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第三节物体的浮与沉【新课导思】潜水艇是海军作战的重要舰艇之一,用于攻击对方水面上的战舰和水中的潜水艇,也可以袭击陆地上的重要军事目标。潜水艇可以浮在水面,也可以潜入水底,你知道潜水艇是怎样实现浮沉的吗?【目标导学】1.知道物体的浮沉条件是由浮力和重力决定的,会判断物体的浮沉状态。2.会根据物体密度和液体密度的关系,判断物体的浮沉状态。3.了解密度计、盐水选种、潜水艇、热气球的工作原理。4.能应用物体的浮沉条件解决问题。【自主预习】1.物体的浮沉条件:(1)浮力_____重力,物体上浮。(2)浮力_____重力,物体下沉。(3)浮力_____重力,物体处于悬浮或漂浮状态。大于小于等于2.浮沉条件的应用:(1)密度计:处于漂浮状态,浮力_____重力。(2)盐水选种:虫蛀的种子:浮力_____重力,种子上浮直至漂浮;饱满的种子,浮力_____重力,种子下沉。(3)潜水艇:通过改变___________实现下潜和上浮。(4)热气球:热气球内气体的密度_____空气的密度。等于大于小于自身的重力小于知识点一物体的浮沉条件1.实验设计:在瓶子中加不同质量的水改变瓶子内水的________,把瓶子浸没在水中,瓶子体积不变,受到的浮力________,观察瓶子的浮沉情况。参考答案:重力不变2.实验现象及分析:(1)如图甲所示,把拧紧盖的空玻璃瓶浸没在水中,然后松手,小瓶向上加速运动,则浮力______________重力,即处于________________状态。最终瓶子__________在水面上,根据二力平衡条件,此时浮力__________重力。(2)如图乙所示,把装满水并拧紧盖的玻璃瓶浸没在水中,然后松手,小瓶向下运动,则浮力______________重力,即处于________________状态。(3)如图丙所示,在玻璃瓶内装适量水,浸没在水中,玻璃瓶静止,则浮力__________重力,即处于____________状态。参考答案:(1)大于上浮漂浮等于(2)小于下沉(3)等于悬浮3.实验结论:由现象分析可知浸没在液体中的物体,其浮沉取决于它所受到的________和________的大小。(1)浮力________重力时,上浮。(2)浮力________重力时,下沉。(3)浮力________于重力时,悬浮或漂浮。参考答案:浮力重力(1)大于(2)小于(3)等于4.将物体完全浸没在液体中,结合图示和物体的浮沉条件,分析当物体上浮、悬浮、漂浮时,物体密度与液体密度的关系。(1)当物体完全浸没在液体中时,V排________V物。(2)根据F浮=ρ液gV排和G物=ρ物gV物,分析:①物体上浮时,F浮G物,故ρ液________ρ物,最终物体漂浮在水面。②物体悬浮时,F浮=G物,故ρ液________ρ物。③物体下沉时,F浮G物,故ρ液________ρ物。提示:由于浸没在液体中的物体V排=V物,根据公式F浮=ρ液gV排和G物=ρ物gV物可知,物体的浮沉情况可以用物体的密度和液体密度的大小来描述。当浮力大于重力时,ρ液gV排ρ物gV物,则液体密度大于物体密度,物体上浮;当浮力小于重力时,ρ液gV排ρ物gV物,液体密度小于物体密度,物体下沉;当浮力等于重力时,ρ液gV排=ρ物gV物,液体密度等于物体密度,物体悬浮。参考答案:(1)=(2)①大于②等于③小于5.交流与讨论:(1)上浮的物体受到的浮力一定大于下沉的物体受到的浮力吗?参考答案:不一定。物体的浮沉由物体本身受到的浮力和重力大小的关系决定,物体上浮,只能说明物体受到的浮力大于物体受到的重力,但是受到的浮力不一定大。比较两个物体受到浮力大小时,要比较物体排开液体的体积和液体的密度。(2)悬浮在液体中的物体只能在某一位置静止吗?参考答案:不一定。只要物体受到的浮力等于重力,物体可能悬浮在液体中的任何位置。【示范题1】(齐齐哈尔中考)一个李子的体积约为60cm3,质量约为66g,若把李子放入水中静止时将________(选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”)。一个西瓜的体积为6×103cm3,所受重力为55N,若把西瓜浸没在水中后放手,当西瓜静止时所受浮力为________N。【精讲精析】李子的重力:G=mg=0.066kg×10N/kg=0.66N;李子全部浸没的浮力:F浮=ρ水gV排=103kg/m3×10N/kg×60×10-6m3=0.6N因为F浮G,所以松手后李子会下沉。