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(共47张PPT)
第12讲　浮力
第2课时　物体的浮沉条件及应用
考点1　物体的浮沉条件
上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底

F浮 　＞　 G F浮 　＜　 G F浮 　＝　 G F浮 　＝　 G F浮＋FN 　＝　 G
ρ液 　＞　 ρ物 ρ液 　＜　 ρ物 ρ液 　＝　 ρ物 ρ液 　＞　 ρ物 ρ液 　＜　 ρ物
物体的运动状态不断改变，受非平衡力作用 物体可以停留在液面下任何位置处 是上浮的最终状态 是下沉的最终状态
物体处于静止状态，受平衡力作用
＞　
＜　
＝　
＝　
＝　
＞　
＜　
＝　
＞　
＜　
考点2　浮力的应用
1.轮船：把密度大于水的材料做成空心，增大其排开水的体积，从而增大浮力使其能够漂浮在水面上。轮船的大小用排水量表示，即轮船满载时排开水的 　质量　 。
2.潜水艇：通过向水舱中充水或排水来改变自身的 　重力　 ，从而实现上浮、悬浮或下潜。
3.气球、飞艇：通过充入气体的密度 　小于　 空气的密度的方法，从而使其升空。
4.密度计：在液体中处于 　漂浮　 状态，受到的浮力等于重力。浸入液体的体积越大，说明液体的密度越 　小　 。（密度计的刻度分布不均匀，自上而下刻度值逐渐增大）
5.盐水选种：配制盐水，使其密度 　小于 优质种子的密度而 　大于 劣质种子的密度。
质量
　
重力　
小于　
漂浮　
小　
小于　
大于　
【提分小练】
1.俗话说“瓜浮李沉”，意思是西瓜投入水中可以漂浮，李子投入水中会下沉，这是因为（　D　）
A.西瓜受到的浮力较小
B.西瓜的体积较大
C.李子受到的重力较大
D.李子的密度较大
D
2.下列说法正确的是（　B　）
A.轮船从长江驶入大海，浮力不变，吃水深度增加
B.海面下的潜水艇下潜时，所受的浮力不变，压强变大
C.热气球的升空原理和飞机起飞的原理相同
D.同一支密度计放在密度较小的液体中所受浮力较小
B
命题点1　密度与浮力的关系
1.如图，用同一密度计测量液体密度时，该密度计在液体中 　漂浮　 ，若两液体密度分别为ρ乙、ρ丙，密度计所受浮力分别为F乙、F丙，则ρ乙 　＜　 ρ丙，F乙 　＝　 F丙。


（RJ八下P60图10.3－9乙、丙）
漂浮　
＜　
＝　
2.如图，人之所以可以浮在“死海”上，是因为 　海水的密度大于人体的密度　 ，人静止时，人所受的浮力 　等于　 人的重力。

（RJ八下P51图10.1－4）
海水的密度大于人体的密度　
等于　
命题点2　浮力的影响因素
3.如图，用手把空的饮料罐缓慢地按入水中，在饮料罐浸没之前，越往下按感觉手受到的阻力越 　大　 ，这说明浮力的大小跟物体排开液体的 　体积　 有关，排开液体的 　体积　 越大，饮料罐所受浮力 　越大　 。

（RJ八下P53图10.2－1）
大　
体积　
体积　
越大　
命题点3　物体的浮沉条件
4.如图，甲、乙两只完全相同的杯子里分别盛有水和浓盐水，将同一只鸡蛋先后放入其中，当鸡蛋静止时两液面相平，鸡蛋所处的位置如图所示，则鸡蛋所受浮力F甲 　＜　 F乙；当鸡蛋悬浮在液体中时，F浮 　＝　 G蛋；当鸡蛋沉在液体底部时，F浮 　＜　 G蛋。

（RJ八下P57图10.3－2）
＜　
＝　
＜　
重难点1　计算浮力常用的四种方法
