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沉与浮
第4节
第十章 流体的力现象
学习目标
重点
2.能运用物体的浮沉条件、阿基米德原理解释生活中的相关现象，解决实际问题，知道通过改变物体所受重力或浮力大小实现浮沉的方法。
难点
1.能通过实验认识物体的浮沉条件，会分析物体在漂浮、下沉、悬浮时的受力情况，能用运动与力的关系判断物体的上浮和下沉等过程，运用物体所受合力的大小来判断物体的运动状态。
2.知道我过古代对浮力的认识和应用。
新课引入
冰山、海豚、沉船......浸在水中的物体，有浮有沉。这是为什么呢？
漂浮
悬浮
沉底
一、物体的沉浮条件
知识构建
1.实验观察
取一枚生鸡蛋，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，鸡蛋怎样运动？如果再加些清水，又会发生什么现象？
鸡蛋沉浮实验
一、物体的沉浮条件
（1）实验过程
（2）实验现象
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。
（3）实验分析
F浮＜ G物
下沉
F浮
G物
一、物体的沉浮条件
F浮＞G物
F浮＝ G物
上浮
悬浮
F浮＝ G物
漂浮
（3）实验分析
一、物体的沉浮条件
（4）实验结论
水中的鸡蛋同时受到重力和浮力的作用。当浮力大于重力时，鸡蛋上浮；当浮力小于重力时，鸡蛋下沉；当浮力等于重力时，鸡蛋悬浮在水中。
一、物体的沉浮条件
对于浸没在液体中的物体 ，如果只受到重力和浮力
F浮＞G物
F浮＝ G物
F浮＜ G物
上浮
悬浮
下沉
某些鱼类的鳔的大小变化能使鱼在水中的的浮沉发生变化
2.物体的沉浮条件
一、物体的沉浮条件
3.实心物体的沉浮与液体的密度和物体的密度之间的关系
浮 力：F浮 = ρ液V排g；
重 力：G物 = ρ物V物g；
浸没时：V排 = V物
上浮
悬浮
下沉
G物
F浮
根据沉浮条件可知：
上浮：F浮＞ G物 ρ液＞ρ物
悬浮：F浮= G物 ρ液＝ρ物
下沉：F浮＜ G物 ρ液＜ρ物
漂浮：F浮= G物 ρ液＞ρ物
一、物体的沉浮条件
F浮＞G物　 　上浮
F浮＝G物　 　悬浮
F浮＜G物　 　下沉
　ρ液＞ρ物
　ρ液＝ρ物
　ρ液＜ρ物
对于浸没在液体中的物体 ，如果只受到重力和浮力，可以根据液体和物体的密度判断物体的浮沉，反之根据浮沉情况可以推导液体和物体的密度的大小关系。
3.实心物体的沉浮与液体的密度和物体的密度之间的关系
一、物体的沉浮条件
F浮＞G物　 　上浮
F浮＝G物　 　悬浮
F浮＜G物　 　下沉
F浮__G物　 　漂浮
F浮__G物　 　沉底
＝
（V排减小，F浮减小）
＜
（F浮＋F支＝G物）
F浮 = G排 = ρ液V排g
用什么方法可以改变浸没物体的浮沉状态呢？
4.控制沉与浮
一、物体的沉浮条件
F浮＞G物　 　上浮
F浮＝G物　 　悬浮
F浮＜G物　 　下沉
F浮__G物　 　漂浮
F浮__G物　 　沉底
＝
（V排减小，F浮减小）
＜
（F浮＋F支＝G物）
F浮 = G排 = ρ液V排g
（1）改变物体自身的重力
（2）改变物体的体积
（浸没时排开液体的体积）
（3）改变液体的密度
4.控制沉与浮
一、物体的沉浮条件
抹香鲸靠加热或冷却脑油来控制沉浮
鹦鹉螺的螺旋形外壳内有很大的充气囊
乌贼的骨中有许多小的充气分隔室
海洋中的不少生物，靠改变自身体积，来改变浮力大小，从而控制沉与浮。
4.控制沉与浮：改变物体的体积
一、物体的沉浮条件
鸡蛋沉浮实验中的，是通过改变液体的密度，来改变浮力大小，控制鸡蛋的沉浮的。
鸡蛋沉浮实验
4.控制沉与浮：改变液体的密度
一、物体的沉浮条件
二、控制沉与浮
1.浮力的应用——盐水选种
原理：饱满种子的密度大于盐水的密度而下沉。
盐水选种
独木舟
郑和下西洋的“宝船”模型
远洋货轮
2.浮力的应用——轮船
原理：用“空心”的办法增大排开液体的体积，增大可利用的浮力。
二、控制沉与浮
世界最大的集装箱货轮“长范”轮，满载排水量64万吨。
轮船的大小通常用排水量表示，即轮船装满货物时排开水的质量。
满载排水量64万吨，表示货轮满载时，货物质量和船身质量之和为64万吨。
2.浮力的应用——轮船
二、控制沉与浮
讨论交流：打捞铁牛
宋朝治平年间，牵拉浮桥的铁牛，沉到河里。真定有个名叫怀丙的和尚，用两只大船装满泥土，把铁牛系到船上，用大木头做成秤钩的形状钩住铁牛，慢慢地去掉船上的泥土，船浮出水面的同时铁牛浮上来了。
原理：F浮 = ρ液gV排，
当ρ液、g、V排不变，浮力不变，物体重力减小，浮力大于重力，合力向上。
二、控制沉与浮
讨论交流：打捞中山舰
