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第九章　浮力与升力
9.3　研究物体的浮沉条件（第2课时）
1.能运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。
2.了解潜水艇的浮沉原理。
3.了解载人潜水器的深潜信息，讨论其所受液体浮力大小的影响因素。
1.会利用物体的浮沉条件分析有关现象。
2.会运用平衡法和阿基米德原理、物体浮沉条件解决综合性的问题。
（1）轮船：钢板会沉入水底，而由钢铁制成的万吨巨轮却能浮在水面上。原因就在于轮船是空心的，导致轮船排开水的体积______，浮力______，从而可以_____在水面上。
（2）潜水艇：潜水艇是靠改变_________来实现浮沉的。向水舱中充满水时，重力______浮力，潜水艇会下沉；充入适量水，使浮力和重力_______，潜水艇可以悬浮在水中任何深度；若只充入少量水，或不充水，潜水艇会_______，并最终______在水面上。
变大
变大
漂浮
自身重力
大于
相等
上浮
漂浮
（3）气象探测气球：探测气球内充入的是密度比空气密度小得多的氢气或氦气，使得探测气球受到的浮力　　______它自身的重力，从而升入高空；当把气体放出后，气球体积缩小，所受浮力随之______，从而落回地面。
（4）浮筒打捞沉船：用浮筒打捞沉船时，先将浮筒注满水沉入水底，并绑在沉船上，再把浮筒中的水排出，使得浮筒和沉船的总重力_____它们受到的总浮力，浮筒和沉船就会升到水面。
大于
变小
小于
（5）密度计：密度计是工农业生产和科学实验中使用很普遍的一种测量液体密度的仪器。它是一根密闭的玻璃管，上部粗细均匀，内壁贴有刻度纸，下部较粗，下端装有铅丸或水银，使玻璃管能竖直浮在液面上。
如图是小明学习浮力后所制作的潜水艇模型，注射器通过极软的胶管从大试管中抽气或向大试管中注气，就可以调整大试管在清水中的状态，忽略软胶管在清水中的体积变化和对大试管的作用力。下列分析正确的是 ( )
A.该“潜水艇”是通过改变所受浮力的大小来实现上浮和下沉的
B.当“潜水艇”处于悬浮状态时，向清水中加盐，它将上浮
C.将注射器的活塞往外拉，水槽底部
受清水的压强保持不变
D.将注射器的活塞往里推，“潜水艇”
排开清水的重力始终不变
B
海权握，国则兴；海权无，国则衰。习近平总书记对海军一直很关注，多次强调“努力建设一支强大的现代化海军”。潜水艇是海军的战略重器，如图是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海水中悬浮、上浮、漂浮的训练过程，下列对此潜水艇分析正确的是 ( )
A.悬浮和漂浮时受到的浮力相等
B.上浮过程中所受浮力逐渐变大
C.漂浮时排开的海水所受的重力最小
D.漂浮时潜水艇底部所受海水压强最大
C
如图所示，热气球球囊已经完全张开，但还没有起飞。继续点火加热空气，它就会腾空而起。下列说法正确的是 ( )
A. 加热空气，减小体积实现上浮
B. 加热空气，增加浮力实现上浮
C. 加热空气，减小重力实现上浮
D. 加热空气，增加重力实现上浮
C
小明学习了浮力知识以后，对热气球运动产生了兴趣，他在网上收集了许多关于热气球的知识及类似下图的图片。以下是他对热气球运动所做的猜想，其中正确的是 ( )
A.通过调节火焰的大小，改变热气球的体积来调节热气球飞行
的高度，进而选择需要的风向
B.通过改变人在吊篮中站立的位置，来改变热气球飞行的方向
C.通过调节火焰的大小，改变热气球内的
空气密度来调节热气球的飞行高度，进
而选择需要的风向
D.通过调节火焰喷射的方向，来改变热气
球飞行的方向
C
中国海警2401、2337、2106舰船编队在中国钓鱼岛领海内巡航。如图所示，当海监船从河里驶入海里时，下列说法正确的是 ( )
A. 船所受的浮力大于重力
B. 船体下沉一些
C. 船所受的浮力小于重力
