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第4节沉与浮第2课时物体的浮沉条件的应用JK·八年级物理下册第十章流体的力现象新课导入以上这些情景图片中，都是浮沉条件在我们生活中的应用，它们到底和浮力有怎样的关系呢？下面我们就一起来探究吧。知识1轮船和潜水艇1.轮船实验：两个外形相同的铁罐子，一个空心，一个装满沙；同时按入水中，松手后实心的下沉，空心的上浮最终漂浮。思考：（1）铁的密度大于水的密度，空心的铁罐子为什么能漂浮呢？（2）要想让实心的铁罐子也漂浮，可以怎么办呢？（3）大家是如何调节铁罐子的浮沉的呢？（1）可能是F浮＞G物，因为它是空心的，所以能上浮，最终能漂浮。（2）把沙取出来，变成空心的。（3）F浮不变，挖空使G物变小，当F浮＞G物，铁罐子自然就浮起来了。上述实验告诉我们采用“空心”的办法，不仅可以增大漂浮物体可利用的浮力，还可以使下沉的物体变得上浮或漂浮.这个方法早就得到了应用——轮船。轮船工作原理：空心法，即把密度比水大的钢材制成空心的，使它能排开更多的水，增大可利用的浮力，从而漂浮在水面上，这是浮沉条件的应用.同一艘轮船，不论在海里航行，还是在河里航行，F浮均等于G，所以F浮不变，由阿基米德原理F浮=ρ液gV排知，由于海水和河水的密度不同，所以V排不同，ρ液大则V排小，ρ液小则V排大，因此轮船在海水里比在河水里浸入的体积小。轮船的大小通常用排水量表示，排水量即轮船满载货物时排开水的质量。如果将上述质量转换成重力也就是船满载后受到水的浮力（即船受到的最大浮力）。排水量=船自身质量+满载时货物的质量，即m排=m船+m货.思考题：（1）轮船从河水驶入海里，它的重力变不变？它受到的浮力变大、变小还是不变？（2）它排开的水的质量变不变？（3）它排开的水的体积变不变？（4）它是下沉一些，还是上浮一些？（提示：同一条船在河里和海里时，所受浮力相同，但它排开的河水和海水的体积不同。因此，它的吃水深度不同）不变不变体积变小上浮（1）重力不变；浮力不变，因为始终漂浮；（2）质量不变，因为浮力不变；（3）体积变小，因为海水密度大于河水密度，即ρ海水＞ρ水，所以V排海水＜V排河水；（4）上浮一些，因为V排变小了。2.潜水艇潜水艇能潜入水下航行，进行侦查和袭击，是一种很重要的军事舰艇。它是怎么工作的呢？好，下面请大家分组进行实验——制作潜水艇。我们用打点滴用的小塑料管来模拟潜水艇。请同学们利用和塑料管连接的细管给塑料管吹气或吸气。观察到的现象：吸气时，水逐渐进入管中，管子下沉；吹气时，管中的水被排出，管子上浮。思考题：（1）小塑料管浸没在水中所受F浮是否变化？（2）那它是怎样上浮或下沉的呢？解答：（1）由于塑料管形变很小，V排基本不变，所以可以认为F浮不变；（2）吹气时，水从管子中排出，重力变小，F浮＞G物，所以上浮；吸气时，水进入管子，重力变大，F浮＜G物，所以下沉。潜水艇：潜水艇两侧有水舱，当往水舱中充水时，潜水艇加重，就逐渐潜入水中；当水舱充水使艇重等于同体积水重时，潜水艇就可悬浮在水中；当压缩空气使水舱中的水排出一部分时，潜水艇变轻，就可上浮了。1.潜水艇原理：靠改变自身重力来实现在水中的浮沉；2.潜水艇浸没在水下不同深度所受浮力相同，因为排开水的体积不变，始终等于潜水艇的体积。例题1一艘轮船的排水量是10000t，它满载货物时的总质量是t，该船满载货物时受到水的浮力是N．若该船从大海驶入内河，船的重力大小（选填“变大”“变小”或“不变”，下同），受到的浮力大小，由于河水密度比海水密度小，所以它排开水的体积，因此轮船要（选填“上浮一些”或“下沉一些”）。（g取10N/㎏）解析：轮船满载时受到的浮力F浮=G排=m排g=10000×103kg×10N/kg=1×108N，∵轮船漂浮，∴F浮=G=mg=m排g；∴船满载货物时的总质量：m=m排=10000t；当船从大海驶入内河，船自重不变，∵船漂浮，∴船受到的浮力不变；∵F浮=ρ水V排g，ρ河水＜ρ海水，∴排开河水的体积大于排开海水的体积，船将下沉一些。