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第九章 浮 力
第四节 物体的浮与沉
八年级 全一册
义务教育物理课程标准实验教科书编写组 编著
上海科学技术出版社
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物体的浮沉条件
浮沉条件的应用
作业解析
课堂总结
提升训练
第四节 物体的浮与沉
物体的浮沉条件
一
一、物体的浮沉条件
1. 物体在液体中的三种状态
物体在液体中最后静止时，有三种状态：漂浮、悬浮、沉底.
漂浮
悬浮
沉底
潜水艇在深海水中静止
石块在水中沉底
一、物体的浮沉条件
1. 探究物体的浮沉条件
【实验原理】力和运动的关系、二力平衡。
【实验器材】水槽、水 、玻璃瓶。
【实验与现象】
（1）把拧紧盖子的空玻璃瓶浸没于水中，然后松手，观察玻璃瓶的运动情况，发现上浮至漂浮在水面上。
（2）把装满水并拧紧盖子的玻璃瓶浸没于水中，然后松手，观察玻璃瓶的运动情况，发现下沉至容器底部。
（3）通过增减玻璃瓶内的水量，把装适量水并拧紧盖子的玻璃瓶浸没于水中，然后松手，可以使玻璃瓶既不上浮也不下沉，即静止在水中（悬浮）。
一、物体的浮沉条件
【实验分析】
我们知道力是改变物体运动状态的原因，浸没在液体中的物体，受到两个力的作用：一个是竖直向下的重力G；另一个是竖直向上的浮力F浮。
物体在液体中是上浮还是下沉，取决于二者之间的大小关系。
G
F浮
一、物体的浮沉条件
【实验分析】
（1）玻璃瓶上浮至漂浮在水面上的过程。
玻璃瓶浸没在水中，若浮力F浮大于G，则玻璃瓶会上浮； 最终漂浮。
漂浮时，受到重力G与浮力F浮 的作用，根据二力平衡条件知，这两个力是一对平衡力
F浮=G.
F浮
G
一、物体的浮沉条件
【实验分析】
（2）玻璃瓶下沉至容器底部的过程。
玻璃瓶浸没在水中，若浮力F浮小于重力G，则玻璃瓶会下沉，最终静止在底部。
沉底时，受到重力G、浮力F浮 与支持力的作用，这三个力平衡：
F浮=G-F支
F支
F浮
G
一、物体的浮沉条件
【实验分析】
（3）玻璃瓶悬浮时。
玻璃瓶浸没在水中，若浮力F浮等于重力G，则会悬浮，静止在水中。
悬浮时，受到重力G与浮力F浮 的作用，根据二力平衡条件知，这两个力是一对平衡力 F浮=G.
F浮
G
一、物体的浮沉条件
2. 物体的浮沉条件
浸没在液体中的物体，当浮力大于重力时，物体上浮；当浮力小于重力时，物体下沉；当浮力等于重力时，物体处于悬浮状态。
一、物体的浮沉条件
3. 比较密度的大小判断物体的浮沉
（1）比较物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小关系也可以判断物体的浮沉。
当物体浸没在水中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用。
浮力的大小：F浮＝ρ液gV排
重力的大小：G=m物g＝ρ物gV物
浸没在水中时：V排=V物
F浮
G
一、物体的浮沉条件
浮力的大小：F浮＝ρ液gV排
重力的大小：G=m物g＝ρ物gV物
根据浮力和重力的关系推导：
F浮
G
①若F浮>G，即ρ液gV排>ρ物gV物，得 ρ液>ρ物，物体上浮；
②若F浮=G ，即ρ液gV排 = ρ物gV物，得ρ液=ρ物， 物体悬浮；
③若F浮一、物体的浮沉条件
（2）物体的浮沉与密度大小有关的实例：
冰山漂浮在水面
物体沉底
①漂浮: ρ冰＜ρ水