【例1】“浮沉子”最早是由科学家笛卡儿设计的。小华用大塑料瓶（大瓶）和开口小玻璃瓶（小瓶）制作了如图1所示的“浮沉子”；装有适量水的小瓶开口朝下漂浮在大瓶内的水面上，拧紧大瓶的瓶盖使其密封，两瓶内均有少量空气。将小瓶视为圆柱形容器，底面积为S，忽略其壁厚（即忽略小瓶自身的体积）。当小瓶漂浮时，简化的模型如图2所示，小瓶内空气柱的高度为h，手握大瓶施加适当的压力，使小瓶下沉并恰好悬浮在如图3所示的位置。将倒置的小瓶和小瓶内的空气看成一个整体A，A的质量为m，水的密度为ρ水，g为已知量，求：
（1）图2中A所受浮力的大小。
解：（1）由图2可知，A处于漂浮状态，
由物体的漂浮条件可知，图2中A所受浮力：F浮＝G＝mg。
（2）图2中A排开水的体积。
解：（2）由F浮＝ρ液gV排可知，图2中A排开水的体积：V排＝＝＝。
解：（3）图2中小瓶内空气的体积：V＝Sh，
由图3可知，A处于悬浮状态，
由物体的悬浮条件可知，图3中A所受浮力：F浮'＝G＝mg，
由F浮＝ρ液gV排可知，图3中A排开水的体积：V排'＝＝＝，
因为忽略小瓶自身的体积，所以图3中空气的体积：V'＝V排'＝，
由于图2和图3中小瓶内空气的质量不变，由ρ＝可知，图2和图3中小瓶内空气的密度之比：＝＝＝＝。
（3）图2和图3中小瓶内空气的密度之比。
【方法指导】
方法 压力差法 称重法 阿基米德原理法 平衡法
图示
公式 F浮＝ 　F向上－F向下　 F浮＝ 　G物－F示 F浮＝ 　G排＝m排g＝ρ液（气）gV排　 F浮＝ 　 G物＝
F向上－F向下　
G物－F示
G排＝m排
g＝ρ液（气）gV排
G物＝m物g　
适用 范围 形状规则的物体，已知上、下表面的压强及上、下表面积（或已知上、下表面所受的压力） 已知物体的重力及物体浸在液体中时弹簧测力计的示数 已知物体排开液体的体积和液体的密度（或排开液体的质量） 漂浮或悬浮的物体，且已知物体的重力（或质量）
重难点2　浮力、压强的综合计算
【例2】如图，薄壁长方体容器A放在水平桌面上，底面积为36 cm2，高为12 cm，质量为mA＝72 g。容器A内装有144 g水。均匀实心立方体B和C的棱长都为4 cm，质量分别为mB＝54 g，mC＝72 g。已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg。忽略实心立方体吸水、容器壁厚度等次要因素。
（1）求容器A对水平桌面的压强。
解：（1）容器A对水平桌面的压力：F＝G总＝m总g＝（mA＋m水）g＝（72×10－3 kg＋144×10－3 kg）×10 N/kg＝2.16 N，
容器A对水平桌面的压强：p＝＝＝600 Pa。
（2）若将B缓慢放入容器A中，请分析B平衡时的状态，并求出B放入前后水对容器底部压强的变化量。
解：（2）实心立方体B的体积：VB＝（4 cm）3＝64 cm3，
B的密度：ρB＝＝≈0.84 g/cm3＜ρ水，
假设将B缓慢放入容器中后B漂浮，则F浮1＝GB＝0.54 N，
由F浮＝ρ液gV排可知，B在漂浮时排开水的体积：V排1＝＝＝5.4×10－5 m3＝54 cm3，
此时需要的最少水量：V需＝×（SA－SB）＝×（36 cm2－16 cm2）＝67.5 cm3，
容器A中原有水的体积：V水＝＝＝144 cm3，
故V需＜V水，B一定处于漂浮状态，
由体积关系得，水面上升的距离：Δh＝＝＝1.5 cm，
由p＝ρ水gh得，水对容器底部的压强变化量：
Δp＝ρ水gΔh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1.5×10－2 m＝150 Pa。
（3）若将C放在B上，再将它们缓慢放入容器A中，平衡时C与B的接触面水平，求C对B的压力。
解：（3）研究B、C这个整体，假设沉底，C露出水面，
则容器内水的深度：h水＝＝＝7.2 cm＜8 cm，