中山舰是中国近现代史上的一代名舰，其排水量为780 t，长为 62.9 m，宽为 8.9 m，1938 年在长江被日军击中，沉入 19 m 深的江底。1997 年中山舰被打捞出水。假如由你们来组织打捞中山舰，请设计一个打捞方案。
二、控制沉与浮
二、控制沉与浮
浮筒打捞法：是用若干浮筒在水下充气后，借浮力将沉船浮出水面。在用浮筒打捞法打捞沉船时，把一组浮筒拖到沉船的作业区，使它们灌满水并沉到水底，开动打捞船上的压气机，把空气压进这组浮筒，将压力舱的海水排空。
热气球
气球
飞艇
3.浮力的应用——热气球、气球、飞艇
原理：内部充有密度小于空气的气体（热空气、氢气、氦气）。
二、控制沉与浮
活动：做一个热气球
取一个大的轻纸袋，用细铁丝编一个简单的小筐，再用几条胶带把小筐挂在纸袋下面，筐里面放一团用酒精浸湿的棉花。把热气球拿到室外，点燃酒精棉，热气球就能慢慢升起来了。
气球为什么能升起来？
气球内部的空气被加热，内部空气的密度小于外部的空气。当浮力大于重力时，热气球就慢慢升起来了。
二、控制沉与浮
活动：做一个热气球
热气球怎么下降？
上升：调大火焰，热空气温度升高，热胀，部分气体被排出，自身重力减小；
下降：调小火焰，热空气温度降低，冷缩，外面的空气进入球体，自身重力增大。
二、控制沉与浮
交流讨论：控制飞艇的升降
如果让你设计一架飞艇，怎么设计它升、降的方式？
扔掉配重，起飞；放掉部分氦气，减小体积，降落。
气囊内部还有小气囊，内外气囊之间充有氦气，通过向内部气囊充入、排出空气，改变自身重力大小实现升降。
二、控制沉与浮
可以用圆珠笔芯自制一个密度计：找一根快用完了的圆珠笔芯，金属笔头向下（也可在笔头上缠几圈金属丝），放入水中，笔芯静止时，在笔杆上标出水面的位置，作为水的密度标记。然后把笔芯放在盐水中，你有什么发现？你知道它的原理吗？
交流讨论：自制密度计
二、控制沉与浮
漂浮，即 G＝ F浮
（1）工作原理：
上面读数小，下面读数大；
刻度不均匀，上疏下密。
（2）刻度值的特点:
1060
1160
1100
1000
1100
4.浮力的应用——密度计
二、控制沉与浮
ρ1 ____ ρ2 _____ ρ3
＞
＞
图为同一只密度计在三种不同液体中的情况，比较三种液体密度的大小关系。
4.浮力的应用——密度计
二、控制沉与浮
知识迁移
1.密度知识与生活联系非常紧密，下列关于密度的说法中正确的是（　　）
A．“油比水轻”漂在水面上，是由于油的密度小于水的密度
B．乒乓球不慎被挤瘪但无破损，球内气体密度变小
C．为减轻质量，比赛用自行车用强度高、密度大的材料制造
D．铁的密度大于棉花的密度，因此铁的质量大于棉花的质量
A.由于油的密度比水的密度小，所以油和水混合在一起时，水沉在下面，油漂在水面，故A正确；
B.乒乓球不慎被挤瘪但无破损，球内气体质量不变，体积变小，密度变大，故B错误；
C.为减轻质量，比赛用自行车采用强度高、密度小的材料制造，故C错误；
D.铁的密度大于棉花的密度，由于铁和棉花的体积不知道，因此无法比较铁和棉花质量的大小，故D错误。
A
知识迁移
2. 小明在洗水果时发现，丢入水中的苹果有这样的运动过程：苹果进入水中全部浸没后，在水中后会继续向下运动一段距离，然后向上运动，最终漂浮在水面上。关于苹果的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A．苹果向上运动是因为受到的浮力变大
B．苹果向下运动的过程中，受到的重力小于浮力
C．苹果受到的浮力先变大，再变小，后变大
D．苹果受到的浮力先不变，再变大，最后变小
A.苹果向上运动的过程中，液体的密度不变，排开液体的体积不变，则浮力不变，故A错误；
B.苹果向下运动的过程中，在水中后会继续向下运动一段距离，然后向上运动，即苹果先做减速运动，而后向上做加速运动，说明苹果进入水中全部浸没后，向下运动的过程中，受到的重力小于浮力，故B正确；
CD.由题意可知V排先变大，再不变，后变小，由浮力公式可知，苹果受到的浮力先变大，再不变，最后变小，故CD错误。
B
知识小结
物体的沉浮条件
控制沉与浮
知识点1相交线
沉与浮
盐水选种：饱满种子的密度大于盐水的密度而下沉。
F浮＞G物
F浮＝ G物
F浮＜ G物
上浮
悬浮
下沉
轮船：采用“空心”法增大可利用的浮力。
热气球、气球、飞艇：内部充有密度小于空气的气体（热空气、氢气、氦气）。
密度计：漂浮在液体中。刻度不均匀，上疏下密，上小下大。
知识拓展
潜海追梦
我国自20世纪90年代开始研制载人潜水器，目前我国的载人深潜技术已经达到世界领先水平。“蛟龙”号载人潜水器实现了我国大深度载人潜水器从无到有的突破，“深海勇士”号载人潜水器实现了我国载人深潜
技术自主可控，“奋斗者”号载人潜水器实现了我国载人潜 水器全海深的作业能力。

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