球所受的浮力大小不变，则球排开气体所受重力不变，故错误。
故选：。
3．（2019春 丰南区期末）如图所示，中国辽宁号航空母舰是中国人民解放军海军的第一艘航空母舰，舰长、舰宽，满载时排水量达。下列说法正确的是　　
A．它满载时的排水体积是
B．当舰载机着舰后，航母受到的浮力不变
C．轮船靠改变自身体积来改变浮力
D．辽宁号航空母舰返航驶进淡水区后浮力变小
【分析】（1）知道航母满载排水量（排开水的质量），利用阿基米德原理求该舰满载时所受浮力；
（2）根据漂浮时浮力与重力相等进行分析。当舰载机着舰后，航空母舰的总重力增大，则浮力增大。
【解答】解：、该舰满载时所受浮力：
；
由可得，
满载时的排水体积，故正确；
、当舰载机着舰后，航空母舰的总重力增大；因为航空母舰仍然漂浮，浮力与重力相等，所以浮力变大。故错误；
、轮船靠改变自身重力来改变浮力，故错误；
、辽宁号航空母舰返航驶进淡水区后，仍然漂浮，浮力与重力相等，所以浮力不变，故错误。
故选：。

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