物體的浮沉條件及應(yīng)用 2024-2025學(xué)年人教版物理八年級下學(xué)期

10.3物體的浮沉條件及應(yīng)用“蛟龍”號采用常用的“深潛器無動力下潛上浮技術(shù)”，可實(shí)現(xiàn)下潛、懸浮和上浮。潛水器是如何實(shí)現(xiàn)下潛、懸浮和上浮的呢?浸沒在液體中的物體都會受到浮力的作用，但是有的物體上浮，有的物體下沉，有的物體還會懸浮在液體中。這是為什么?由靜止釋放的物體如何運(yùn)動，取決于它所受力的合力。要分析浸沒在液體中的物體向哪個方向運(yùn)動，需要分析它所受力的合力的方向。物體的浮沉條件浸沒在液體中的物體受到兩個力：豎直向下的重力和豎直向上的浮力。根據(jù)物體所受浮力與重力大小關(guān)系的不同，由靜止釋放的物體，其浮沉存在三種情況。F浮G完全浸入液體內(nèi)的物體的受力分析F浮GF浮GF浮GF?。綠上升F?。紾F?。糋下沉懸浮上升到液面呈漂浮狀態(tài)，F(xiàn)浮逐漸減小到F浮＝G下沉至容器底部，F(xiàn)浮不變，F(xiàn)浮＋N支＝G懸浮F浮GN支當(dāng)浮力F

大于重力G時(圖10.3-1甲)，二力的合力方向向上，物體由靜止開始上??；當(dāng)浮力F等于重力G

時(圖10.3-1乙)，二力的合力為0，物體保持懸浮狀態(tài)；當(dāng)浮力F

小于重力G時(圖10.3-1丙)，二力的合力方向向下，物體由靜止開始下沉。由于浸沒在液體中的物體排開液體的體積跟物體自身的體積相等，因此物體的浮沉情況也可以用物體的密度跟液體密度的大小關(guān)系來判斷。浸沒在液體中的物體由靜止釋放，如果它的密度小于液體的密度，物體將上浮；如果它的密度等于液體的密度，物體可以懸浮在液體內(nèi)；如果它的密度大于液體的密度，物體將下沉。人們正是根據(jù)這個道理，在用鹽水選種時，清除掉漂浮的不飽滿的種子，保留下沉的飽滿種子。鹽水選種如圖10.3-2所示，將新鮮的雞蛋分別浸沒在盛有水和鹽水的容器中，觀察雞蛋在容器中的位置。圖10.3-2觀察雞蛋的位置將新鮮雞蛋浸入水中，由于雞蛋的密度大于水的密度，所以雞蛋在水中下沉，直至沉底。將新鮮雞蛋浸入濃鹽水中，由于雞蛋的密度等于濃鹽水的密度，所以雞蛋在濃鹽水中懸??；繼續(xù)加鹽，當(dāng)雞蛋的密度小于濃鹽水的密度時，雞蛋會上浮，靜止時為漂浮。圖10.3-2觀察雞蛋的位置浮力的應(yīng)用人類從遠(yuǎn)古時代就開始利用浮力了。最初可能是抱住或騎在一段樹干上順?biāo)鳎@是人類最早的航行方式。后來人們發(fā)明了船，它能承載更多的人和物。據(jù)記載，1405年鄭和下西洋時乘坐的木船長約為147m，是當(dāng)時世界上最大的木船(圖10.3-3)。圖10.3-3鄭和下西洋600周年紀(jì)念郵票輪船輪船是用鋼鐵制造的，鋼鐵的密度遠(yuǎn)大于水，怎樣用沉重的鋼鐵制成可以承載很多貨物的船呢?橡皮泥的密度比水大，它在水中會下沉。根據(jù)阿基米德原理，怎樣把橡皮泥做成一條小船，使它能漂浮在水面，并能承載重物(圖10.3-4)?圖10.3-4能承載重物的橡皮泥船把橡皮泥捏成瓢狀放在水面，雖然它所受的重力沒有改變，但是它排開的水的體積變大，因而受到較大的浮力，所以能漂浮在水面上。輪船就是根據(jù)這個道理制造的。輪船的大小通常用排水量來表示。排水量就是輪船裝滿貨物時排開水的質(zhì)量。例如，我國首艘航空母艦遼寧艦(圖10.3-5)的排水量約為6萬噸，表示遼寧艦滿載時，艦載機(jī)和艦身的質(zhì)量之和約為6萬噸。圖10.3-5遼寧艦郵票潛水艇潛水艇能潛入水下航行。它的艇身內(nèi)有水艙(圖10.3-6)，向水艙充水時，潛水艇變重，逐漸入水中。當(dāng)水艙充水后潛水艇所受的重力等于浮力時它可以懸浮在水中。圖10.3-6潛水艇示意圖當(dāng)用壓縮空氣將水艙里的水排出一部分時，潛水艇變輕，從而上浮。實(shí)際航行時，上浮和下潛的過程中潛水艇要開動推進(jìn)器加快上浮和下潛的速度。圖10.3-6潛水艇示意圖氣球和飛艇如果氣球里充的是密度小于空氣的氣體，那么氣球就可以飄在空中。例如，節(jié)日放飛的氣球、攜帶氣象儀器的高空探測氣球，充的是氦氣；體育、娛樂活動用的熱氣球，充的是被燃燒器加熱而體積膨脹的熱空氣(圖10.3-7)。圖10.3-7熱氣球?yàn)榱四芏ㄏ蚝叫?，人們還制成了飛艇：在大氣囊下面裝了帶螺旋槳的發(fā)動機(jī)和載人、裝貨的吊籃。20世紀(jì)20-30年代，飛艇曾盛極一時，用來進(jìn)行軍事偵察轟炸敵方目標(biāo)或作為空中交通工具。圖10.3-8飛艇后來連續(xù)發(fā)生了幾次氣囊中氫氣爆炸的事故，飛艇的飛行速度又不及飛機(jī)，飛艇便逐漸被飛機(jī)取代。近年來由于能源危機(jī)，且可以用不會爆炸的氦氣代替氫氣，人們對造價低廉，消耗燃料少、裝載量大的飛艇又重新重視起來(10.3-8)。圖10.3-8飛艇密度計(jì)圖10.3-9是一種密度計(jì)，它可以漂浮在不同液體中測量液體的密度，在釀酒、石油、化工以及農(nóng)業(yè)選種等方面有廣泛應(yīng)用。這種密度計(jì)通常中間有一個體積較大的玻璃泡。密度計(jì)下方裝著金屬顆粒作為配重，使密度計(jì)漂浮時能保持豎直姿態(tài)。密度計(jì)上方為細(xì)玻璃管，它的內(nèi)部標(biāo)有刻度，測量時可以根據(jù)液面所處的位置直接讀出液體的密度值。圖10.3-9密度計(jì)?一個木塊的體積為200cm3，密度為0.8×10kg3/m3。把它浸沒在水中后由靜止釋放，這個木塊為什么不能懸浮在水中?木塊最終漂浮在水面上時，浸在水中的體積是多少?當(dāng)木塊浸沒水中時，受浮力和重力作用，F(xiàn)浮1＝ρ水gV木＝1×103kg/m3×9.8N/kg×200×10－6m3＝1.96N，

