八年级物理下册10物体的浮沉条件及应用

八年级物理下册10物体的浮沉条件及应用

10.3 物体的浮沉条件及应用 教学目标 能根据二力平衡条件和力与运动的关系描述物体的浮沉条件，并能通过改变物体所受的重力或浮力的大小，使物体在液体或气体中处于不同的浮沉状态。 运用物体的浮沉条件解释生产、生活中的一些现象，认识浮力知识在生产、生活中的应有价值。 教学难点 教学重点 物体的浮沉条件。 轮船、潜水艇、气球飞艇等应用原理。 知识回顾 一、阿基米德原理的内容： 浸在液体中的物体受到向上的浮力， 浮力的大小 等于 物体排开液体的重力 二、浮力的计算方法： ②阿基米德原理的计算公式：F 浮 = ρ 液 gV 排 ①称重法 F 浮 = G 物 -F 拉 三、浮力产生的原因： 液体对物体向上向下压力差。 像“泰坦尼克”号这样的钢铁巨轮为什么能浮在海面上？ 撞上冰山后，“泰坦尼克”号为什么会沉没？ 为什么土豆在水中沉底，而苹果则漂浮？ 盐水 淡水 课本例题 你能画出图中物体所处三种状况下的受力示意图吗？ 物体 浸没 在液体中时，浮还是沉，由什么决定的？ 由该物体在液体中所受 浮力和重力之间的大小关系 决定的 G 1 F 浮 F 浮 F 浮 G 2 G 3 上浮 为 不平衡状态 前提： 物体 完全浸没 即 V 排 =V 物 条件： F 浮 ＞G 结果： 物体在液体中 向上运动 称 上浮 漂浮 物体开始浮出水面时，V 排 逐渐_____，根据F 浮 =ρ 液 gV 排 ，F 浮 逐渐_____，到F 浮 =G 时，物体_______在液面上,称_____浮。此时V 排 _______ V 物 F 合 =0 为 平衡状态 减小 减小 静止 漂 ＜ 下沉 为 不平衡状态 前提： 物体 完全浸没 条件： 结果： 物体在液体中 向下运动 称 下沉 F 浮 ＜G 即 V 排 =V 物 沉底 物体 完全浸没 即 V 排 =V 物 F 合 =0 为 平衡状态 ∵静止 ∴G =F 浮 +F 支 F 浮 = G -F 支 F 支 F 浮 G 悬浮 F 合 =0 为 平衡状态 F 浮 G 前提： 物体 完全浸没 即 V 排 =V 物 条件： F 浮 =G 结果： 物体 静止 在液体中任意深度处  称 悬浮 总结 漂浮： 上浮： 悬浮： 下沉： 沉底： F 浮 ＞G F 浮 = G -F 支 F 浮 =G F 浮 =G F 浮  < G G F 浮 F 浮 F 浮 G G F 浮 F 浮 G G F 支 漂浮与悬浮有什么相同点与不同点？ 相同点： 1、都是 平衡状态 2、都是 F 浮 =G 不同点： 悬浮 V 排 =V 物 漂浮 V 排 ＜V 物 悬浮与沉底有什么相同点与不同点？ 相同点： 1、都是 平衡状态 2、都是 V 排 =V 物   悬浮 F 浮 =G 沉底 F 浮  < G 不同点： 平时常见到_______________在水中会上浮;__________________在水中会下沉。 猜想 密度比水____的物体在水中会上浮; 密度比水____的物体在水中会下沉。 猜想： 木头、泡沫等 石块、金属块等 小 大 ρ与沉浮的关系： 研究条件： 实心 物体 浸没 在液体中，只受 重力 和 浮力 。 浮力和重力展开： F 浮 = ρ 液  gV 排 G ＝ ρ 物  gV 物 “浸没”说明： V 排 =V 物   上浮： 悬浮： 下沉： F 浮 ＞G F 浮 =G F 浮  < G ρ 液  gV 排 >ρ 物  gV 物   ρ 液  gV 排 =ρ 物  gV 物   ρ 液  gV 排 <ρ 物  gV 物   ρ 液   >ρ 物  ρ 液   =ρ 物  ρ 液   <ρ 物  悬浮与漂浮的比较 相同点： 不同点： F 浮 =G ρ 液   =ρ 物  ρ 液   >ρ 物  悬浮： 漂浮： V 排 =V 浸  =V 物   V 排 =V 浸  < V 物   悬浮与沉底的比较 相同点： 不同点： 1、都是 平衡状态 2、都是 V 排 =V 物   ρ 液   =ρ 物  ρ 液   <ρ 物  悬浮： 沉底： F 浮 =G F 浮  < G （1）上浮：F 浮  > G 物   或  ρ 物  <ρ 液 （2）漂浮：F 浮  =G 物   或  ρ 物  <ρ 液 （3）下沉：F 浮  < G 物   或  ρ 物  >ρ 液 （4）沉底：F 浮  < G 物   或  ρ 物  >ρ 液 （5）悬浮：F 浮  =G 物   或  ρ 物  =ρ 液 总结 浮沉条件： 注： （1）上浮和下沉是不平衡态； 悬浮、漂浮、沉底是平衡态。 （2）上浮、下沉、悬浮、沉底： V 排 =V 物    漂浮： V 排 =V 物   例题 为什么土豆在水中沉底，而苹果则漂浮？ 因为苹果的密度比水小，所以苹果最终在水上漂浮； 土豆的密度比水大，所以土豆最终在水中沉底。 物体沉浮情况总表 F 浮 ＞G F 浮 =G F 浮  < G F 浮 =G F 浮  < G F 浮 与G ρ 液  与ρ 物  ρ 液   <ρ 物  ρ 液   >ρ 物  ρ 液   =ρ 物  ρ 液   >ρ 物  ρ 液   <ρ 物  V 排 =V 物   V 排 =V 物   V 排 =V 物   V 排 =V 物   V 排 与V 物   V 排  < V 物   中国古代浮力的应用 早在殷商之前，我国古代人民对浮力就有深入的观察，到殷商时已由制独木船发展到用木板组成大的船体，这是我国最早的木船。 芦湖独木舟 中国古代浮力的应用 周朝以后不仅在小河上能架设浮桥，在黄河、长江这样的大河流上也多次架设过 浮桥 。　 浮桥 中国古代浮力的应用 我国汉代曾发明过一种做 军事信号用的灯笼 ，灯笼能腾空而起，飞向天空。 中国古代浮力的应用 三国时期有“ 曹冲称象 ”。把象放到大船上，在水面所达到的地方做上记号，再让船装载其他东西，等水面也达到相同记号的时候称一下这些东西，那么东西的总质量约等于大象的质量。 中国古代浮力的应用 除了以舟称物之外，以舟起重也是中国人的发明。据史籍记载，真定县僧人怀丙曾“ 打捞铁牛 ”。他创造了 浮力起重法 。 钢铁做的巨轮为什么可以漂浮在水上？ 游艇 航空母舰 取质量相等的两块橡皮泥 绿色捏成球形粉色捏成碗形 绿色沉底 粉色漂浮 可见做成 空心 后，可以 增加V 排 ，从而 增加浮力 ，使密度大于水的橡皮泥漂浮在水面上。 轮船 工作原理： 将钢铁做成______的，增加了可利用的____。 排水量（m 排 ）： 轮船________时排开水的__________。 漂浮 F 浮 =G 船 +G 货 m 排  g=m 船  g+m 货  g m 排 =m 船 +m 货 空心 满载 质量 V 排 例题 如图所示，中国辽宁号航空母舰是中国人民解放军海军的第一艘航空母舰，舰长304m、舰宽70.5m，满载时排水量67500t． （1）它满载时所受的浮力为__________牛（取g=10N/kg）． （2）2012年9月25日，该舰正式加入中国海军序列．2012年11月23日，中国航母舰载机歼-15着舰成功．当舰载机着舰后，浮力将__________（选填“不变”、“变小”、“变大”）． 解：该舰满载时所受浮力： F 浮 =G 排 =m 排 g=67500×10³kg×10N/kg=6.75×10⁸N； 舰载机着舰后，航空母舰的总重力增大，因为航空母舰仍然漂浮，浮力与重力相等，所以浮力变大．故答案为：6.75×10⁸；变大． 例题 轮船总是漂浮在水面上， 一艘轮船从河里驶向大海，它受到的重力大小______（变大、变小、不变）;它受到的浮力大小______（变大、变小、不变）;它排开水的体积______（变大、变小、不变）;轮船是下沉些还是上浮些？________  F 浮 = G 不变 不变 变小 上浮些 据F 浮 = ρ 液  gV 排 不变 ↑ ↓ 密度计怎样测密度的呢？ 它是用密封的玻璃管制成的。上段的外径均匀，是用来标刻度线的部分，中间段做成内径较大的玻璃泡，最下端的玻璃泡内装有密度很大的许多小弹丸（如铅丸）或水银等，整体是一根粗细不均匀的密封玻璃管。 密度计的使用 密度计的使用 用途： 直接测量 液体密度 的仪器。 读数方法： 静止时 液面所对刻度 乘以水的密度 刻度特点： 上小下大 工作原理： 漂浮 时， F 浮 =G 物 。 测量液体密度的仪器叫密度计，将其插入被测液体中，待静止后直接读取液面处的刻度值（图甲）．