物體的沉浮條件

1、 §8.6 物體的沉浮條件 1 . 物體的沉浮條件： 當(dāng)浮力大于物體重力 （）物體上浮。 當(dāng)浮力等于物體重力（）物體懸浮可停在液體內(nèi)部任意一位置。 當(dāng)浮力小于物體重力（）物體下沉。 利用阿基米德原理，可把物體的浮沉條件改寫為用密度表示的形式：因為，物體重力，又因為是全部浸入，于是有： ， ， 。 （說明：上浮和下沉是物體在液體中的兩種運(yùn)動過程，上浮的最終結(jié)果是物體處于漂浮狀態(tài)，有；下沉的最終結(jié)果是物體沉底，） 2. 物體沉浮條件的應(yīng)用： （1）通過牙膏皮實驗已證明，實心的牙膏皮沉入水中，空心的浮于水面，由此可見我們要使密度大于水的物質(zhì)做成的物體浮于水面可采用“空心”辦法，增大體積從而

2、增大浮力，使物體浮于水面。如把木頭挖成空心的獨(dú)木舟，可以減小自身的重力，多裝貨物，以增大可利用的浮力。再有用鋼鐵做成輪船，也是根據(jù)這一道理。 （2）輪船、潛水艇、氣球、飛艇的工作原理： 輪船： 鋼鐵制造的輪船是“空心”的，使它排開的水的體積增大，從而增大浮力，浮在水面。 （注意：輪船的排水量是指輪船滿載時排開水的質(zhì)量，根據(jù)輪船的排水量可以求出輪船受到的浮力）。 潛水艇：鋼鐵制造的潛水艇也是“空心”的，在水中時不變，則浮力不變，潛水艇的上浮、下潛和懸浮是通過對水艙充水和排水，達(dá)到改變自身的重力而實現(xiàn)的。 氣球和飛艇： 利用密度小于空氣的氫氣或氦氣充入氣球或飛艇中，靠氣囊內(nèi)的氣體密度小于球外空氣密

3、度而上升。通過改變氣囊的體積而改變浮力的大小，實現(xiàn)升降。 密度計 密度計是用來測定液體密度的儀器，它是根據(jù)物體漂浮時浮力等于物體自身重力（）這一原理而制成的。密度計在任何液體里都呈漂浮狀態(tài)，據(jù)浮力公式，顯然大時，小，密度計露出部分大，反之小時，大，密度計露出部分就小。因此密度計的刻度是不均勻的，下密上疏，刻度值是自上而下增加的，密度計上的數(shù)值表示待測液體的密度是水密度的倍數(shù)。如“0.8”表示該液體密度是。【典型例題】例1. 如圖所示，邊長為10厘米的實心正方體木塊，它的密度為千克/米3，靜止在裝有足量水的容器中，且上下底面與水面平行。（取g=10牛/千克）求： （1）木塊的體積 V木=_=_=

4、_m3 （2）木塊的質(zhì)量和重力 m木=_=_=_kg G木=_=_=_N （3）木塊在水中所受浮力的大小。 物體漂浮 _=_=_N （4）水對木塊下底面的壓力。 由浮力的實質(zhì)可知F下=_=_N （5）水對木塊下底面的壓強(qiáng) p下=_=_=_Pa （6）木塊下底面在水中的深度 h下=_=_=_m （7）木塊浸在水中的體積。 V排=_=_=_m3 分析與解：（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） 例2. 如圖，完全浸沒在水中的乒乓球，放手后，乒乓球從運(yùn)動到靜止的過程中，其浮力大小變化情況是（ ） A浮力不斷變大，但小于重力。 B浮力不變，但浮力大于重力。 C乒乓球露出水面前浮力不變，

5、靜止時浮力等于重力。 D浮力先大于重力，后小于重力。 分析與解：乒乓球完全浸沒在水中時，浮力大于重力，因浮力大小與物體在液內(nèi)深度無關(guān)。因此乒乓球在水中運(yùn)動時所受浮力不變，直到當(dāng)球露出水面時，浮力開始變小，當(dāng)浮力等于重力時，球靜止在水面上，呈漂浮狀態(tài)。故選C。 例3. 質(zhì)量相同的實心木塊、鋁塊、銅塊同時放入足夠深的水槽中靜止時，三個物體所受浮力（ ） A. 木塊最大 B. 鋁塊最大 C. 銅塊最大 D. 一樣大 分析與解：因木塊密度小于水密度，鋁塊和銅塊密度大于水密度。因此木塊將漂浮在水面上而鋁塊和銅塊將浸沒在水中，木塊所受浮力大小等于重力，鋁塊和銅塊所受浮力比重力小。 解答：A。 說明：由于鋁

