资源简介

(共36张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：9.4.2 浮沉条件的应用
副标题：从原理到生活中的技术实践
学科：物理
适用年级：八年级
教材版本：人教版
幻灯片 2：学习目标
结合具体实例，分析轮船、潜水艇、气球和飞艇如何利用浮沉条件工作。
理解不同设备实现浮沉的核心原理（改变重力或浮力）。
能运用浮沉条件解释更多生活和科技中的浮沉现象。
认识物理原理在技术发明中的重要作用，培养科学应用意识。
幻灯片 3：引入 - 浮沉条件的技术价值
回顾旧知：上节课我们学习了物体的浮沉条件 —— 物体的浮沉由浮力与重力的大小关系（或物体与液体的密度关系）决定。这一原理不仅能解释自然现象，更被广泛应用于人类的技术创造中。
展示图片：万吨轮船远航、潜水艇深海探测、热气球空中游览、飞艇广告宣传。
提问：这些设备分别通过什么方式实现浮沉？它们的设计如何体现浮沉条件的应用？本节课我们将深入探究这些问题。
幻灯片 4：应用一 - 轮船
核心问题：钢铁的密度远大于水的密度（\(\rho_铁 = 7.9×10^3kg/m^3 > \rho_水 = 1.0×10^3kg/m^3\)），为什么钢铁制成的轮船能漂浮在水面上？
原理分析：
轮船采用 “空心” 结构，将实心钢铁制成空心船体，增大了排开液体的体积（\(V_排\)）。
根据阿基米德原理\(F_浮 = \rho_液V_排g\)，\(V_排\)增大时，浮力显著增大。
当浮力等于轮船总重力（\(F_浮 = G_船 + G_货\)）时，轮船漂浮在水面上，符合漂浮条件（\(\rho_物 < \rho_液\)，此处\(\rho_物\)为轮船平均密度）。
关键参数：
排水量：轮船满载时排开液体的质量（\(m_排\)）。根据阿基米德原理，\(m_排g = G_船 + G_货\)，即排水量等于轮船满载时的总质量。
示例：某轮船排水量为 5000 吨，表示其满载时排开水的质量为 5000 吨，能承载的总重力相当于 5000 吨水的重力。
展示图片：轮船空心结构示意图、轮船排水量标识牌、不同载重时轮船吃水深度对比图。
幻灯片 5：轮船的载重与吃水深度
吃水深度：轮船底部到水面的竖直距离，反映轮船排开液体体积的大小。
关系分析：
载重越大（\(G_货\)增大），轮船总重力增大，根据\(F_浮 = G_总\)，浮力需同步增大，因此\(V_排\)增大，吃水深度增加。
同一轮船在不同密度的液体中（如淡水和海水），载重相同时，液体密度越小，\(V_排\)越大，吃水深度越深（\(\rho_海水 > \rho_淡水\)，因此轮船在淡水中吃水更深）。
安全警示：轮船航行时不能超过最大吃水深度，否则可能因浮力不足而沉没。
展示图片：轮船吃水线示意图（标注淡水、海水、热带海域等不同情况的吃水线）。
幻灯片 6：应用二 - 潜水艇
核心问题：潜水艇既能在水面漂浮，又能下潜到深海，它是如何实现浮沉状态转换的？
原理分析：
潜水艇的体积固定，因此完全浸没时\(V_排\)不变，浮力\(F_浮 = \rho_水V_排g\)保持不变。
潜水艇通过调整自身重力实现浮沉：艇两侧有水舱，当水舱充水时，总重力\(G_总\)增大；排水时，\(G_总\)减小。
浮沉控制过程：
上浮：水舱排水，\(G_总\)减小，当\(F_浮 > G_总\)时，潜水艇上浮，最终可漂浮在水面（漂浮时\(F_浮 = G_总\)，部分体积露出水面）。
悬浮：调整水舱水量，使\(F_浮 = G_总\)，潜水艇可停留在任意深度。