D. 船体上浮一些
D
如图是我国自主研发的第一艘航母“山东舰”在海上进行科目训练的场景。下列说法正确的 ( )
A.航母能漂浮在海面上是因为它受到的浮力大于它的总
重力
B.舰载机飞离航母后，航母所受的浮力增大，航母上浮
C.舰载机飞离航母后，航母船身
相对于水面会下沉些
D.航母是采用“空心”的方法增大
了可利用的浮力
D
[方法指导]（1）潜水艇浸没在水中时，排开水的体积不变，它所受到的浮力不变。潜水艇依靠改变自身重力来改变所受浮力与重力的关系，从而实现上浮和下潜。（2）阿基米德原理同样适用于气体，浮力大于重力，物体上浮；浮力小于重力，物体下沉。（3）轮船从河到大海，轮船漂浮，F浮＝G排＝ρ液V排g，由于浮力不变，ρ液变大，V排要减小，轮船要上浮一些。
同一物体漂浮在不同液面上，在密度____的液体里浸入的体积小。
大
如图所示，将同一只密度计先后放入甲、乙两个盛有不同液体的容器中，若两容器内的液体密度分别为
ρ甲、ρ乙，密度计受到的浮力分别为F甲、F乙，则下列大小关系正确的是 ( )
A
A. ρ甲＜ρ乙，F甲＝F乙
B. ρ甲＜ρ乙，F甲＞F乙
C. ρ甲＝ρ乙，F甲＞F乙
D. ρ甲＞ρ乙，F甲＝F乙
[方法指导]同一支密度计放入甲、乙两种液体中都处于漂浮状态，根据漂浮的条件可知在两种液体中密度计所受的浮力是相等的；由F浮＝G排＝ρ液V排g可知，当F浮不变时，V排越大，液体密度越小。
小敏将适量橡皮泥包裹在吸管下端，制成了一个土密度计。将此土密度计依次放入盛有不同液体的甲、乙两个相同容器中，土密度计静止的状态如图所示，容器中两液面相平，可以判断_____容器中的液体密度较大，______容器对桌面的压力较大。（均选填“甲”或“乙”）
乙
乙
物体漂浮或悬浮时，F浮_____G物；阿基米德原理：F浮＝G排＝_______。
＝
ρ液 gV排
如图所示，直－18改进型直升机降落在“山东舰”的甲板上，该航母满载时排水量为70 000 t。（g取10 N/kg，ρ海水＝1.0×103 kg/m3）
（1）该航母满载时受到的浮力为多少？
（2）某架直升机飞离该航母后，若航母排
开的海水体积减少了7 m3，则该直升机的
质量是多少？
解：（1）该航母满载时排水量
m排＝70 000 t＝7×107 kg
航母满载时受到的浮力
F浮＝G排＝m排g＝7×107 kg×10 N/kg＝7×108 N
（2）因为航母漂浮在水面上，则F浮＝G，直升机飞离该航母后，则F浮′＝G′，由于直升机飞离该航母后，直升机的重力G直＝G－G′，则直升机的重力
G直＝G－G′＝ΔF浮＝ρ海水ΔV排g＝1.0×103 kg/m3×
7m3×10 N/kg＝7×104 N
答：略。
直升机的质量
[方法指导]了解船满载排水量的含义是关键，然后利用阿基米德原理求该船满载时所受的浮力；物体漂浮，受到的浮力等于重力，直升机飞离该航母后，航母受到浮力的变化值等于直升机的重力，利用重力、阿基米德原理列出等式，可计算舰载机的质量。
浮筒法是海洋沉船打捞技术中常用的方法之一。先让浮筒灌满海水，靠自重自由下沉。到达海底沉船处，将若干个浮筒与沉船固定。给浮筒充气，排出筒内海水，产生向上的上举力，让沉船上浮。已知每个浮筒的质量为4.3×103 kg，体积为160 m3，海水密度为
1.03×103 kg/m3，g取10 N/kg。
（1）求每个浮筒在海底沉船处充气，海水全部排出后，受到的浮力大小和产生的上举力大小；
（2）若沉船需要受到4.1×107 N的上举力才能上浮，浮筒内的海水全部排出，则至少需要多少浮筒与沉船固定？
解：（1）浮筒浸没时，每个浮筒受到的浮力
F浮＝ρ海水gV排＝ρ海水gV
＝1.03×103 kg/m3×10 N/kg×160 m3＝1.648×106 N
每个浮筒的重力
G＝mg＝4.3×103 kg×10 N /kg＝4.3×104 N
每个浮筒能产生的上举力
F举＝F浮－G＝1.648×106 N－4.3×104 N＝1.605×106 N
