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第九章 浮力
9.3
物体的浮沉
潜艇时而浮于水面，时而潜入水底，有时又能停留在水中，其中的奥秘在哪里
物体的浮沉条件
下面我们一起用实验来研究物体的浮沉条件。
让鸡蛋像潜艇一样浮沉
如图 9-3-1 所示，把一个鸡蛋轻轻地放入浓盐水中，使鸡蛋处于漂浮状态(即停留在液面上，有一部分露出液面)；然后将清水缓缓倒入浓盐水中并轻轻地搅拌。
随着盐水密度的减小，鸡蛋排开的液体的体积也随之增大，鸡蛋由漂浮状态慢慢变成悬浮状态(即鸡蛋全部浸没在水中，并可停留在液体里任何深度的地方)；
继续倒入清水，鸡蛋下沉。若再加入适量盐粒，鸡蛋重新缓慢地上浮。
讨论：(1)鸡蛋在盐水中受到哪两个力的作用
鸡蛋在盐水中受到重力和浮力的作用。
(2)鸡蛋处于不同状态是由于哪个力发生了变化
鸡蛋的质量不变，故鸡蛋受到的重力不变。
开始时，鸡蛋漂浮，处于静止状态，此时重力等于浮力，即 F浮＝G；
随着清水的加入，盐水的密度减小，但鸡蛋排开液体的体积也随着增大，由漂浮变为悬浮，此过程中浮力始终等于重力；
继续倒入清水，盐水的密度继续减小，但鸡蛋排开液体的体积不变，根据阿基米德原理 F浮＝ρ液gV排 可知，浮力减小，当F浮＜G 时，鸡蛋下沉；
如果再加入适量的盐粒，液体的密度变大，浮力变大，当 F浮＞G 时，鸡蛋又会缓慢地上浮。
可见在下沉或上浮过程中变化的是鸡蛋受到的浮力。
比较鸡蛋在各种状态下受到的浮力 F浮 和重力 G 的大小，我们可以归纳出物体的浮沉条件：
当物体受到的浮力 F浮 大于物重 G 时，浸在液体中的物体就会上浮；
当物体受到的浮力 F浮 小于物重 G 时，浸在液体中的物体就会下沉；
当物体受到的浮力 F浮 等于物重 G 时，物体会悬浮在液体中或漂浮在液面。
鸡蛋在悬浮和漂浮两种状态下，浮力都等于重力，那么，这两种状态的不同之处是什么
漂浮是物体浮在液面的平衡状态，物体的一部分浸入液体中，V物＞V排，ρ物＜ρ液；悬浮是物体浸没在液体内部的平衡状态，物体浸没在液体中，V物＝V排，ρ物＝ρ液 。
浮沉条件在技术上的应用
根据物体的浮沉条件，可以控制物体在液体中的浮沉。上面的实验就是用改变液体密度的方法来控制物体浮沉的。
潜艇能在水中上浮和下潜，它是通过改变自身重力的方法来控制浮沉的，其基本原理如图 9-3-2所示。
当潜艇的水舱中充入适量的水时，浮力和重力相等，潜艇就能悬浮在水中，并做水下航行了。
核潜艇是重要的军事战略装备，是国家海上军事实力的重要标志。新中国成立后，中国工程院院士黄旭华(图9-3-3)率领其团队用了几十年的时间，完成了新中国第一代核潜艇的研制，使中国成为少数拥有核潜艇的国家之一(图9-3-4)。他为我国的核潜艇事业作出了突出贡献，2019年获得“共和国勋章”。
气象台经常要放出探测气球(图9-3-5)用于气象观测。
气球内充有密度比空气小得多的氢气，气球升空后，安装在它上面的探空仪能把高空的温度、气压、湿度、风速、风向等信息用无线电传送给地面观测站。气球的顶部装有放气阀门，当其工作完毕后，会自动打开阀门释放掉部分氢气，使气球体积缩小，所受浮力随之减小，气球就会缓缓地落回地面。
浮筒常被用于打捞沉船。打捞时，先在浮筒内注满水，并将其固定在沉船上，再向浮筒中输入高压空气，排出其中的水，使连成一体的沉船和浮所受的重力小于浮力，沉船随着浮筒上升。2007年我国打捞“南海一号”沉船就是采用浮筒将船身整体打捞出水的。