下沉：水舱充水，\(G_总\)增大，当\(F_浮 < G_总\)时，潜水艇下沉。
展示图片：潜水艇水舱结构剖面图、潜水艇充水排水示意图、潜水艇不同浮沉状态对比图。
幻灯片 7：潜水艇的深海适应
抗压设计：深海中液体压强随深度增大而增大，潜水艇外壳需采用高强度材料（如钛合金），以承受巨大的外部压强。
浮力稳定性：即使在深海，潜水艇排开液体的体积不变，浮力大小恒定，只需精确控制自身重力即可维持悬浮或实现升降。
实例：我国 “奋斗者” 号潜水器可下潜至万米深海，其浮沉控制正是基于潜水艇的基本原理，通过精细调整重力实现深海探测。
展示图片：“奋斗者” 号潜水器、潜水艇外壳抗压示意图。
幻灯片 8：应用三 - 气球和飞艇
核心问题：气球和飞艇没有翅膀，为什么能升空并在空中停留？
原理分析：
气球和飞艇内充入密度小于空气的气体（如氦气、氢气，或热气球中加热的空气）。
根据浮沉条件，当气球受到的浮力（\(F_浮 = \rho_空气V_排g\)）大于自身总重力（\(G_总 = G_壳 + G_气\)）时，气球升空。
升降控制：
热气球：通过燃烧器加热气囊内空气，空气密度减小，浮力增大（\(V_排\)基本不变），当\(F_浮 > G_总\)时上升；停止加热，空气冷却密度增大，浮力减小，当\(F_浮 < G_总\)时下降。
飞艇 / 氢气球：通过改变气囊体积调整浮力（体积增大，\(V_排\)增大，浮力增大），或释放部分气体减小体积实现下降。
安全提示：氢气具有可燃性，存在安全隐患，现代飞艇多使用惰性气体氦气。
展示图片：热气球燃烧器工作图、飞艇气囊结构示意图、氦气球升空过程图。
幻灯片 9：应用四 - 密度计
核心问题：密度计如何快速测量液体密度？它的刻度为什么是上小下大？
原理分析：
密度计是根据物体漂浮条件制成的仪器，始终漂浮在液体中，因此\(F_浮 = G_计\)（自身重力恒定）。
根据\(F_浮 = \rho_液V_排g\)，\(G_计\)不变则\(F_浮\)不变，因此\(\rho_液\)与\(V_排\)成反比：液体密度越大，密度计排开液体的体积越小，露出液面的部分越多。
刻度特点：
密度计的刻度线不均匀，且 “上小下大”。例如，刻度 1.0（水的密度）在上方，刻度 1.2 在下方，因为密度越大，密度计浸入深度越小。
刻度值表示所测液体的密度与水的密度的比值（单位：\(g/cm^3\)）。
展示图片：密度计结构示意图、密度计在不同密度液体中的漂浮状态对比图。
幻灯片 10：生活中的其他浮沉应用
农业选种：
原理：将种子倒入盐水中，饱满的种子密度大于盐水密度，会下沉；干瘪或空瘪的种子密度小于盐水密度，会漂浮，从而实现选种。
鱼的浮沉：
原理：鱼通过改变体内鱼鳔的体积调整自身密度。鱼鳔充气时，体积增大，平均密度减小，浮力大于重力，鱼上浮；鱼鳔放气时，体积减小，平均密度增大，浮力小于重力，鱼下沉。
救生圈 / 救生衣：
原理：内部充有密度小的气体（如空气），增大排开液体的体积，使人体和救生设备的总重力小于浮力，从而漂浮在水面。
展示图片：盐水选种示意图、鱼鳔结构示意图、救生圈工作原理示意图。
幻灯片 11：课堂小练习 1 - 轮船原理分析
题目：轮船从内河行驶到大海时，吃水深度会如何变化？为什么？
答案：吃水深度变浅。因为海水密度大于河水密度，轮船总重力不变（浮力不变），根据\(F_浮 = \rho_液V_排g\)，密度增大时，排开液体的体积减小，因此吃水深度变浅。
幻灯片 12：课堂小练习 2 - 潜水艇浮沉判断