受到的浮力：F浮2＝ρ水gV排2＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×7.2×10－2 m×16×10－4 m2＝1.152 N，
B、C的总重力：GBC＝（mB＋mC）g＝（54×10－3 kg＋72×10－3 kg）×10 N/kg＝1.26 N，
由F浮2＜GBC可判断出假设成立，B、C沉底，
此时，C物体浸入水中的深度：h＝7.2 cm－4 cm＝3.2 cm，
C受到的浮力：F浮3＝ρ水gV排3＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×3.2×10－2 m×16×10－4 m2＝0.512 N，
C的重力：GC＝mCg＝72×10－3 kg×10 N/kg＝0.72 N，
所以C对B的压力：F压＝GC－F浮3＝0.72 N－0.512 N＝0.208 N。
【方法指导】
1.固体产生的压力、压强的计算或水平面受到的压力、压强的计算
（1）明确产生压强的主体。
（2）先求压力F＝G，再利用p＝计算压强。
（3）密度均匀的柱状固体，可利用p＝ρ物gh直接计算压强。
2.装有液体的容器底或某深度的液体压力、压强的计算
（1）先计算压强p＝ρgh，再计算压力F＝pS（适用于所有形状的容器）。
（2）柱形容器底受到的压力：F＝G液。
（3）物体浸入液体中，液体对柱形容器底的压力：F液＝G液＋F浮。
3.物体浸入液体中，柱形容器对桌面的压力（将物体、液体、容器看成一个整体）
（1）整体不受其他外力，如图甲，二力平衡：F支＝G总＝G容＋G液＋G物。
（2）整体受到其他外力，三力平衡：
①如图乙，受竖直向上的拉力：F支＝G总－F拉＝G容＋G液＋G物－F拉。
②如图丙，受竖直向下的压力：F支＝G总＋F压＝G容＋G液＋G物＋F压。
命题点1　物体的浮沉条件的应用
1.（2023·贵州）半潜船是专门从事运输舰船、石油钻井平台等大型设备的海运船舶。如图所示是我国最大的半潜船“新光华”号，装载货物前，海水进入船内的压载水舱，甲板逐渐下潜至海面以下，但船楼建筑仍露出海面；把货物拖拽至甲板上方时，从压载水舱向外排出海水，半潜船逐渐上浮并托起货物直至甲板浮出海面一定高度，这样就完成了货物装载。请回答以下问题。
（1）半潜船装载货物时处于哪种浮沉情况？
答：（1）由题意可知，当半潜船装载货物时，船楼建筑仍露出海面，根据物体的浮沉状态可知，半潜船装载货物时处于漂浮状态。
（2）若装载质量更大的货物，在保持甲板浮出海面高度相同的情况下，需要从压载水舱排出更多海水，请用浮力知识解释从压载水舱多排海水的原因。
答：（2）半潜船在海中受到浮力、自身重力和货物的重力作用，因保持甲板浮出海面高度相同，即V排相同，根据阿基米德原理可知，半潜船受到的浮力不变，若装载质量更大的货物，由物体的平衡条件可知，需要减轻自身的重力，故需要从压载水舱多排海水。
2.（2021·贵阳）如图，将生鸡蛋浸没在装有适量白醋的烧杯中，反应产生的气泡会附着在蛋壳表面，随着表面气泡的增加，鸡蛋慢慢上浮。请分析说明附着大量气泡的鸡蛋上浮的原因。（不考虑白醋密度和鸡蛋质量的变化）
反应前　反应后
答：鸡蛋壳与白醋接触时，反应生成二氧化碳气体，有气泡产生并附着在鸡蛋壳的表面，增大了排开水的体积，使鸡蛋受到的浮力增大，当浮力大于重力时，鸡蛋上浮。
命题点2　密度、压强、浮力综合计算
3.（2021·黔东南州）将棱长为0.1 m均匀、实心的正方体木块投入水中，木块静止时有的体积露出水面（如图）。（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）求：