②悬浮: ρ鸡蛋=ρ液体
③沉底: ρ物体＞ρ水
一、物体的浮沉条件
若F浮＞G，则上浮
若F浮=G， 则悬浮
若F浮若ρ液＞ρ物，则上浮
若ρ液=ρ物， 则悬浮
若ρ液<ρ物， 则下沉
4. 总结
判断物体浮沉
的两种方法
比较浮力和
重力的大小
比较物体密度和液体密度
一、物体的浮沉条件
【例题1】如图所示，将一枚鸡蛋放在一杯盐水中，鸡蛋刚好处于悬浮状态，往杯中缓慢加入纯净水并适当搅拌，则在此过程中下列判断正确的是（　　）
A．鸡蛋将下沉，所受浮力在减小
B．鸡蛋将下沉，所受浮力在增大
C．鸡蛋将上浮，在未露出水面之前，所受浮力不变
D．鸡蛋将保持悬浮，所受浮力不变
A
依题意得，鸡蛋在盐水中，刚好悬浮，则鸡蛋的密度等于盐水的密度；在盐水中加水，盐水的密度减小，小于鸡蛋的密度，则鸡蛋将下沉，鸡蛋排开盐水的体积不变，由F浮=ρ液gV排得，鸡蛋所受浮力在减小，故A正确，BCD错误。所以选A.
一、物体的浮沉条件
【例题2】如图所示，碗可以漂浮在水面上，也可以沉入水底，下列说法正确的是（　　）
A．碗沉入水底时比漂浮在水面上时的浮力小
B．碗沉入水底时受到的浮力等于它的重力
C．碗沉入水底时比漂浮时所受的浮力变大了
D．碗沉入水底时容器底部受到水的压强变大了
A
一、物体的浮沉条件
ABC．碗沉入水底时，碗受到的浮力小于碗的重力；碗漂浮时，碗受到的浮力等于碗的重力，由于重力不变，所以碗漂浮时受到的浮力大于碗沉入水底时受到的浮力，故A正确，BC错误；
D．碗漂浮时受到的的浮力大于碗沉入水底时受到的浮力，则碗漂浮时排开水的体积大于碗沉入水底时排开水的体积，即碗漂浮时容器中水的深度较大，根据p=ρgh可知，碗沉入水底时容器底部受到水的压强变小了，故D错误。
所以选A.
浮沉条件的应用
二
二、浮沉条件的应用
（1）改变浮力的方法
取一枚新鲜鸡蛋，放在清水中，观察它在水中沉浮的情况。向水中慢慢加些盐，并轻轻搅拌，观察鸡蛋的运动情况；再加些清水，观察会发生什么现象？
水 浓盐水
现象：鸡蛋放在清水中先是沉底；加盐后，鸡蛋上浮直至漂浮在水面上；再加清水后，鸡蛋又下沉直至沉底。
分析：鸡蛋受到的重力不变，加盐或加水时，液体的密度发生变化，根据阿基米德原理可知，鸡蛋受到的浮力变化，状态会发生变化。
1. 增大或减小浮力的方法
二、浮沉条件的应用
演示实验——《盐水浮鸡蛋》
二、浮沉条件的应用
结论：通过改变液体的密度，可以改变浮力的大小，从而改变物体的浮沉状态。
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，物体受到的浮力大小是由液体密度和排开液体的体积决定的，因此增大或减小浮力应从这两方面入手。
（2）增大浮力的两种方法
①增大液体密度：如水中加盐后，可使沉底的鸡蛋浮起来；
②增大物体排开液体（或气体）的体积：如钢铁制成的轮船、氢气球等。
二、浮沉条件的应用
（3）减小浮力的两种方法
①减小液体的密度
如往盐水中加清水，可以使漂浮的鸡蛋下沉至水底。
②减小物体排开液体（或气体）的体积
如飞艇降落时，通过将辅助气囊中的气体放出，使飞艇排开空气的体积减小，从而减小空气浮力，使飞艇降落（可认为飞艇放气后，所受重力不变）。
二、浮沉条件的应用
（1）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。
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。
