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第3节　物体的浮沉条件及应用

学习目标
1.知道物体的浮沉条件。
2.会对生活中浮力的现象加以解释。
3.知道轮船、密度计、潜水艇、气球和飞艇的工作原理。
自主探究
学点一:物体的浮沉条件

问题1:浸在液体中的物体都会受到浮力,但是有的物体要上浮,有的却要下沉,这是为什么?你能画出图中物体所处几种状况下受力的情况吗?
(1)物体上浮:F浮　　　　G,上浮的物体最终要漂浮;?
(2)物体下沉:F浮　　　　G;?
(3)物体悬浮:F浮　　　　G。?
问题2:利用物体上浮、悬浮、下沉时,受到的浮力F浮和重力G的关系推导:
物体上浮:ρ物　　　　ρ液;?
物体下沉:ρ物　　　　ρ液;?
物体悬浮:ρ物　　　　ρ液。?
问题3:物体上浮过程中:未露出液面时,F浮　　　　(填“不变”“变大”或“变小”),露出液面后F浮　　　　(填“不变”“变大”或“变小”),直到F浮　　　　G时,物体漂浮在液面上。?
归纳总结:
1.物体的浮沉条件:
(1)物体上浮,F浮　　G物,ρ物　　ρ液;?
(2)物体悬浮,F浮　　G物,ρ物　　ρ液;?
(3)物体下沉,F浮　　G物,ρ物　　ρ液。?
2.比较漂浮与悬浮的异同:
(1)共同点:在平衡力的作用下静止不动,浮力　　　　重力;?
(2)不同点:漂浮是物体　　　　浸入液体中,悬浮是物体　　　　浸没在液体中,而且　　　关系不同。?
学点二:浮力的利用
活动体验:探究改变物体浮沉状态的方法:请利用桌上器材(气球、铁钉、注射器、纸杯等)改变两烧杯中物体的浮沉状态。
展示成果:
(1)把牙膏皮做成船型(空心),就能浮在水面上,而且还能装载小西红柿.
(2)铁块放在纸杯里或吹大的气球里,就能浮在水面上。
(3)在烧杯里加适量的盐,鸡蛋会浮起来。
(4)在泡沫上穿几颗钉子,泡沫就沉下去了。
……
引导总结:改变物体浮沉状态的方法:
(1)改变浮力:改变V排、改变ρ液;
(2)改变重力;
(3)同时改变浮力和重力。
现象释疑:为什么汤圆刚入锅时沉底,煮熟了就浮到水面上了?
自主学习:阅读课本P58~P59的相关内容,了解轮船、潜水艇、气球和汽艇的工作原理。
以问求答:
(1)漂浮在水面的牙膏皮,可以把它看成一个小船,说出轮船的工作原理是什么?
(2)轮船还有一个运载能力的问题,实际是用什么来衡量船的运载能力的?
(3)由潜水艇你想到什么动物,你能说说鱼是通过什么方式来实现浮沉的吗?
(4)要使充了氦气并已升到空中的气球落回地面,可采用什么办法?
(5)要使热气球落回地面,可采用什么办法?
归纳总结:
1.轮船的工作原理:采用“空心”的办法,增大　　　　的体积,增大可以利用的　　　　,使轮船漂浮在水面上。?
2.潜水艇的工作原理:潜水艇的上浮、下潜和悬浮,靠改变　　　　来实现的。?
3.气球和汽艇的工作原理:气球里的气体密度　　　　空气的密度时,受到的浮力　　　　重力,气球可以漂浮在空中。?
课堂检测

1.如图所示,海面上航行着两艘相同的轮船甲、乙,甲船空载,乙船满载。那么(　　)
A.甲船所受浮力比重力大
B.乙船所受浮力比重力小
C.甲船所受浮力比乙船大
D.乙船所受浮力比甲船大
2.鱼体内有一器官叫鱼鳔,鱼在水中可以自由地沉浮,就是靠改变鱼鳔的体积来实现的。当一只鱼在水中沉浮时,你认为它主要是改变(　　)
A.所受的重力 B.所受的浮力
C.水的密度 D.无法确定
3.把重为8N、棱长为0.1m的正方体物块投入水中,当物块静止时,下列说法正确的是(g取10N/kg)(　　)
A.物块在水中处于悬浮状态 B.物块所受的浮力为10N
C.物块下表面所受水的压强为800Pa D.物块下表面所受水的压强为1000Pa