6、密度小于銅，質(zhì)量相等時，鋁塊體積大于銅塊體積，根據(jù)浮力公式F浮=水gV排可知，鋁塊浮力大于銅塊浮力。 例4. 將重為4.5N、體積為0.5dm3的銅球浸沒在水中后放手，銅球靜止后所受的浮力是_N 分析與解：此題考查學(xué)生是否注意了在解題前先要對物體作“狀態(tài)的判定”，即銅球靜止時是漂浮于水面，還是沉于水中。有的學(xué)生拿到題后，就認(rèn)定V排0.5 dm3，然后根據(jù)F浮液gV排，求出浮力F浮4.9N。 當(dāng)題目未說明銅球靜止時處于什么狀態(tài)，可以用下面方法判定物體的狀態(tài) 解法：求出銅球的密度： 球（g取10N/kg）球0.9×103kg/m3 這是一個空心銅球，且球水，所以球靜止后，將漂浮于水面，得

7、F浮G4.5N 例5. 北京氣象臺每天4次放出氣象探空氣球。氣球所載儀器及球皮的總質(zhì)量為2.7千克。球內(nèi)所充氣體為氫氣。已知?dú)錃獾拿芏葹?.09千克米3，空氣的密度為1.29千克米3。為使這樣的氣球升空，球內(nèi)所充氫氣的體積至少應(yīng)為_米3。 分析與解：氫氣球能升空，是因為它所受的浮力大于它所受的總重力。氣球共受到三個力的作用，它們是空氣對它的浮力F浮，儀器及球皮的總重力G物和氫氣本身的重力G氫。 由于F浮=G物+G氫，即空gV球=m物g+氫gV球 代入數(shù)據(jù)解得V球=2.25m3。 例6. 在遠(yuǎn)洋輪船的船舷上，都漆著五條“吃水線”，又稱“載重線”，如圖所示。其中標(biāo)有W的是北大西洋載重線，標(biāo)有S的是

8、印度洋載重線。當(dāng)船從北大西洋駛向印度洋時，輪船受到的浮力以及北大西洋與印度洋的海水密度和的關(guān)系，有（） A. 浮力增大，B. 浮力減小， C. 浮力不變，D. 浮力不變， 分析與解：由于輪船從北大西洋駛向印度洋時重力沒變，且都浮在液面上，所以浮力相等，則 答案：輪船從北大西洋駛向印度洋時，下沉一些，即輪船排開液體的體積發(fā)生了變化。 解此類問題特別要注意漂浮在液面上的物體是處于平衡狀態(tài)，它受到的浮力和重力互相平衡，二力大小相等，方向相反，同一個物體漂浮在密度不同的液體中時，浸在液體中的體積雖然不同，但是由于物體受到的重力大小不變，浮力總等于重力，所以浮力大小也不改變。 例7. 有一艘潛水艇在水下

9、航行。它先從上面往下沉，后來又從下面往上浮，但是都沒有浮出水面。問它在水里受到的浮力哪一次大？為什么？ 分析與解：潛水艇的潛水和上浮是靠改變自身的重力來實現(xiàn)的。而潛水艇的體積是不變的，只要未浮出水面，它所受的浮力就不變。兩次受到的浮力一樣大。因為在未浮出水面時，潛水艇的體積是不變的，根據(jù)阿基米德原理可知，它所受到的浮力也是不變的。 例8. 現(xiàn)將一支密度計先后放在密度分別為1和2的液體中，如圖比較兩種液體的密度。 分析與解：密度計是測定液體密度的儀器。它浮在不同液體中，它是浮體，由于它本身受到的重力不變，所以它在不同液體中所受的浮力也都相等。它排開液體的體積不同，說明液體的密度不同，當(dāng)它浸入密度

10、大的液體中，它排開液體的體積就小，露出液面G物的部分較多。 解：F浮1=F浮2=G 1gV1=2gV2 V1>V2 1<2 說明： 密度計是利用物體浮在液面的條件工作的，它是測定液體密度的儀器，它是一個封閉的玻璃管，下端裝有鉛粒，使玻璃管能豎直漂浮在液體中，玻璃管的上端呈圓柱形，管的粗細(xì)基本相同，在圓柱上標(biāo)有刻度。將密度計放入待測液體中，液面所對刻度數(shù)值即為此液體的密度。 認(rèn)真觀察可以看出，密度計刻度是不均勻的，靠下邊的刻度數(shù)字較大。它的刻度值一般標(biāo)的是液體的密度與水的密度的比值，如果密度計的讀數(shù)是1.6，則表示這種液體的密度是水的密度的1.6倍，它的密度則是1.6×10