答案：100001×108不变不变变大下沉一些例题2潜水艇浸没在水中，在它下潜的过程中，关于它受到的重力和浮力的说法正确的是（）A.重力不变，浮力不变B.重力变大，浮力变小C.重力变大，浮力不变D.重力变小，浮力变大解析：潜水艇下潜时让水进入载水舱，从而增大了自身的重力；而由于潜水艇排开水的体积不变，故所受浮力不变；当重力大于浮力时，潜水艇就会下沉.答案：C知识点2气球和飞艇实验“做一个塑料袋热气球”问题：用电吹风向袋内吹热空气后袋内空气密度怎样变化？气体密度变小为什么热气球和飞艇会飞起来呢？热气球和飞艇内的气体密度小于外面的空气的密度，受到的浮力大于自身的重力热气球和飞艇的原理：ρ气球＜ρ空气，使它受到的F浮＞G物而升空要使充了氦气、升到空中的气球落回地面，你们能想出什么办法？要使热气球落回地面，又有什么办法？氦气球可以放气，热气球可以停止加热。例题3如图是高空中的一只热气球，以下有关它的说法正确的是（）A.为使静止的热气球下降，必须继续给热气球中的空气加热B.为使静止的热气球下降，只需把热气球上的物体抛掉一部分C.正在匀速下降的热气球，假如有一物体从热气球上掉下，热气球将立即上升D.正在匀速下降的热气球，假如有一物体从热气球上掉下，热气球将先下降后上升解析：静止的热气球处于平衡状态，受到的重力和浮力是一对平衡力，故两者大小相等。通过对气球加热，使气球内的空气膨胀、体积增大，从而使所受的浮力增大。此时浮力大于重力，所以气球上浮而不是下降；当把气球上的物体扔掉一部分，气球的重力减小，小于浮力，所以气球上浮而不是下降，故A、B均错误。正在匀速下降的热气球处于平衡状态，受到的重力和浮力是一对平衡力，所以两者大小相等。假如有一物体从热气球上掉下，此时重力小于浮力，但由于惯性，气球不会立即上升，而是先下降后上升。故C错误，D正确。答案：D知识点3密度计我们在前面学习了用天平、量筒可以测量液体的密度，能否设计一个仪器直接测量出液体的密度呢？密度计用途：它是用于测定液体密度的仪器；构造：它是一根上部标有刻度，形状特殊的玻璃管，管下部的玻璃泡内封装入小铅丸或汞（如图所示）；原理：它是根据漂浮时的受力平衡及阿基米德原理制成的，密度计在任何液体里都是呈漂浮状态，所受浮力大小不变，都等于它的重力.根据浮力公式F浮=ρ浮gV排，液体密度较大的时候，密度计露出部分多，反之就少，所以密度计上的刻度数是上面较小而下面较大，密度计上的数值表示待测液体密度是水密度的倍数.如“1.8”表示该液体密度是1.8×103kg/m3.请大家仔细观察密度计的刻度值的标注方法，它是按从上到下还是从下到上的方向标注？下面大，上面小你能说说这种标注的道理吗？思考题：（1）漂浮在液面上的密度计，所受浮力F浮、重力G关系；（2）根据阿基米德原理，F浮=；（3）排开液体的体积V排=；（4）密度计的横截面积S可以看作是一定的，因此，浸入液体的深度h浸入=.答案：（1）F浮=G（2）ρ液V排g（3）h浸入S（4）G/（ρ液Sg）=m/（ρ液S）【总结】由于密度计的质量m、横截面积S一定，故密度计浸入液体中的深度h浸入与液体的密度ρ液成反比。即液体的密度越大，浸入的深度越小；液体的密度越小，浸入的深度越大。所以，密度计的刻度值从上向下标注，即上小下大。例题4如图所示，把一个自制的密度计分别放入三种不同的液体中，则下列判断正确的是（）A.这个密度计在丙液体中受到的浮力较大B.这个密度计在乙液体中受到的浮力较大C.甲液体的密度较大D.丙液体的密度最小解析：密度计在液体中处于漂浮状态F浮=G密，则A、B错，由于密度计浸入液体的深度越小，说明液体密度越大，则ρ乙ρ甲ρ丙，则C错，D正确。