（2）因为需要4.1×107 N的举力，所以需要浮筒的个数
因此至少需要26个浮筒。
答：略。
1.潜艇能在水下航行（见图中的甲），也能浮出水面（见图中的乙），下面说法正确的是 ( )
A.潜艇从乙状态下潜到甲状态，排开水的体积不变
B.当潜艇以乙状态从河里开到海里时，潜艇会下沉一些
C.潜艇在甲状态时，下潜越深，所受水的压强不变
D.潜艇靠改变自身的重力来控制浮沉
D
2.下列关于浮力知识的应用实例中，说法正确的是 ( )
A.图甲中，轮船从长江驶入海洋后，吃水深度变小
B.图乙中，浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变小
C.图丙中，液体的密度越大，密度计漂浮时受到的浮力就越大
D.图丁中，气球上浮是因为球内气体密度大于空气密度
A
3.如图所示，用一个玻璃瓶装上写有心愿的纸片，然后盖上盖子并密封，投入江中，玻璃杯漂浮在水面上，成为“漂流瓶”。如果漂流瓶从长江漂入大海，它所受的浮力及露出水面的体积的变化情况是（ρ海水＞ρ江水）
( )
A. 浮力不变，露出水面的体积变大
B. 浮力变大，露出水面的体积不变
C. 浮力不变，露出水面的体积变小
D. 浮力变小，露出水面的体积变大
A
4.在水平桌面上，有两个相同的圆柱形容器，内盛相等质量的不同液体。将同一个鸡蛋分别放入其中，鸡蛋静止时如图所示。下列说法正确的是 ( )
A．甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度
B. 甲杯对水平面的压力大于乙杯对水平面的压力
C. 甲杯对水平面的压强等于乙杯对水平面的压强
D. 甲杯中鸡蛋受到的浮力小于
乙杯中鸡蛋受到的浮力
C
5.甲、乙是两个体积和形状相同的实心长方体，在水中静止时如图所示，则下列说法中正确的是 ( )
A. 甲、乙物体在水中受到的浮力相等
B．甲物体受到的浮力小于乙物体受到的浮力
C. 甲、乙物体排开水的重力大小相等
D．甲、乙物体下表面受到水的压强相等
B
6.如图所示，两个相同的容器内盛有浓度不同的盐水，小梦将两个相同的草莓分别放入其中，当草莓静止时，两容器中的液面恰好相平。则下列说法正确的是 ( )
A.草莓在甲、乙两容器中受到的浮力不相等
B.甲容器中盐水的密度大于乙容器中盐水的密度
C.盐水对乙容器底部的压强较大
D.甲、乙两容器对桌面的压强相等
C
7. 体积相同的A、B、C三个物体，放入水中静止后，处于如图所示的状态，三个物体的重力分别是GA、GB、GC，密度分别是ρA、ρB、ρC，则 ( )
A. GA＝GB＞GC
B．GA＝GB＜GC
C．ρA＞ρB＞ρC
D．ρA＜ρB＜ρC
D
8.一艘轮船重为3.0×107 N，排水量为4 500 t，最多可装载_________kg的货物。轮船从长江驶入黄海后，轮船所受浮力将________（选填“变大”“不变”或“变小”），轮船排开液体的体积将_______（选填“变大”“不变”或“变小”）；在码头将设备卸下后，轮船将_______（选填“上浮”或“下沉”）一些。（g取10 N/kg）
1.5×106
不变
变小
上浮
9.近年来，我国在南海放置了浮标以监测水文变化，如图所示，从冬季到夏季，浮标都漂浮在海面上，故浮力______，监测发现，从冬季到夏季，海水温度上升，体积膨胀，导致海水密度减小（浮标体积始终保持不变），根据F浮＝ρ液gV排可知，V排______，故浮标露出海面的体积_______。
（均选填“变大”“不变”或“变小”）
不变
变大
变小
10.如图，气球下面用细线悬挂一石块，它们恰好悬浮在水中。已知石块与气球的总重力为G总，则气球受到的浮力F浮_____（选填“>”“<”或“＝”）G总；若水温升高，石块将______（选填“上浮”“下沉”或“保持悬浮”）。
<
上浮