11、3千克米3?！灸M試題】（答題時間：60分鐘）一. 填空題1. 一熱氣球靜止在空中，已知?dú)馇蚝臀矬w總質(zhì)量為100千克，問此時所受浮力為_牛。2. 如圖所示，一物塊懸掛在彈簧測力計下靜止在水中時，彈簧測力計讀數(shù)為2牛；把它用繩系牢在某鹽水中時，繩子拉力為3牛。則物塊在_中所受的浮力大。在兩液體中所受浮力相差_N。 第1題 第2題 第4題3. 可以應(yīng)用合力的知識來討論物體的浮沉條件，設(shè)物體重力為G，浸沒在液體里時所受浮力為F浮，則： （1）當(dāng)物體上浮時，二個力的合力為_，合力的方向和_方向相同； （2）當(dāng)物體在液體中下沉?xí)r，二個力的合力為_，合力的方向和_方向相同； （3）當(dāng)二個力的合力為_時，物

12、體就懸浮。 4. 甲、乙、丙三物體浸沒在液體中受力情況如圖所示，則甲物體將_；乙物體受到的合力方向_，乙物體將_；丙物體將_，丙物體最后靜止時將處于_狀態(tài)，此時它的合力為_。乙物體最后靜止時，受到的重力_于浮力，此時乙物體受_個力作用。 5. 當(dāng)液體密度_于物體密度時，浸沒在液體中的物體就上浮，直至漂浮在液面。當(dāng)液體密度_于物體密度時，浸沒在液體中的物體就下沉。當(dāng)液體密度_于物體密度時，物體就懸浮在液體中任意位置。 6. 一個空心鐵球重12牛，體積1分米3，將它浸沒在水中，它受到的浮力是_牛，由于空心鐵球受到的重力_浮力，它在水中將_。 7. 古代的獨(dú)木舟，就是采用_的方法來增大可以利用的浮力

13、，即使是最現(xiàn)代化的輪船，也保持著這種古老的辦法。 8. 潛艇的上浮和下沉是靠改變_來實現(xiàn)的。潛水艇從水下5米深處，潛至15米深處，所受的浮力_。（選填“變大”“變小”或“不變”） 9. 若氣球的自重加上載重小于它所受的浮力時，氣球就_；當(dāng)我們放出氣球里的氣體，氣球的體積就會_，所受的浮力_，氣球可降回地面。 10. 船從河里開到海里，（），船所受的浮力將_，船排開液體的質(zhì)量_，排開海水的體積_排開河水的體積。 11. 一艘輪船自重為牛，最大載貨量為牛，滿載時輪船的總重為_牛，這是一艘排水量為_噸的貨輪。（g取10牛/千克）。如果卸下牛的貨物，它受的浮力為_牛。 12. 在測量人體血液密度時，血

14、液在某一裝有硫酸銅溶液的試管中懸浮，說明血液的密度_該試管中硫酸銅溶液的密度（填“大于”、“小于”、“等于”）。13. 對于現(xiàn)代生活給人們帶來的緊張癥，可用漂浮療法減輕它漂浮池內(nèi)有一定深度的水，水中加有大量的_ （填“鹽”、“酒精”），任何人進(jìn)入池內(nèi)都會漂浮起來 二. 選擇題 1. 完全浸沒在水中的乒乓球，放手后，乒乓球從運(yùn)動到靜止的過程中，其浮力大小變化情況是（ ） A. 浮力不斷變大，但小于重力 B. 浮力不變，但浮力大于重力 C. 乒乓球露出水面前浮力不變，靜止時，浮力等于重力 D. 浮力先大于重力，后小于重力 2. 一個雞蛋懸浮在鹽水中，現(xiàn)改變它的運(yùn)動狀態(tài)，下列說法正確的是（ ） A.