密度计的刻度不均匀，从下往上的示数是越来越小的。
（2）金属粒的作用：密度计玻璃管中金属粒的作用是降低重心，提高密度计的稳定性，使密度计在液体中能够保持竖直状态。
1. 密度计
二、浮沉条件的应用
1. 盐水选种
在农业生产中，通过盐水选种可选出饱满、结实的种子，从而促进农作物产量的提高。农民采用盐水浸泡法来选种时，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，而饱满的种子则下沉到容器底部。请你说说这是为什么。
工作原理：根据浮沉条件，当物体的密度比液体的密度大时，物体将下沉，反之，则漂浮。盐水选种就是这个道理，不饱满的种子密度小于盐水的密度则漂浮，而饱满的种子密度大于盐水的密度则下沉。
二、浮沉条件的应用
（1）潜水艇的沉浮原理
因为潜水艇浸没在水里时，排开水的体积不变，根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排 可知，所受浮力基本不变，所以只能靠改变自身重力实现浮沉的。
潜水艇能潜入水下航行，进行侦查和袭击，隐蔽性强，是一种很重要的军用舰艇。
2. 潜水艇
二、浮沉条件的应用
（2）潜水艇的浮沉分析
①下潜时，在两侧的水舱内充入水，艇重增大，重力大于浮力，潜艇就会下沉。
②当水舱充水，潜水艇重等于同体积的水重时，它可以悬浮在水中。
③当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，从而上浮。
实际航行时，上浮和下潜过程中潜水艇总要开动推进器加快上浮和下潜的速度。
二、浮沉条件的应用
3. 热气球
（1）热气球工作原理
通过改变气袋内气体体积和密度实现升降。例如，节日放飞的气球、携带气象仪器的高空探测气球，充的是氢气或氦气；体育、娱乐活动用的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气。
（2）工作过程
①调大火焰上升：空气温度升高，热胀，部分气体被排出，重力小于浮力；
② 调小火焰下降：空气温度降低，冷缩，外面的空气进入球体，重力大于浮力。
二、浮沉条件的应用
（1）工作原理：内部充有密度小于空气的气体（如氢气 、氮气或热空气），利用空气浮力升空。
（2）工作分析：通过改变自身体积，从而改变排开气体的体积实现上升和下降。
4. 飞艇
20世纪20~30年代，飞艇曾盛极一时，用来进行军事侦察、轰炸敌方目标或作为空中交通工具。后来连续发生了几次气囊中氢气爆炸的事故。飞行速度有不及飞机，便逐渐被飞机取代。近年来由于能源危机，且可以用不会爆炸的氦气代替氢气，人们对飞艇又重新重视起来。
二、浮沉条件的应用
（1）轮船的漂浮原理
把轮船做成“空心”体后放在水里，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。
（2）轮船的排水量
①表示轮船的大小，指轮船装满货物时排开水的质量，等于轮船和货物的总质量。如一艘轮船，它的排水量是1×104 t，说明此船满载时，货物质量和船身质量之和为1×104t。
m排= m船+ m物
5. 轮船
②理论推导：轮船的排水量等于船和货物的总质量
因为轮船漂浮，所以浮力与轮船的总重力是一对平衡力 F浮=G物船
根据阿基米德原理，浮力等于排开水的重力： F浮=G排水
所以轮船排开水的重力等于总的重力： G排水= G物船
m排水=m物船 即轮船的排水量等于等于轮船和货物的总质量。