题目：潜水艇在水下某深度悬浮时，若向水舱中再充入部分水，潜水艇将（ ）
A. 上浮 B. 下沉 C. 仍悬浮 D. 无法判断
答案：B
解析：充水后潜水艇总重力增大，浮力不变（\(V_排\)不变），此时\(F_浮 < G_总\)，潜水艇将下沉，B 正确。
幻灯片 13：课堂小练习 3 - 密度计刻度分析
题目：将同一支密度计分别放入酒精和水中，密度计在______中露出液面的部分更多，因为______。
答案：水；水的密度大于酒精的密度，密度计漂浮时浮力等于重力，密度越大，排开液体体积越小，露出部分越多。
幻灯片 14：技术应用与物理原理的联系
设备 / 现象
实现浮沉的方式
核心原理（浮沉条件）
轮船
空心结构增大\(V_排\)
\(F_浮 = G_总\)（漂浮）
潜水艇
改变自身重力（充水 / 排水）
\(F_浮\)不变，调整\(G_总\)与\(F_浮\)关系
热气球
改变气体密度（加热 / 冷却）
调整\(F_浮\)与\(G_总\)关系
密度计
自身重力恒定，依赖\(V_排\)变化
\(F_浮 = G_计\)，\(\rho_液\)与\(V_排\)成反比
鱼
改变鱼鳔体积调整密度
调整自身密度与液体密度关系
幻灯片 15：课堂总结
核心思路：浮沉条件的应用本质是通过控制浮力（改变\(\rho_液\)或\(V_排\)）或重力，调整浮力与重力的大小关系。
典型应用：
轮船：空心结构增大\(V_排\)，利用漂浮条件。
潜水艇：改变自身重力，控制浮沉状态。
气球 / 飞艇：利用密度小于空气的气体，调整浮力与重力关系。
密度计：基于漂浮条件，通过\(V_排\)变化反映液体密度。
实践价值：从日常工具到深海探测、航空技术，浮沉条件的应用解决了运输、探测、安全等诸多实际问题，体现了物理原理对技术发展的推动作用。
幻灯片 16：课后作业布置
完成课本上关于浮沉条件应用的练习题。
查阅资料，了解现代轮船的最大排水量和载重能力，分析其设计如何体现浮沉原理。
对比潜水艇和鱼的浮沉方式，说明它们在原理上的相同点和不同点。
设计一个利用浮沉条件的小发明（如简易密度计），写出设计方案和原理说明。
2024沪科版物理八年级全册
9.4.2浮沉条件的应用
第九章 浮力
授课教师： . 班 级： . 时 间： .

一、密度计
1.用途：测量液体的密度。
2.构造：密度计是一根上部标有刻度、形状特殊的玻璃管，管下部的玻璃泡内封装小铅丸。
3.工作原理： F浮＝G
密度计的刻度分布不均匀，上疏下密，上小下大
4.使用方法：密度计放入待测液体中，当密度计静止时，读出液面对应的刻度值即为液体的密度。
密度计上的数值表示待测液体的密度与水的密度的倍数关系。如“1.2”表示该液体的密度是1.2×103kg/m3
如何制作简易密度计？
【点击画面播放视频】
例1 物理兴趣小组的同学制作了一个简易密度计，分别放入盛有不同液体的两个烧杯中，静止时液面相平，如图所示。密度计在液体中受到浮力F甲____F乙，液体对杯底的压强p甲____ p乙。(均选填“<”“=”或“>”)
=
＜
二、盐水选种
1.方法：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。
2.原理：选小麦种子所用盐水的密度为(1.16~1.2)×103kg/m3。
ρ好＞ρ盐水
G＞F浮
好种子下沉到水底
ρ坏＜ρ盐水
G＜F浮
坏种子上浮直至漂浮
三、潜水艇
工作原理：靠改变自身重力上浮和下潜。