11.如图是海军三型主战舰艇——大连舰。若大连舰排水量为12 300 t，则其受到的浮力为___________N；舰载直升机起飞后，大连舰受到的浮力______（选填“变大”“变小”或“不变”），大连舰从渤海驶入长江，排开水的体积______（选填“变大”“变小”
或“不变”）。（g取10 N/kg）
1.23×108
变小
变大
12.如图甲，2021年11月8日，神舟十三号航天员翟志刚、王亚平成功完成出舱全部既定任务，出舱活动取得圆满成功。为了出舱这一刻，航天员们都要在地面上经历“魔鬼式训练”。其中，模拟失重水槽训练是其中的一项必修课，模拟失重水槽训练的原理是：通过增减配重和漂浮器，使航天员悬浮在水中，模拟失重环境的操作效应。如图乙所示，若质量为75 kg的航天员所带配重及所着模拟航天服的质量为25 kg，人自身的密度设为1.05×103 kg/m3，g取10 N/kg，求：
（1）航天员悬浮在水中时所受的浮力；
（2）航天员排开水的体积；
（3）若航天服手腕处有一面小镜子，航天员
可以通过它随时察看自己身上的各种开关。
当小镜子处于水面以下5 m处时，受到的压
强为多大？
解：（1）由于航天员悬浮，故
F浮＝G总＝m人g＋m物 g＝（75 kg＋25 kg）×10 N/kg
＝1 000 N
（3）镜子在水面以下5 m处时，
p＝ρ水gh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×5 m＝5×104 Pa
答：略。
（2）由F浮＝ρ水gV排可知，航天员排开水的体积
课后强化
1.将一小石块浸没在水中，放手后小石块沉入水底，在
小石块下沉过程中，下列分析正确的是 ( )
A. 浮力变大
B. 浮力变小
C. 浮力大于重力
D. 浮力小于重力
D
知识点一 物体浮沉条件的应用
2.把重为12 N,密度为0.6×103 kg/m3的木块放入水中,当它
静止时所处的状态及受到的浮力大小分别是 ( )
A. 漂浮，F浮＞12 N
B. 漂浮，F浮＝12 N
C. 沉底，F浮＜12 N
D. 悬浮，F浮＝12 N
B
3. 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304 m、舰宽70.5 m，满载时
排水量达67 500 t。下列说法正确的是 ( )
A.轮船靠改变自身体积来改变浮力
B.当舰载机着舰后,航母受到的浮力不变
C.辽宁号航空母舰返航驶
进淡水区后浮力变小
D.它满载时的排水体积
是6.75×104 m3
D
4.2022年5月15日,我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空
艇,从青藏高原成功上浮到海拔9 032 米的高空,创造了
大气科学观测海拔高度世界纪录。浮空艇里充的是密
度 _______(选填“大于”或“小于”)空气的气体;当通过
收放缆绳控制浮空艇“驻空”悬停时,
我们选择的参照物是______。
小于
地面
5.潜水艇对保卫我国的南海起着重要的作用。如图甲所
示，潜水艇在水中处于悬浮状态，此时其所受浮力与
重力的大小关系为F浮_____(选填“＞”“＜”或“＝”)G。
潜水艇在水下的甲位置下潜到乙位置的过程中，受到
的浮力______，潜水艇底
部受到水的压强______。
(最后两空均选填“增大”
“减小”或“不变”)
＝
不变
增大
6.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A。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 ( )
知识点二 密度计的应用
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
答案：C
7.如图所示,小明制作了一个简易的密度计:他选择一根较
长的塑料吸管,将碎石塞入管中下端并用石蜡封口,使吸
管在液体中时能在竖直方向上保持______(选填“上浮”