舷号17的国产第一艘航空母舰“山东舰”，满载排水量为6.5万吨。
表示航空母舰满载时，航空母舰的质量和全部其他舰载物体（例如舰载机、武器、弹药、物资等等）的质量之和是6.5万吨。
二、浮沉条件的应用
二、浮沉条件的应用
【例题3】如图所示，用同一支密度计分别测量甲、乙两种液体的密度，下列说法正确的是（　　）
A．密度计在乙液体中所受的浮力大
B．乙液体的密度大于甲液体的密度
C．密度计上的刻度值上大下小
D．密度计在甲、乙两种液体中
所受的浮力相等
D
二、浮沉条件的应用
AD．因为同一支密度计在甲、乙两种液体中都是漂浮，根据物体的浮沉条件可知，在甲、乙两种液体中浮力都等于重力，即浮力相等，故A错误，D正确；
B. 根据F浮=ρ液体gV排， 因为V乙排＞V甲排， 所以密度ρ甲＞ ρ乙，故B错误；
C．由B知，甲所示的刻度大于乙图所示的刻度，所以密度计的刻度是上小下大，故C错误。
所以选D。
二、浮沉条件的应用
【例题4】如图所示，利用潜水艇悞型，探究潜水艇在水中如何实现浮沉。下列说法中正确的是（　　）
A．潜水艇能上浮或下沉是通过改变浮力实现的
B．若要让悬浮的模型上浮应使模型中进水
C．用打气筒向模型中打气模型上浮
D．模型浸没后继续下沉的过程中受到的浮力变大
C
二、浮沉条件的应用
A．潜水艇的上浮和下沉是通过改变自身重力实现的，故A错误；
B．模型原来处于悬浮状态，说明F浮=G，若想要模型上浮，需要增大浮力或者减小重力，题中“使模型中进水”重力增加，不符合，故B错误；
C．根据B中解析可知，题中“向模型中打气”使得V排变大，则浮力变大，此时浮力大于重力，模型会上浮，故C正确；
D．模型浸没后，下沉过程中排开液体的体积不变，所以模型的浮力不变，故D错误。
所以选C。
课堂总结
三
三、课堂总结（1）
若F浮>G，则上浮（漂浮时F浮=G）；
若F浮=G， 则悬浮；若F浮若ρ物<ρ液，则上浮；若ρ物=ρ液，则悬浮；
若ρ物>ρ液，则下沉.
密度计是漂浮的，受到的浮力等于重力且不变.
种子密度小于盐水密度上浮；反之，沉底.
是靠改变自身的重力，实现上浮和下潜的.
气球通过改变气袋内气体体积和密度实现升降。飞艇内部充有密度小于空气的气体，利用空气浮力升空.
①轮船靠挖“空心”的方法增大浮力.
②排水量：轮船满载时，排开水的质量.
物体的浮与沉
物体的
浮沉条件
浮沉条件
的应用
比较力
比较密度
热气球
和飞艇
盐水选种
轮 船
密度计
潜水艇
三、课堂总结（3）——浮沉条件总结
作业解析
四
1. 将同一物体放入密度不同的液体中，其浮沉情况不同。通过比较物体密度与液体密度的大小，可判断物体的浮沉情况，请推导出用物体的密度与液体的密度表示的浮沉条件。
四、作业解析
物体浸没在液体中时，所受浮力F浮=ρ液gV排，
物体的重力G=mg=ρ物gV物，因为浸没，所以V排=V物。
当ρ物＜ρ液时，则F浮＞G，故物体上浮；
当ρ物＞ρ液 时，则F浮＜G时，故物体下沉；
当ρ物=ρ液时，则F浮=G时，故物体悬浮．
2. 一个小球，在水中能漂浮。如果把它放入酒精中，小球 （ ）
A. 一定会上浮 B. 一定会悬浮
C. 一定会下沉 D. 条件不足，无法判断
小球能在水中漂浮，说明小球的密度小于水的密度．而酒精的密度小于水的密度，只能判断出球与酒精的密度均小于水。如果球的密度小于酒精的密度，那么球漂浮；如果球的密度大于酒精，那么下沉；如果球的密度等于酒精的，那么悬浮在酒精中。综上所述条件不足，无法判断。 故选D.