（1）木块静止时，受到水的浮力是多少？
解：（1）该正方体木块的体积：V＝（0.1 m）3＝10－3 m3，
木块静止时，受到水的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×（1－）×10－3 m3＝7.5 N。
（2）该木块的密度是多少？
解：（2）由于木块漂浮，则G＝F浮＝7.5 N，
由G＝mg可得，木块的质量：
m＝＝＝0.75 kg，
则该木块的密度：ρ木块＝＝＝0.75×103 kg/m3。
（3）木块静止时，木块底部受到水的压强是多少？
解：（3）由于V排＝V，则木块静止时浸在水中的深度：h1＝h＝×0.1 m＝0.075 m，
木块底部受到水的压强p＝ρ水gh1＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.075 m＝750 Pa。
4.（2021·黔西南州）一个质量忽略不计、底面积为100 cm2的容器中装有2 kg水，放在水平桌面上，将一个石块挂在弹簧测力计下，测力计的示数为5.6 N，慢慢将石块浸没在水中，不接触杯壁和杯底，水无溢出，稳定后，弹簧测力计的示数为2.8 N。（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）求：
（1）石块所受的浮力F浮。
解：（1）根据称重法，石块所受的浮力：
F浮＝G－F示＝5.6 N－2.8 N＝2.8 N。
（2）石块的密度ρ。
解：（2）由F浮＝ρ液gV排得石块排开水的体积：V排＝＝＝2.8×10－4 m3，
石块浸没在水中，则V石＝V排＝2.8×10－4 m3，
石块的密度：ρ＝＝＝＝＝2×103 kg/m3。
（3）在如图所示的状态下，容器底对桌面的压强p。
解：（3）容器对桌面的压力：F压＝G水＋G排＝m水g＋F浮＝2 kg×10 N/kg＋2.8 N＝22.8 N，
容器底对桌面的压强：p＝＝＝2.28×103 Pa。
5.如图甲，有一体积、质量忽略不计的弹簧，其两端分别固定在容器底部和正方体形状的物体上。已知物体的棱长为10 cm，弹簧没有发生形变时的长度为10 cm，弹簧受到拉力的作用后，伸长的长度ΔL与拉力F的关系如图乙所示。向容器中加水，直到物体上表面与液面相平，此时水深24 cm。（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）求：
（1）物体受到水的浮力。
解：（1）正方体的体积：V＝a3＝（10 cm）3＝1 000 cm3＝1×10－3 m3，
由于正方体全部浸没在水中，所以V排＝V＝1×10－3 m3，
物体受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10－3 m3＝10 N。
（2）打开出水口，缓慢放水，当弹簧处于没有发生形变的状态时，关闭出水口。求放水前后水对容器底部压强的变化量。
解：（2）由图甲可知，当物体上表面与液面齐平时，物体上表面距容器底的距离：h＝24 cm，弹簧伸长的长度：ΔL＝24 cm－10 cm－10 cm＝4 cm，
由图乙可知，此时弹簧对物体的拉力：F拉＝4 N，
木块的重力：G物＝F浮－F拉＝10 N－4 N＝6 N，
当弹簧处于没有发生形变的自然状态时，L弹簧＝10 cm，
此时物体受到的浮力：F浮'＝G物＝6 N，
此时排开水的体积：
V排'＝＝＝6×10－4 m3，
可得物体浸在水中深度：h浸＝＝＝0.06 m，
此时水的深度：h'＝L弹簧＋h浸＝0.1 m＋0.06 m＝0.16 m，
放水前后水对容器底部压强的变化量：