4.某同学制作了如图所示的潜艇模型,下列说法错误的是(　　)
A.潜艇模型是通过改变潜艇的重力实现沉浮的
B.向内推注射器活塞,水会被压入试管中,可实现潜艇下沉
C.向外拉注射器活塞,试管内水量适当时,可实现潜艇悬浮
D.潜艇模型的试管上绕些铁丝,可保持试管稳定
5.在一根表面涂蜡的细木棍的一端绕着适量的铁丝,把它放到甲、乙、丙三种密度不同的液体中,木棍浸入液体里的情况如图所示,则木棍在三种液体里受到的浮力F的大小及三种液体密度ρ之间的关系,正确的是(　　)

A.F甲>F乙>F丙　ρ甲>ρ乙>ρ丙 B.F甲C.F甲=F乙=F丙　ρ甲>ρ乙>ρ丙 D.F甲=F乙=F丙　ρ甲<ρ乙<ρ丙
6.一个质量是60g的鸡蛋悬浮在盐水中不动时,它受到的浮力是　　　　N,如果往盐水中注入清水,鸡蛋将　　　　。(填“下沉”“上浮”或“不动”,g取10N/kg)?
7.中国“辽宁号”航空母舰出海试航,当航母在平静的水面航行时,它所受的浮力　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)它的总重力。当航空母舰上舰载飞机起飞后,它排开水的体积　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。?

8.在寓言故事《乌鸦喝水》中,乌鸦把小石块投入瓶中而喝到了水。如图所示,水中石块受到的浮力　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)它受到的重力;水面上升过程中,水对瓶底的压强　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。?
9.某水上运动项目使用的长方体水上标志物,经测量其质量为100kg、体积为0.2m3,它的密度为　　　　kg/m3。它漂浮在平静的水面上受到的浮力为　　　　N。(g取10N/kg)?

10.小明将重为3N的石块挂在弹簧测力计下端,先后浸没在水和盐水中:石块静止时弹簧测力计的示数如图甲、乙所示,则石块在水中所受浮力为　　　　N;从图中还可看出石块所受浮力的大小与液体的　　　　有关,若剪断图中的细线,石块将　　　　(填“上浮”“悬浮”或“下沉”)。?
11.“独竹漂”是指运动员脚踏漂流在水面上的单棵楠竹(如图所示),依靠小竹竿划动达到水上漂行的一项民族传统体育项目。选手表演时赤着脚,手执一根细竹竿做“桨”,表演“乘风破浪”、倒退、转身、绕弯、换竿等绝技,颇有“一苇渡江”之妙。若楠竹的质量为10kg,运动员和细竹竿共重500N,则此根楠竹所产生的浮力为　　　N(g取10N/kg),此时排开水的体积为　　　m3。?


12.老师组织学生开展用橡皮泥进行“造船”比赛活动。要求每个学生用一块质量为60g、密度为1.5×103kg/m3的橡皮泥造一艘小船,然后把图钉或者螺母、沙粒等当“货物”装进去,看谁的小船装载的“货物”最多,最后是小华同学造的小船以装载了100g的“货物”获胜,如图所示。(g取10N/kg)求:
(1)这块橡皮泥直接放入水中受到的浮力大小;


(2)小华“造”的小船装载100g货物时受到的浮力大小;