将西瓜浸没在水中时,V排=V物=6×103cm3=6×10-3m3,此时西瓜受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×6×10-3m3=60N,西瓜所受重力为55N因F浮G,所以西瓜将上浮,最终处于漂浮状态,此时受到的浮力F浮′=G=55N。答案:沉底55【备选例题】(龙东地区中考)将一个新鲜的鸡蛋分别浸入水和浓盐水中,静止后如图所示,则鸡蛋在两液体中的浮力关系是F甲________F乙,若鸡蛋的质量为50g,则鸡蛋在乙杯盐水中所受到的浮力为________N。【精讲精析】解答本题应抓住三个问题:(1)阿基米德原理:根据图示可知,鸡蛋在水和浓盐水中排开液体的体积相同,因为水的密度小于浓盐水的密度,因此由F浮=ρ液gV排可得,鸡蛋在浓盐水中受到的浮力较大,故F甲F乙。(2)判断物体的状态:鸡蛋在浓盐水中处于悬浮状态。(3)物体的浮沉条件:鸡蛋受到的浮力等于重力,即F浮=G=mg=0.05kg×10N/kg=0.5N。答案:0.5【易错易混警示】(1)漂浮和悬浮是两种不同的平衡状态,虽然都满足F浮=G物,但悬浮时V排=V物,且ρ液=ρ物;漂浮时V排V物,且ρ液ρ物。(2)同一个物体漂浮在不同的液体里,所受的浮力相等。但浸没在不同液体中时,体积不变,由于液体密度改变,所受浮力大小也会改变。知识点二浮沉条件的应用1.密度计:密度计在不同液体中都漂浮,所受浮力始终等于重力,因此密度计在不同液体中所受浮力相等,由公式F浮=ρ液gV排可得:;所以密度计排开液体的体积越大,表明液体的密度就越小;反之,排开液体的体积越小,表明液体的密度越大;因此根据密度计排开液体的体积(即液面所对应密度gV液排F=浮计的位置),判断液体的密度。2.盐水选种:(1)当ρ液ρ种时,F浮G种,种子上浮;即干瘪、虫蛀的种子密度小,所受的浮力大于自身的重力而上浮。(2)当ρ液ρ种时,F浮G种,种子下沉;即饱满的种子密度大,所受的浮力小于自身的重力而下沉。3.潜水艇:潜水艇两侧有水舱,水舱能改变潜水艇本身的重力,从而实现浮沉。【示范题2】(南京中考)如图所示,将苹果和梨子放入水中后,苹果漂浮,梨子沉底,若苹果的质量、体积及受到的浮力为m1、V1和F1,梨子的质量、体积及受到的浮力为m2、V2和F2,现有以下判断:(1)若m1m2,则F1一定小于F2。(2)若m1=m2,则F1一定大于F2。(3)若V1=V2,则F1一定小于F2。(4)若V1V2,则F1一定大于F2。其中正确的是()A.(1)(3)B.(1)(4)C.(2)(3)D.(2)(4)【精讲精析】本题考查浮力、物体的浮沉。因为苹果漂浮,梨子沉底,所以F1=G苹果=m1g,F2G梨子=m2g,若m1m2,则F1F2,若m1=m2,则F1F2,(1)错(2)对;根据阿基米德原理,F浮=ρgV排,若V1=V2,则V排苹果V排梨子,F1F2;若V1V2,V排苹果与V排梨子不能确定大小,F1、F2不能确定大小,(3)对(4)错。故选C。答案:C【备选例题】(成都中考)关于物体沉浮条件及应用实例,下列分析合理的是()A.同一密度计在不同液体中漂浮时,所受浮力大小相同B.轮船从长江驶入东海,吃水深度变大C.橡皮泥捏成小船后可以漂浮在水面,是通过改变自身重力实现的D.潜水艇靠改变排开水的体积来改变浮力,从而实现上浮和下沉【精讲精析】密度计是漂浮在液体中,所受浮力等于本身的重力,而重力不变,所以所受浮力大小相同,故A正确;轮船从长江驶入东海,所受浮力等于本身的重力不变,由于水的密度变大,则轮船浸入水的体积变小,所以吃水深度变小,故B错误;橡皮泥捏成小船后可以漂浮在水面,橡皮泥的重力不变,是通过改变排开水的体积来实现漂浮的,故C错误;潜水艇在水中排开水的体积不变,受到的浮力不变,为了实现上浮和下沉,是通过改变自身的重力来实现的,故D错误。故选A。答案:A【知识拓展】排水量表示船舶尺度的大小的重要指标,是船舶按设计的要求装满货物——满载时排开水的质量。排水量通常用吨位来表示,所谓排水量吨位是船舶在水中所排开水的吨数。【教材图片·考点阐释】命题点物体的浮沉条件人能在死海中悠闲地阅读,是因为死海的海水密度________人体的密度,使人浸没在水中时受到的浮力________人的重力,人就上浮最终漂浮在水面上,此时浮力________人的重力。(均选填“大于”“等于”或“小于”)答案:大于大于等于命题点浮沉条件的应用孔明灯使用时,加热灯笼内的空气,罩内气体的密度________灯罩外空气的密度,孔明灯的重力减小,当孔明灯受到空气的浮力________受到的重力,孔明灯就会上升。(均选填“大于”“等于”或“小于”)答案:小于大于