Δp＝p－p'＝ρ水g（h－h'）＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×（0.24 m－0.16 m）＝800 Pa。
1.2023年4月，我国东部战区组织了环台岛军事演习，这是对“台独”分裂势力与外部反华势力勾连挑衅的严重警告，是捍卫国家主权和领土完整的必要行动。如图为参加演习的我国辽宁号航空母舰，当战斗机从军舰上起飞后（　B　）
A.舰体略上浮，受到浮力不变
B.舰体略上浮，受到浮力变小
C.舰体略下沉，受到浮力不变
D.舰体略下沉，受到浮力变大
第1题图
B
巩固训练
2.（多选）某日凌晨，我国自主研制的“极目一号”Ⅲ型浮空艇（如图）以30 m/min的平均速度顺利升至9 050 m高空，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。关于正在升空的浮空艇说法正确的是（　ABD　）
A.平均速度为0.5 m/s
B.所受大气压强逐渐减小
C.所受空气浮力逐渐增大
D.所受空气浮力等于重力
第2题图
ABD
3.取一根木棒，在它的一端缠绕一些铜丝就做成了一个简易密度计，将其分别放入甲、乙两个盛有不同液体的烧杯中，它竖直立在液体中的漂浮情况如图所示。设密度计在甲、乙两个烧杯中所受的浮力分别为F甲和F乙，两个烧杯中液体的密度分别为ρ甲和ρ乙，则（　D　）
甲
乙
A.F甲＞F乙 B.F甲＜F乙
C.ρ甲＞ρ乙 D.ρ甲＜ρ乙
D
4.2023年3月11日，“探索一号”科考船携“奋斗者”号载人潜水器完成任务回国。工作中，科考船将潜水器放入海水中后，科考船所受浮力 　变小　 （选填“变大”“不变”或“变小”）。潜水器从3 000 m深海处采集到体积为800 cm3的深渊岩石，采集前岩石受到的海水压强为 　3×107　 Pa，采集到的岩石在海水中受到的浮力为 　8　 N。（g取10 N/kg，ρ海水取1.0×103 kg/m3）
5.如图，鸡蛋悬浮在盐水中，请作出鸡蛋受力示意图（点O为鸡蛋的重心）。
变小　
3×107　
8　
6.如图，西宁舰是中国自主研发的052D型导弹驱逐舰，它满载时的排水量为7.5×106 kg（排水量就是西宁舰装满货物时排开水的质量，海水的密度取ρ＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）。请你解决以下问题。
（1）西宁舰满载时排开水的重力G排。
（2）水下5 m处舰体受到的压强p。
解：（1）西宁舰满载时排开水的重力：G排＝m排g＝7.5×106 kg×10 N/kg＝7.5×107 N。
（2）水下5 m处舰体受到的压强：p＝ρgh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×5 m＝5×104 Pa。
（4）西宁舰满载时，其排开液体的体积V排。
（4）西宁舰满载时，其排开液体的体积：V排＝＝＝7.5×103 m3。　
（3）西宁舰满载时受到的浮力F浮。
（3）根据阿基米德原理可知西宁舰满载时受到的浮力：F浮＝G排＝7.5×107 N。
7.为防止溺水事故的发生，老张研发出了如图所示的救生手环，并在观音湖进行了性能测试。他戴上该手环下潜到湖面下5 m处（未接触湖底），打开手环开关，手环瞬间弹出一个体积为33 dm3的气囊，随后气囊将老张带出水面。已知老张的质量为63 kg，密度是1.05×103 kg/m3，不计手环的质量和体积（ρ水＝1×103 kg/m3，g取10 N/kg）。则下列说法正确的是（　C　）
A.老张的体积是60 cm3
B.下潜过程中，老张受到的浮力不断变大