排出水，潜艇受到的重力减小，G＜F浮，潜艇上浮
注入水，潜艇受到的重力增大，G＞F浮，潜艇下沉
浸没在水中时，V排不变，故F浮不变
例2 如图为同一艘潜水艇在水中上浮和下潜时的情景，其中潜水艇正在水中上浮的是图____(选填“甲”或“乙”，下空同)。正在水中下潜的是图_____。这两种情景中，潜水艇所受的浮力分别为 F甲、F乙，则 F甲____ (选填“>”“=”或“<”)F乙。
甲
乙
=
四、热气球
1.原理：利用空气的浮力升空
2.工作过程：热气球的升降与热气球体积及其内部气体的密度变化有关。燃气装置中喷出火焰加热气袋中的空气，气袋中的空气温度升高、密度减小（忽略体积变化），当内部气体密度比其外部气体小到一定程度时，热气球上浮。
例3 图甲是“中国天眼”中气球悬吊着维护人员作业的情景。小雯利用气球和重物进行模拟，如图乙。充气前，气球A与重物 B的总质量为 0.109 kg，充入适量氦气过程中，A体积变大，其所受浮力 ______ (选填“变大”“变小”或“不变”)；当A的体积为_____m3 时，B对地面的压力恰好为零。(B 所受的浮力忽略不计，ρ空气=1.29 kg/m3 ， ρ氦气=0.2 kg/m3 ，g 取 10 N/kg)
变大
0.1
五、轮船
1.原理：将钢铁做成空心的，可以排开更多的水，漂浮在水面上。
2.排水量：轮船满载时排开水的质量，F浮= m排g，而 F浮=G，所以
m船+m货= m排
3.载重线
4. 轮船从河里驶入海里，始终是漂浮的，由于总重不变，船受到的浮力也不变，因为F浮=ρ液gV排，且ρ海水＞ρ河水，所以轮船在海里的V排小，从河里驶入海里，船身会浮起一些。相反，从海里驶入河里，船身要下沉一些。
例4 如图是中国自主研制的目前全球最大的集装箱船“鑫福 103”轮。该船的排水量是 30 万吨，能够一次性搭载 24 万吨的货物，该船正在舟山海域进行试航，此海域的海水密度取 1.0×103kg/m3，g取 10 N/kg。下列说法正确的是（ ）
A.该船所受浮力的方向是竖直向下的
B.该船满载时受到的浮力为 3×108N
C.搭载 24 万吨的货物时，该船排开海水的体积增加 2.4×103 m3
D.如果该船驶入海水密度更大的海域，船身会上浮一些
D
科学书屋
“奋斗者”号深潜器
“奋斗者”号深潜器通过电磁铁吸附了大铁块，还有一部分铁砂放置在一个容器中，这些总质量加起来之后使得深潜器的总重力大于浮力，深潜器得以不断下沉，同时通过控制倾倒容器中的铁砂可以控制深潜器下沉的速度。当深潜器需要上浮时，电磁铁断电，抛掉电磁铁吸附的铁块深潜器可以快速上浮。如果遇到紧急情况，系统断电后，电磁铁会自动抛掉铁块，从而让深潜器快速上浮。
1星题 知识过关
密度计
1.[2024·合肥月考] 将同一支密度计分别置
于甲、乙两种液体中，静止后如图所示，由
密度计在甲液体中受到的浮力______在乙液
体中受到的浮力，可知甲液体密度______乙
等于
大于
变大
液体的密度(前两空均填“小于”“等于”或“大于”)，因此密度
计的刻度值从上向下逐渐______(填“变小”或“变大”)。
盐水选种
2.把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种子受到的
浮力______种子所受的重力，于是，干瘪、虫蛀的种子就会
上浮直至漂浮，而饱满的种子受到的浮力______种子所受的
重力，就会下沉到容器的底部，从而把不同品质的种子区别
开来。(均填“小于”“等于”或“大于”)