四、作业解析
D
3. 如图所示，三个完全相同的玻璃缸装满了水，其中图（a）只有水，图（b）水中漂浮着一只玩具小鸭子，图（c）水中漂浮着同样材料的玩具大鸭子。若把三个缸放到台秤上称量，它们的质量大小如何？若两只玩具鸭子的材料（密度）不同，但仍漂浮在水中，则再称量三个缸的质量时，它们的大小又如何？
四、作业解析
四、作业解析
因为鸭子漂浮，根据二力平衡条件知，所受浮力等于鸭子自身的重力；根据阿基米德原理可知，鸭子所受浮力等于它排开的水所受的重力，所以鸭子排开的水所受的重力等于鸭子自身的重力。由于玻璃缸装满了水，所以鸭子排到缸外面的水的质量等于鸭子自身的质量。
三个玻璃缸的总质量相同，所以把它们分别放在台秤上，则台秤的示数相同，即它们的质量一样大。
若两只玩具鸭子的材料（密度）不同，但仍漂浮在水中，则再称量三个缸的质量时，根据上面的分析可知，它们的大小仍然相同。
4. 航空母舰是舰载机的母舰。当航空母舰上的舰载机飞离航空母舰后，航空母舰所受的浮力将如何变化？
四、作业解析
航母漂浮在水面上，受到的浮力等于它的总重力，当航母的舰载机从甲板上起飞后，航母受到的总重力变小，所以，航母受到的浮力变小。
5. 请选择材料，按照自己的设计，折叠一个纸船，并写出制作过程。与同学讨论交流，看看自己制作的纸船与同学制作的纸船的异同。
四、作业解析
略。
6. 救生圈是一种水上救生设备。查阅资料，了解救生圈的材料、性能及用途。
四、作业解析
1. 材料和性能：救生圈的主要材料包括软木、泡沫塑料和密度较小的轻型材料。这些材料具有较低的密度，能够在水中保持浮力，确保使用者能够浮在水面上。此外，救生圈通常还会使用闭孔型发泡材料（如聚苯乙烯）和玻璃纤维布，外面包裹帆布并涂刷数层油漆，以提高其耐用性和浮力 。
2. 用途：救生圈的主要用途是提供浮力，帮助落水者在水中保持浮在水面上，防止溺水。具体用途包括： 船员和旅客的安全保障 ：在船舶上配备救生圈，以便在人员落水时能够及时救助 。
1．热气球怎样下降呢？
答：当对热气球内的空气加热时，球内的空气密度减小，热气球在空气中受到的浮力大于热气球的重力，热气球将上升，当热气球内的空气冷却时，热气球在空气中受到的浮力小于热气球的重力，热气球将下降，故通过改变热气球的自身重力实现上升和下降的。
四、作业解析
2. 氢气球为什么能上升
答：氢气球能够上升的主要原因是氢气的密度比空气小，导致氢气球受到的浮力大于其自身重力。
氢气的密度远小于空气的密度，因此充满氢气的氢气球在空气中会受到一个向上的浮力。根据阿基米德原理，物体在液体或气体中所受的浮力等于它排开的液体或气体的重力。由于氢气的密度小，氢气球排开的空气重力大于其自身重力，因此氢气球会上升 。
此外，氢气球上升的具体过程可以这样理解：氢气球在空气中受到的浮力等于同体积空气的重量，由于氢气的密度远小于空气，因此氢气球受到的浮力大于其自身重力，导致氢气球上升 。
四、作业解析
提升训练
五
五、提升训练
1. 一个小球所受的重力为10N，将它浸没在水中时，所排开的水的重力为20N。那么小球浸没时受到的浮力大小为_____ N，放开手后，物体将______（填“上浮”“下沉”“悬浮”），最终小球的浮力为______N。
由题知，小球浸没在水中，小球排开的水重为20N。
由阿基米德原理知F浮=G排=20N
又因为G球=10N，F浮＞G球，则放手后小球将上浮，最终漂浮在液面上，根据浮沉条件条件可知，此时小球受到的浮力等于重力 F′浮=G球=10N
10
20
上浮
五、提升训练
2. 如图所示，在家庭小实验中，某同学想让沉底的鸡蛋漂浮在水面上，下列操作可行的是（　　）
A．向杯子中加盐 B．向杯子中加水
C．倒出少量的水 D．轻轻摇晃杯子
A．要使沉底的鸡蛋漂浮在水面上，鸡蛋的重力不变，需增大浮力。根据F浮=ρ液gV排可知，鸡蛋的体积不能改变，所以可以增大液体的密度，故向杯子中加盐，故A符合题意；
BCD．向杯子中加水、倒出少量的水、轻轻摇晃杯子，都不能改变液体的密度，也就不能改变浮力，所以不能鸡蛋漂浮在水面上，故BCD不符合题意。
A
故选A.