?排水量為1000t的輪船在河水中航行，滿載時船及所裝貨物總共有多重?所受河水的浮力是多少?如果河水的密度為1×103kg/m3，船排開河水的體積是多少?g取10N/kg。輪船的排水量是指輪船滿載時排開水的質(zhì)量(m排)，根據(jù)F＝m排g

可求得F?。?×106kg×10N/kg＝1×107N，由于輪船是漂浮的，所以G總＝F浮＝1×107N，

?體積為120cm3、重1.8N的一塊固體，在密度為1.1×103kg/m3

的鹽水中為什么會下沉?當(dāng)這塊固體浸沒在鹽水中靜止時，容器底部對它的支持力是多少?g取10N/kg。

此時物體受支持力、浮力和重力的作用而平衡，有F支＋F?。紾物，則

F支＝G物－F?。?.8N－1.1×103kg/m3×10N/kg×120×10－6m3＝0.48N.?一個飛艇充入氣體后的質(zhì)量是1.5t，體積為1500m當(dāng)飛艇懸浮在空中時，它裝了多少貨物?空氣的密度取1.29kg/m。g取10N/kg。由阿基米德原理求出飛艇所受浮力

F?。溅芽諝鈍V排＝1.29kg/m3×10N/kg×1500m3＝1.935×10N，飛艇的重力G飛艇＝m飛艇g＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N，

?如圖10.3-10所示的自制簡易密度計(jì)是把吸管的下端密閉并纏繞一段銅絲做成的。將其放入盛有不同液體的兩個杯子中，它會豎直立在液體中。由觀察到的現(xiàn)象判斷甲、乙哪杯液體的密度大，說出你的理由。圖10.3-10圖10.3-10密度計(jì)在甲、乙兩種液體中都是漂浮的，有F浮＝G物，所以該密度計(jì)在兩種液體中受到的浮力相等。由甲、乙兩圖可知，V排甲＞V排乙，根據(jù)F浮＝ρ液gV排可知，乙液體的密度大。1.把體積為200cm3、質(zhì)量為0.22kg的物體放入水中，當(dāng)物體靜止時，它所處的狀態(tài)及受到的浮力大小分別是(g取10N/kg)()A.漂浮，F(xiàn)?。?NB.漂浮，F(xiàn)?。?NC.沉底，F(xiàn)浮＝2ND.沉底，F(xiàn)浮＝