“漂浮”或“下沉”)状态,此时密度计受到的浮力______(选
填“大于”“小于”或“等于”)重力。把密度计放入水中,
露出水面的长度是8 cm,再将密度
计放入某液体中,露出液面的长度
是9 cm,则此液体的密度______(选
填“大于”“小于”或“等于”)水的密度。
漂浮
等于
大于
8.港珠澳大桥连接香港、珠海及澳门,全长55 km,是世界
上最长的跨海大桥,主体工程由海上桥梁、海底隧道及
连接二者的人工岛三部分组成,海底隧道由一节一节用
钢筋混凝土做成的空心沉管连接而成,如图所示。建造
隧道时,先将沉管两端密封,如同一个巨大的长方体空心
箱子,然后让其漂浮在海面上,再用船将密封沉管拖到预
定海面上,向其内部灌水使之沉入海底;设某一节密封的
知识点三 浮力的综合问题
长方体沉管的长、宽、高分别是180 m、35 m、10 m，
总质量为6×107kg。(海水的密度取1.0×103kg/m3，g
取10 N/kg)问：
(1)漂浮在海面上的密封沉管,在灌水前受到的浮力是多
少？
(2)灌水前，密封沉管水平漂浮在海面上时，下表面受
到的海水压强是多少？(保留两位有效数字)
(3)现在对密封沉管灌水使其下沉,当密封沉管上表面刚
好水平浸没在海水中时,注入的海水质量至少是多少？
解:(1)漂浮在海面上的密封沉管，在灌水前受到的浮力
F浮＝G＝mg＝6×107 kg×10 N/kg＝6×108 N
(1)漂浮在海面上的密封沉管，在灌水前受到的浮力是多少？
(2)沉管下表面受到海水的压力
F下＝F浮＝6×108 N
沉管下表面的面积
S＝180 m×35 m＝6 300 m2
下表面受到的海水压强
p＝ ＝ ≈9.5×104 Pa
(2)灌水前，密封沉管水平漂浮在海面上时，下表面受
到的海水压强是多少？(保留两位有效数字)
(3)沉管刚好浸没在海水中时，排开海水的体积
V排＝V＝180 m×35 m×10 m＝63 000 m3
沉管此时受到的浮力
F浮′＝ρgV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×63 000 m3
＝6.3×108 N
(3)现在对密封沉管灌水使其下沉,当密封沉管上表面刚
好水平浸没在海水中时,注入的海水质量至少是多少？
沉管恰好悬浮时，沉管内注入海水的质量最小，由
F′浮＝G总＝G管＋G水可得，注入海水的重力
G水＝F′浮－G管＝6.3×108 N－6×108 N＝3×107 N
注入海水的质量m海水＝ ＝ ＝3×106 kg
答：略。
9.漏刻是我国古代的计时工具，如图甲所示为多级漏刻。
让漏壶中的水慢慢滴入箭壶，箭壶示意图如图乙所示，
随着箭壶内的水逐渐增多，木块与箭杆组成的箭舟也
慢慢上浮，古人从盖孔处看箭杆上的标记，就能知道
具体的时刻。
甲 乙 丙
(1)箭舟漂浮在水面，随水位高低变化而升降，它所受的
浮力是______(选填“变化”或“不变”)的。
(2)用漏刻计量时间，保持一级漏壶水位的稳定是提高计
时精确度的关键。若水位降低会导致滴水速度相应
减小，是因为漏壶出水口处水的______减小，从而
影响计时的精确度。
(3)若如图乙所示的箭壶底面积为500 cm2，箭舟质量为
不变
压强
0.3 kg某次模拟计时实验中,小海先将水龙头调至均匀
间隙滴水状态,如图丙所示,让水滴入箭壶中,并测得水
龙头每分钟滴水的体积为25 cm3。盖孔指在距离箭杆
顶端10 cm处时开始计时,完成24 h计时后,盖孔指在距
离箭杆顶端______cm处,此时箭舟浮在水面所受浮力
是____N;箭杆上的时间刻度_____(选填“均匀”或“不均
匀”)；若要增加此装置的计时总时长,不更换模型结构、
部件,最简单的办法是________________。(g取10 N/kg)
82
3
均匀
减小水滴的体积

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