图乙和图丙的容器中是同一个自制的简易密度计，它是在木棒的一端缠绕一些铜丝做成的，将其放入盛有不同液体的两个烧杯中，它会竖直立在液体中，由图中现象可以判断（　　） 例题 A. 密度计在乙烧杯液体中受到的浮力较大 B. 密度计在丙烧杯液体中受到的浮力较大 C. 乙烧杯中液体的密度较大 D. 丙烧杯中液体的密度较大 D 总结 物体漂浮在液体中，F 浮 =G 物 ，G 物 ↑，F 浮 也↑。 同一物体漂浮在不同液体中，所受F 浮 相同。 同一物体在不同液体里漂浮，在密度大的液体里V 排 小。 用同一支密度计测定不同液体的密度，下列叙述正确的是（      ） A、密度计漂浮的越高，所受的浮力越大 B、密度计漂浮在不同液体中，所受的浮力都相等 C、密度计排液体积越大，液体密度越大 D、密度计漂浮的越高，液体密度越大 例题 BD 大多数鱼类在水中游动时，能向上游动，也能向下沉，甚至能在水中不动，那么鱼类为什么能随意地上浮和下沉呢？ 答案： 利用鱼鳔。 当鱼鳔充气时，鱼体的G 不变，V 排 变大，浮力变大，鱼体上浮； 鱼鳔排气时，鱼体的G 不变，V 排 变小，浮力变小，鱼体下沉。 潜水艇也能在水中随意的上浮和下沉，它和鱼类的工作原理是否一样？ 小实验 1.当注射器将气体压入玻璃球时，球内的水量减少，球和球内的水受到的重力变小 2.当注射器将球内的气体吸出时球内的水量增多，球和球内的水受到的重力变大  当G ＜F 浮 ，球将上浮 当G  > F 浮 ，球将下沉 潜水艇工作原理 靠改变 自身重力 上浮和下潜。 工作原理： 潜艇 节日的气球松手后为什么能够升空？ 气球 气球内充有密度小于空气的气体，如氢气、氦气等，当F 浮  > G 物 ，物体在空气中上浮。 内部充有小于空气密度的气体 工作原理：靠空气浮力升空 气球 例题 关于浮力，下列说法中正确的是（     ） A. 上浮的物体一定比下沉的物体受到的浮力大 B. 沉在容器底部的物体一定不受浮力 C. 在水中上浮的物体在煤油中可能悬浮 D. 没入水中的物体在水中的位置越深受到的浮力越大 C 例题 一艘轮船从海里驶入河里，它受到的重力大小______，它受到的浮力______；它排开水的体积______。（填变大，变小或不变） 【解析】                                                     轮船浮在海面上，F 浮 = G ；                    它驶入河里也浮在河面上：F ′ 浮 = G 。   ∵ G 不变，∴ F 浮 不变：   F 浮 = F ′ 浮  ρ 海水 gV 排 = ρ 海水 gV ′ 排 ， ∵ ρ 海水 > ρ 海水 ， ∴ V 排 >V ′ 排 不变 不变 变小 例题 如图所示，A、B 两物体静止在水中（     ）。   A、两物体受到的浮力一定相等   B、两物体受到的浮力不等，A 物体受到的浮力大C、两物体的密度不等，B 物体的密度大   D、两物体的重力不等，B 物体的重力大 【解答】 A 物体漂浮，B 物体悬浮。       ∵ 不知G A 与G B 的关系，       ∴ 不能根据F 浮 =G 比较浮力的大小。   又∵ 不知V A排 与V B 排 的关系，        ∴不能根据F 浮 = ρ 水 gV 排 比较浮力的大小。 C 例题 重为15 N  的物体，浸没于装满水的容器中后，溢出了5×10ˉ⁴ m³的水。则此物体是（       ） A．浮在水面上 B．沉到水底 C．悬浮在水中 D．以上几种情况都有可能  【解析】          根据阿基米德原理           F 浮 = ρ 水 gV 排                 =1.0×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 5×10ˉ⁴ m³             =4.9 N  < 15 N           ∵ F 浮  < G         ∴物体下沉 B 例题 一冰块漂浮在水面上，当冰完全熔化后，容器中的水面将如何变化？ 