C.气囊完全打开瞬间，老张受到的合力为300 N
D.手环在水下5 m深处时，受到水的压强是5.25×104 Pa
C
8.“铜壶滴漏”是中国古代的计时工具，距今700多年。如图1所示，它上面有三个壶，分别是日壶、月壶和星壶，也叫送水壶，最下面的寿壶也叫受水壶。日、月、星壶侧面底部都有一个龙头形滴水口，壶盖上开有一个进水孔，小水滴从日壶滴进月壶，再从月壶滴进星壶，最后进入受水壶。受水壶装有两个重要部件：一个是竖立在壶盖正中的铜尺，上有时辰刻度，从下到上分别为子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。每个时辰是两个小时，其中子时代表23：00～1：00，丑时代表1：00～3：00……以此类推；另一个是浮箭，由小木块上连接一把木尺组成，随着受水壶里水量的增加，浮箭自然同步上升。观看浮箭顶端指示的铜尺刻度，就可以知晓当时、当地的时间了。请根据以上信息并结合所学知识，回答下面问题。
图1
（1）如图2是14：00浮箭顶端指示的部分铜尺位置的示意图，其中正确的是 　C　 （填字母）。
A
B
C
D
图2
C　
（2）若浮箭的重力为G，在受水壶中所受的浮力为F浮，则G 　＝　 （选填“＞”“＝”或“＜”）F浮。随着受水壶水位的升高，浮箭下部小木块浸没在水中的深度 　不变　 ，受水壶壶底受到水的压强 　变大　 。若想测量1个时辰浮力对浮箭做的功，还需要测量 　浮箭1个时辰上升的高度　 。
＝　
不变　
变大　
浮箭1个时辰上升的高度　
9.如图，放置在水平桌面上的柱形容器中装有适量的水，把质量为300 g的木块浸入水中，木块静止时有的体积露出水面，此时容器中水的深度为20 cm。已知容器底面积为300 cm2，容器重3 N。已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg。求：
（1）木块受到的浮力。
解：（1）木块漂浮在水面上，此时木块受到的浮力：F浮＝G木＝m木g＝300×10－3 kg×10 N/kg＝3 N。
（2）木块的密度。
解：（2）根据F浮＝ρ液gV排可知，木块排开水的体积：V排＝＝＝3×10－4 m3，
由于木块静止时有的体积露出水面，则木块的体积：
V木＝＝5×10－4 m3，
木块的密度：
ρ木＝＝＝0.6×103 kg/m3。
（3）容器对桌面的压强。
解：（3）容器中水的体积：
V水＝300×10－4 m2×20×10－2 m－3×10－4 m3＝5.7×10－3 m3，
由ρ＝可知，容器中水的质量：
m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×5.7×10－3 m3＝5.7 kg，
容器中水的重力：
G水＝m水g＝5.7 kg×10 N/kg＝57 N，
容器对桌面的压力：
F＝G木＋G水＋G容＝3 N＋57 N＋3 N＝63 N，
容器对桌面的压强：
p＝＝＝2 100 Pa。　
10.（多选）小明在研究物体的浮沉问题时，制作了一个空腔“浮沉子”，将其放入一个底面积为S、水深为h0的薄壁柱形容器内。刚放入水中时，浮沉子恰好悬浮，此时水深为h1（如图）；一段时间后，由于渗漏空腔内开始进水，最后空腔充满了水，浮沉子沉底且浸没，此时水的深度降为h2。已知水的密度为ρ0，则关于所制作的浮沉子说法正确的是（　AD　）
A.质量为ρ0（h1－h0）S
B.质量为ρ0（h2－h0）S
C.材料的密度为ρ0
D.材料的密度为ρ0
AD

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