1. (2024·新疆中考)人体密度跟水的密度差不多。质量为 40 kg的小明套着游泳圈(游泳圈重力不计)在游泳池中漂浮时，小明浸在水中的体积为他的体积的，则游泳圈浸在水中的体积约为
( )
A. 10 dm3 B. 20 dm3 C. 30 dm3 D. 40 dm3
A
2. 一个小球的重力为 10 N，将它浸没在水中时，所排开的水的重力为 20 N，那么小球浸没时受到的浮力大小为_________N；放开手后，小球将__________ (选填“上浮”“下沉”或“悬浮”)，最终小球受到的浮力为__________N。
20
上浮
10
3.(南昌期末)如图所示是潜水艇浮沉原理演示器，现在潜水艇演示器悬浮在水中，下列说法错误的是( )
A.潜水艇演示器总重等于同体积的水重(忽略连接管的自重和体积)
B.从水舱向外排水，可使潜水艇演示器上浮
C.向水舱充水，可使潜水艇演示器下沉
D. 潜水艇演示器是靠改变自身重力和受到的浮力来实现浮沉的
D
4. 2024年5月1日，我国福建舰航母成功海试。如图所示，当航母从长江内港被拖曳船拖入海洋时( )
A.舰体略上浮，受到浮力不变
B.舰体略上浮，受到浮力变大
C.舰体略下沉，受到浮力不变
D.舰体略下沉，受到浮力变大
A
自我评价与作业
1.请列举物体的浮沉条件在生活、生产实际中的应用事例，并与同学进行交流。
物体的浮沉条件在生活、生产实际中的应用事例很多，如气球升空，利用了上浮的条件；盐水选种，利用了上浮和下沉的条件；轮船在海面上航行，利用了漂浮的条件；潜艇下潜，利用了下沉的条件等。
2. 浸在液体中的物体受到的浮力为 F，重力为 G。当 F浮＞G 时，物体___________；当 F浮＜G 时，物体___________；当 F浮＝G 时，物体___________________________________。
上浮
下沉
悬浮在液体中或漂浮在液面上
3.我国制造的全球最大的矿砂船，满载排水量达 45 万吨，矿砂船从江中驶入大海，浮力大小如何变化 装满矿砂的矿砂船和空载的矿砂船受到的浮力一样吗
矿砂船从江中驶入大海，浮力大小不变，因为矿砂船始终处于漂浮状态，漂浮时浮力等于重力，矿砂船的重力不变，所以浮力也不变，虽然海水的密度比江水大，但由于船排开液体的体积会相应变化，使得浮力始终等于重力。
装满矿砂的矿砂船和空载的矿砂船受到的浮力不一样，装满矿砂时，船的总重力较大，由于漂浮时浮力等于重力，所以装满矿砂的矿砂船受到的浮力大，空载时船的重力较小，相应地受到的浮力也小。
4.如图9-3-6所示是学校物理兴趣小组制作的演示潜艇原理的模型，通过胶管A从烧瓶中吸气或向烧瓶中吹气，就可使烧瓶下沉或上浮，当从烧瓶中吸气使其下沉时，烧瓶受到的浮力将( )
A. 增大 B. 减小
C. 不变 D. 无法判断
C
5.如图9-3-7所示，冰山露出海面的部分只是冰山的一小部分，所以常有“冰山一角”的说法。若海水的密度是1.03×103kg/m3，冰的密度是 0.9×103kg/m3，则这座冰山露出海面的体积是总体积的几分之几
解：因为冰山在海水中漂浮，
所以 G冰＝F浮，
即 ρ冰V冰g＝ρ海水gV排，
所以 ＝＝＝，
故＝＝ .
取一个小瓶，在瓶内加入不同量的水，塞紧瓶塞，置于液体中，使瓶，子分别处于漂浮、悬浮、上浮、下沉四种状态(图9-3-8)，体会物体的浮沉条件。
图9-3-8 体会物体的浮沉条件

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