15、 用筆輕輕推一下雞蛋，雞蛋向下運(yùn)動過程中浮力小于重力 B. 用筆輕輕推一下雞蛋，雞蛋向下運(yùn)動過程中浮力等于重力 C. 向容器中緩慢加入濃鹽水后，雞蛋向上運(yùn)動過程中，未出水面前浮力大于重力 D. 向容器中緩慢加入濃鹽水后，雞蛋向上運(yùn)動過程中，未出水面的浮力等于重力 3. 甲、乙、丙三個體積相同的球浮在同種液體中，如圖所示，則甲、乙、丙三球的密度比較是：（ ） A. B. C. D. 4. 潛水艇在下潛和上浮且都沒露出海面的過程中，下列敘述正確的是（ ） A. 下潛和上浮時，潛水艇所受重力一樣 B. 下潛時所受浮力變小，上浮時所受浮力變大 C. 下潛和上浮時，潛水艇所受浮力一樣 D. 下潛時所受浮

16、力變大，上浮時所受浮力變小 5. 死海不死一文中描述到“將奴隸和俘虜扔進(jìn)海里，屢淹不死”。四位同學(xué)從物理學(xué)角度對該現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，其中說法正確的是（ ） A. 海水的咸度很高，人被扔進(jìn)海里就自然浮起來，沉不下去 B. 海水的密度大于人體的密度，人被扔進(jìn)海里后，處于漂浮狀態(tài) C. 人被扔進(jìn)海里漂浮在海面時，浮力大于人體的重力，沉不下去 D. 人被扔進(jìn)海里漂浮在海面時，浮力等于重力，沉不下去 6. 把完全相同的三只簡易密度計，分別放入三種不同的液體中，如圖所示，三種液體的密度分別為和，則（ ） A. B. C. D. 三個容器中液面不一樣高，無法判定三. 作圖題：1. 如圖所示，物塊被拎著靜止，問

17、此時物塊受到哪幾個力？試在圖中作出各力的示意圖。2. 在圖中，甲、乙、丙、丁是四個材料、體積、形狀互不相同的物體，圖中注明了它們的浮沉情況，試在圖中補(bǔ)畫出每個物體受到的浮力和重力G的完整情況（要求定性地表示出力的大小）。四. 簡答題： 1. 要識別雞蛋是否新鮮，有一種方法是把雞蛋丟在水里，下沉的一般是新鮮雞蛋，上浮的一般是不新鮮的雞蛋，你知道其中的道理嗎？ 2. 如圖所示，展示了一個廣為人知的歷史故事“曹沖稱象”。傳說三國時，孫權(quán)送給曹操一只大象，大象很大，參觀的人紛紛議論這只大象究竟有多重，但是卻想不出稱大象的辦法。曹沖說：只要把大象牽到船上去，看船下沉了多少，在船舷上做個記號，然后把大象牽

18、上岸。再往船上裝石頭，使船沉到原來的記號處，稱出這些石頭有多重就知道大象有多重了。請你運(yùn)用物理知識解釋曹沖稱象的道理。五. 計算題 1如圖所示，邊長為a的正方體物體，放入密度為的液體中，上表面與液面相距h，問物體所受的浮力是多少？ 解：物體的每一個側(cè)面的面積S=_ 物體上表面的壓強(qiáng)p1=_ 上表面受到的壓力F1=_=_ 下表面的深度h2=_，下表面的壓強(qiáng)p2=_ 下表面受到的壓力F2=_=_ 上下表面受到的壓力差（浮力）F浮=_=_2. 氫氣球體積為1500米3，球殼和吊籃總重2500牛，已知?dú)錃獾拿芏葹?.09千克/米3，空氣密度為1.29千克/米3，通過計算判斷這個氣球能吊起重為10000

19、牛的器材嗎？（g取10牛/千克）3. 已知輪船排水量為噸，輪船自重為牛，問（1）它最多能裝多重的貨物？（2）滿載后在東海上航行，輪船浸入海水中的體積是多大？當(dāng)它駛?cè)腴L江后，它受到的浮力是否發(fā)生變化，為什么？（已知海水密度是千克/米3）【試題答案】一. 填空題：1. 980 2. 鹽水；5 3. （1）；浮力 （2）；重力 （3）0 4. 懸?。回Q直向下；下沉；上??；漂??；零；大；3。5. 大；?。坏?6. 9.8N；大于；下沉 7. 空心 8. 自身的重力；不變 9. 上升；變小；減小 10. 不變；不變；小于 11. 12. 等于 13 “鹽” 二. 選擇題 1. C2. BC3. C4. C5. BD6. C三. 作圖題1. 2. 四. 1. 新鮮的雞蛋的密度比水大，所以會在水中下沉，雞蛋儲存久了，里面的空氣增多，密度比水的密度小，所以會在水中上浮