(3)根据上面的计算,说一说用钢铁造的船能浮在水面上的道理。


参考答案
自主探究
学点一:物体的浮沉条件
1.(1)>　<　(2)=　=　(3)<　>
2.(1)等于　(2)部分　全部　密度
学点二:浮力的利用
1.排开水　浮力　2.自身的重力　3.小于　大于
课堂检测
1.D　解析:两艘轮船都处于漂浮状态,浮力都等于各自的重力,但乙船满载,总重力较大。
2.B　解析:当鱼鳔的体积改变时,鱼排开水的体积也改变了,水的密度不变,所以是改变了鱼受到的浮力。
3.C　解析:假设正方体物块完全浸入水中,此时受到的浮力是F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1m)3=10N,G=8N,F浮>G,所以物块要上浮,最后漂浮于水面上,当物块静止时,F浮'=G=8N,因此A、B两项错误;由F浮'=8N,可算出V排=0.008m3,h==0.8m,p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.8m=800Pa。
4.B　解析:潜水艇是通过改变自身的重力来实现下潜、悬浮和上浮的,结合这个特点来对此题的模型进行分析。A项,当潜艇模型浸没在水中时,排开水的体积不变,所受浮力不变,因此模型的上浮和下沉是通过改变潜艇的重力来实现的,故A项正确,但不符合题意;B项,现在潜艇模型浸没于水中,向内推注射器活塞,水会被压出试管,此时模型的自重减小,模型上浮,故B项错,符合题意;C项,向外拉注射器活塞,试管内水增加,试管内水量适当时,潜艇可能悬浮,故C项正确,但不符合题意;D项,为了保持试管稳定,潜艇模型的试管上绕些铁丝,故D项正确,但不符合题意。
5.C　解析:影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积,物体漂浮时浮力等于自身重力。因为木棍漂浮,所以F浮=G,所以在三种液体中受到的浮力相等,所以F浮=ρ液gV排,V排丙>V排乙>V排甲,所以ρ丙<ρ乙<ρ甲。
6.答案:0.6　下沉
解析:鸡蛋悬浮在盐水中,F浮=G=mg=0.06kg×10N/kg=0.6N,如果往盐水中注入清水,盐水密度变小,根据公式F浮=ρ液gV排可知,鸡蛋所受浮力变小,鸡蛋将下沉。
7.答案:等于　减小
解析:因为航母漂浮,所以它受到的浮力等于它的总重力;战机从航母上起飞后,航母的总重力减小,根据漂浮物体的重力等于自身重力,所以浮力将减小,由阿基米德原理可知,排开水的体积会减小。
8.答案:小于　增大
解析:由题图可知,投入瓶中的小石块沉底,根据物体的浮沉条件可知小石块受到的浮力小于其重力;由公式p=ρgh可知,水面上升过程中h增大,故水对瓶底的压强增大。
9.答案:500　1000
解析:ρ==500kg/m3;物体处于漂浮状态,受到的浮力等于其重力,所以F浮=G=mg=100kg×10N/kg=1000N。
10.答案:1　密度　下沉
解析:在水中石块受到的浮力F浮1=G-F1=3N-2N=1N,在盐水中石块受到的浮力F浮2=G-F2=3N-1.8N=1.2N,由题图可以看出,石块在两种液体中都是完全浸没的,所以排开液体的体积一样,而浮力不同,所以是由于液体密度不同造成的,由于石块的重力大于在液体中受到的浮力,所以剪断绳子石块会下沉。
11.答案:600　0.06
解析:物体漂浮在水面上,F浮=G物=10kg×10N/kg+500N=600N;由浮力公式F浮=ρ液gV排可得,600N=1.0×103kg/m3×10N/kg×V排,得出此时排开水的体积为0.06m3。
12.答案:(1)0.4N　(2)1.6N
(3)用钢铁造的船是空心的,增大了排开水的体积,从而增大了浮力。
解析:(1)橡皮泥的密度大于水的密度,橡皮泥直接放入水中会下沉
V排==4×10-5m3,
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10-5m3=0.4N。
(2)G总=G物+G船=0.1kg×10N/kg+0.06kg×10N/kg=1.6N,
小船漂浮,F浮=G总=1.6N。
(3)用钢铁造的船是空心的,增大了排开水的体积,从而增大了浮力。

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