冰排开水的体积等于冰化成水的体积 ∴ 液面高度不变 当冰化成水后，质量不变，所以，m 水 = m 冰 【解析】冰漂浮在水面上，F 浮 = G 冰 例题 当冰放入盐水中时，冰熔化后，液面如何变化？ 【解析】冰漂浮在盐水中，F 浮 = G ∵ ρ 水 < ρ 盐水 ，∴V 排 > V 盐水 冰排开盐水的体积小于冰化成水的体积 ∴ 液面上升 例题 质量相等的实心铝球和铁球放在水中，铁球受的浮力______铝球受的浮力；若把它们都放在水银中静止时，则铁球受的浮力______铝球受的浮力（选填“＞”、“＜”、“=”）  < = 例题 船只采用“______”的办法增大可以利用的浮力，漂浮在水面上。潜水艇靠改变_____________来实现浮沉，要使浮在水面的潜水艇潜入水中，应当______________。 空心 自身的重力 向水舱充水 例题 将一个铝制空心球用手没入水中，放手后球将： （     ）   A、上浮          B、下沉    C、悬浮          D、无法确定 D 例题 一艘轮船从东海驶入长江时，下列说法错误的是： （     ）   A、轮船受到的浮力不变   B、轮船排开的液体受到的重力不变    C、轮船排开的液体的体积不变   D、轮船排开的液体的体积增大  C 例题 排水量为1000t 的轮船在河水中航行，满载时船及所装货物共重____N，受到河水的浮力是____N，如果河水密度为1.0×10³kg/m³，船排开的河水的体积是_____m³。（取g=10N/kg） 10⁷ 10⁷ 10³ 例题 如图所示,甲、乙、丙三球静止在水中,它们受到的浮力分别是F 甲 、F 乙 、F 丙 ,则:(1)若三球体积相等,则它们的浮力的大小关系是_______________. (2)若三球质量相等,则它们的浮力的大小关系是_______________. F 乙  = F 丙  > F 甲 F 乙  = F 甲  > F 丙 例题 有一体积是2 dm³，密度是0.6×10³ kg/m³的木块，用绳子将它拴在水池底部的钩子上，如图所示，如果绳子断了，木块就上浮到水面，问： （1）木块在上浮过程中(未露出水面），          受到浮力的大小是否会发生变化？ （2）木块漂浮在水面时露出液面的体积多大？ 答案：不变，0.8dm³。 练习 排水量为 1000 t 的轮船在河水中航行，满载时船及所装货物总共有多重？所受河水的浮力是多少牛？如果河水密度为1×10³ kg/m³，船排开河水的体积是多少立方米（g 取10 N/kg）？ 答案：1×10⁷N，1×10⁷N，1000m³。 练习 某一木块的体积为200 cm³，密度为0.8×10³ kg/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？ 答案：(1)木块浸没在水中时所受的浮力2N 大于重力1.6N，受力不平衡，所以不能再水面下悬浮； (2)木块漂浮时浸在水中的体积是1.6×10ˉ⁴m³。 练习 体积为120 cm³ 的一块固体，重1.8 N，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？ 答案：因为固体的密度大于盐水的密度，所以固体放入盐水中要下沉；            支持力有0.48N。 练习 一个飞艇充入气体后的质量是1.5 t，体积为1500 m³，当装入多少货物时，气艇能够悬浮在空中（空气的密度为1.29 kg/m³）？ 答案：4.35×10³ N。 总结 1、浮沉条件： 漂浮： 上浮： 悬浮： 下沉： 沉底： F 浮 ＞G 物 F 浮  < G 物 F 浮 =G 物 F 浮  < G 物 F 浮 =G 物 或 ρ 液   <ρ 物  或 ρ 液   >ρ 物  或 ρ 液   =ρ 物  或 ρ 液   >ρ 物  或 ρ 液   <ρ 物  （1） （2） （3） （4） （5） 总结 2、浮力的应用： （1）轮船： （2）潜水艇： （3）密度计： （4）气球和飞艇： 将钢铁做成______的，增加了可利用的____。 靠改变 自身重力 上浮和下潜。 充有密度小于空气的气体。 漂浮 时， F 浮 =G 物 。 空心 V 排