五、提升训练
3. 盐水选种是一种常用的选种方法，将待选的种子放入浓度适当的盐水中，良种沉入水底、次种则漂浮于水面，如图甲所示。农民为了方便检验自制的盐水浓度是否合适，在一端封闭的吸管内放入一些铁砂制成了简易密度计。首先将密度计放入标准盐水中，在吸管上标出水面的位置，如图乙所示，再将密度计放入自制的盐水中，如图丙所示。下列说法正确的是（ 　）
D
A．良种的密度小于次种的密度
B．图丙中密度计所受的浮力大于图乙中密度计所受的浮力
C．图丙中的自制盐水需要通过加水配成标准盐水
D．若只换用更细的吸管制作密度计可以提高密度计的测量精度
五、提升训练
A．良种沉入水底，说明良种的密度大于水的密度；次种漂浮于水面，说明次种密度小于水的密度；故良种密度大于次种密度，故A错误；
B．图乙和图丙中，密度即都处于漂浮状态，所受浮力都等于自身重力，重力不变，浮力不变，所以图丙中密度计所受的浮力等于图乙中密度计所受的浮力，故B错误；
C．图丙与图乙比较，浮力相等，密度计浸入液体的体积较多，排开液体体积较大，根据F浮=ρ液gV排可知丙中液体密度较小，所以应往丙中加盐增加盐水的密度，达到标准盐水的密度，故C错误；
D．换用更细的吸管制作密度计，在排开液体体积相同的情况下，密度计浸入水的深度变化比较大，可以提高测量精度，故D正确。
故选D.
五、提升训练
4. 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？
①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。
②木块最终漂浮在水面上静止时，F浮=G木块
ρ水gV排 = ρ木块gV木块
1.0×103kg/m3×V排=0.8×103kg/m3×200cm3 V浸= V排=160cm3
五、提升训练
5. 体积为120cm3的一块固体，重1.8N，放在密度为1.1×103
kg/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？
①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。
②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
五、提升训练
6. 2022年5月15日凌晨1点26分，中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4300m的科考营地顺利升空，4点40分达到海拔9032m，超过珠峰8848.86m的高度，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。
（1）已知海拔4300m处的空气密度约0.8kg/m3。该浮空艇在营地升空前体积达9060m3，此时浮空艇受到的浮力大小约为________N；
（2）“极目一号”浮空艇内部有三层：上层装有氦气（相同条件下氦气密度比空气小得多），中间隔开，下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要______（填“上浮”或“下降”）的时候，
可以用上层的氦气排出下层的部分空气，以此
改变自身重力，同时使整个浮空艇的压差在
安全范围内。
7.25×104
上浮
五、提升训练
（1）该浮空艇在营地升空前受到的浮力大小约
（2）由于氦气密度比空气小得多，当用上层的氦气排出下层的部分空气时，自身重力减小，由于悬于空中的浮空艇受到的浮力等于重力，所以，此时浮力会大于重力，合力的方向竖直向上，故浮空艇会上浮。

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