大于
小于
3.盐水选种是我国劳动人民发明的一种巧妙
挑选种子的方法。配制一定浓度的盐水后，
把种子倒入盐水中，漂浮于盐水面的是次
种(密度约为 )，沉
C
A. B.
C. D.
入容器底的是良种(密度约为 )，如图所示。
为选好种子，配制的盐水密度应约为 ( )
潜水艇
4.[2024·宿州期末] 潜水艇是通
过调节__________来实现下沉、
上浮的；要使它下潜应对水舱
______(填 “注水”或“排水”)。
自身重力
注水
甲
如图所示的是一艘潜水艇在水中上浮和下潜时的情景，其中
潜水艇在水中上浮的是图中的____(填“甲”或“乙”)，这两种
情景中，潜水艇受到的浮力___ (填“ ”“ ”或“”) 。
热气球、浮空艇
5.如图所示的热气球是通过喷嘴加热气囊中的
空气，使气囊内气体的密度______气囊外气体
的密度，这时自身重力______浮力，从而升空。
(均填“大于”“等于”或“小于”)
小于
小于
6. [2024·广东一模] 如图为我国自主
研发的浮空艇，假设浮空艇的体积保持不变，
海拔越高空气的密度越小，回答下列问题。
(1)浮空艇内所充气体的密度______空气密度，浮空艇上升过
程中所受的浮力______(填“变大”“变小”或“不变”)。
小于
变小
(2)浮空艇内部上层装有氦气(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______
上浮
(填“上浮”或“下降”)的时候，可以排出下层的部分空气，以
此改变自身重力。
2星题 情境应用
7.航天员在登空前要进行大量模拟真实场景
的训练，利用“中性浮力水槽”训练就是其中
之一。如图所示，航天员穿上航天服并带上
等于
减少
配重，在水中保持身体既不浮出水面也不沉入水底的状态，
即“中性浮力”的状态。在此状态下，航天员的重力______
(填“大于”“小于”或“等于”)水产生的浮力。训练结束后，水中
的航天员应______(填“增加”或“减少”) 配重，从而顺利返回水面。
8.[2024·合肥期末] 如图所示，当战斗机从辽宁号航空母舰上
起飞后，下列说法正确的是( )
B
A.舰体略上浮，受到的浮力不变
B.舰体略上浮，受到的浮力变小
C.舰体略下沉，受到的浮力不变
D.舰体略下沉，受到的浮力变大
9.[2024·成都二模] 用玻璃试管、胶管、铁丝、
注射器、水管、橡胶塞等制作潜水艇模型，
然后在模型中装入适量的水，浸没在水中刚
好悬浮，如图所示，探究模型在水中如何实现上浮或下沉。
下列说法正确的是 ( )
A.向试管外抽气，模型下沉，它受到的浮力变小
B.若要让悬浮的潜水艇模型上浮应向试管内打气
C.潜水艇模型是通过改变模型的体积实现沉浮的
D.当潜水艇模型漂浮于水面时，它受到的浮力小于其重力
B
10. [2024·阜阳二模] 如图所示，
2024年1月1日，我国首艘国产大型邮轮
“爱达·魔都”号从吴淞口国际邮轮港顺利开
启首航。该邮轮全长 ，总吨位 (满载时的排水量)为
，可搭载乘客5 246人，若乘客平均质量为
(，取 )。
(1)求“爱达·魔都”号满载时，受到的浮力。
解：由阿基米德原理可知，“爱达·魔都”
号满载时，受到的浮力为
。
(2)满载邮轮到港后，卸下了一批
的货物，乘客全部离船，求此
时邮轮排开水的体积。
卸下货物，乘客离船后邮轮剩余质量为
，
此时排开水的体积为
。
(3) 某次航线经过的水域为长江 太平洋 大
西洋，请你分析“爱达·魔都”号沿该航线航行时，吃水深度
的变化情况。(已知 )
邮轮依次经过长江、太平洋和大西
洋，一直处于漂浮状态，浮力始终
等于重力，由公式 可
知，排开液体的体积和液体的密度成反比，液体密度逐渐增
大，排开液体的体积逐渐减小，故邮轮沿航线航行时，吃水
深度不断减小。

浮沉条件的应用
密度计→原理：物体漂浮时所受的浮力等于重力
盐水选种→原理：好种子密度大于盐水密度，重力大于浮力，故沉底
潜水艇→原理：靠改变自身重力实现下潜和上浮
热气球→原理：利用空气浮力上升
轮船→原理：利用“空心法”排开更多的水，增大浮力，从而漂浮在水面上
谢谢观看！

展开更多......

收起↑