初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）第3节 物体的浮沉条件及应用当堂达标检测题

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第十章 浮力
专题18.物体浮沉条件及应用

1.物理观念：理解物体的浮沉条件，包括物体的密度与液体密度的关系，以及由此产生的浮力与重力的对比关系。这是理解物体浮沉现象的基础。能运用浮沉条件解释和说明生活生产实际中的现象，例如船只的浮沉、潜水器的升降等。
2.科学思维：能运用平衡和非平衡的思想分析物体的浮沉情况，也能用转换及等效思想解决实际问题。
3.科学探究：通过实验，学生可以观察物体在不同密度液体中的浮沉情况，从而更直观地理解浮沉条件。同时，实验还可以培养学生的动手能力和科学探究精神。
4.科学态度与责任：通过对浮沉条件的学习和应用，学生可以学会如何分析和解决与浮沉相关的物理问题。能对我国高科技产品，比如辽宁舰等在大海中航行用到的相关知识有进一步了解，激发同学们学习热情，做有理想有担当的新时代青年。

知识点1.物体的浮沉条件
1. 前提条件：物体浸没在液体中，且只受浮力和重力。
2. 重力与浮力的关系如下表所示：
【重点栓释】
（1）密度均匀的物体悬浮（或漂浮）在某液体中，若把物体切成大小不等的两块，则大块、小块都悬浮（或漂浮）。
（2）物体漂浮在密度为ρ的液体中，若露出体积为物体总体积的，则物体密度为ρ。
（3）悬浮与漂浮的比较：相同点： ；
不同点：悬浮时，，；漂浮时，，。
（4）判断物体浮沉（状态）有两种方法：比较与G或比较与。
（5）物体吊在测力计上，在空中重力为G，浸在密度为ρ的液体中，示数为F，则物体密度为：。
（6）冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体，冰化为水后液面不变；冰中含有铁块、石块等密大于水的物体，冰化为水后液面下降。
3. 漂浮问题“五规律”：
（1）物体漂浮在液体中，所受的浮力等于它受的重力；
（2）同一物体在不同液体里漂浮，所受浮力相同；
（3）同一物体在不同液体里漂浮，在密度大的液体里浸入的体积小；
（4）漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几，物体密度就是液体密度的几分之几；
（5）将漂浮物体全部浸入液体里，需加的竖直向下的外力，外力等于液体对物体增大的浮力。
知识点2. 浮沉条件的应用
1.轮船
（1）工作原理：要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的，使它能够排开更多的水。
（3）排水量：轮船满载时排开水的质量。单位是t，由排水量m 可计算出：排开液体的体积；排开液体的重力；轮船受到的浮力，轮船和货物共重。
注意：轮船始终漂浮在水面上，F浮＝G，当它从内陆河中驶入海中，受到的浮力是不变的，由于海水的密度大于河水的密度，它排开海水的体积小于排开河水的体积，所以它要上浮一些。
2. 潜水艇
（1）工作原理：潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。
（2）潜水艇在水面下潜行时，浸没在水中的潜水艇排开水的体积不变，受到的浮力也不变。
3. 气球和飞艇
工作原理：气球是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度小于空气的气体如：氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡，人们把气球发展成为飞艇。
4. 密度计
（1）原理：利用物体的漂浮条件来进行工作。
（2）构造：测定液体密度的仪器。下面的金属粒能使密度计直立在液体中。
（3）刻度：刻度线从上到下，对应的液体密度越来越大（上小下大）。
注意：在解决比较难的浮力问题时，经常用到二力平衡的思想。
（1）物体漂浮或者悬浮时，物体处于平衡状态，这时浮力等于重力F浮=G
（2）有一个重物压在物体上，物体静止在液体表面或者悬浮在液体中，这时物体的重力加上重物的压力等于物体在液体中受到的浮力，即F浮=G+N
（3）物体挂在弹簧秤下，并且部分或全部浸在液体中，物体平衡时，物体重力等于弹簧秤读数加上物体受到的浮力，即F浮+F=G
（4）物体在液体里，物体下端用绳拴住，并且部分或全部浸在液体中，物体平衡时，物体重力加上绳的拉力等于物体受到的浮力，F浮=G+F
【轻松一刻】等效方法运用
‌曹冲称象的故事讲述了曹操的儿子曹冲如何巧妙地称出大象的重量。‌这个故事发生在三国时期，当时孙权送给曹操一只大象，曹操想知道大象的重量，但大臣们都没有想出办法。曹冲提出将大象放在大船上，刻下水位标记，然后将石头装上船直到水位回到标记处，这样石头的重量就等于大象的重量。通过这种方法，成功称出了大象的重量。‌这个故事不仅展示了曹冲的聪明才智，还体现了他的仁爱和通达。曹冲曾智救库吏，通过自己的智慧帮助了许多人免于惩罚，曹操也因此更加宠爱这个聪明的儿子。曹冲称象的方法简单而巧妙，利用了物理学的浮力原理，显示出他在年幼时就已经具备超乎常人的智慧。
对排水量概念理解错误，导致解答问题失败。
错误认识：轮船的大小用排水量表示，即满载货物时排开水的重力G排。
正确认识：轮船的大小用排水量表示，即满载货物时排开水的质量m排。

考查角度1. 利用浮沉条件判断物体浮沉情况
两种方式比较物体的浮沉条件
（1）比较浮力与重力的大小
①F浮＞ G时，物体上浮；
②F浮＜ G时，物体下沉，直至沉底；
③F浮＝ G时，物体悬浮或漂浮。
（2）比较液体密度和物体密度的大小
①ρ液＞ρ物时，物体上浮，直至漂浮状态；
②ρ液＜ρ物时，物体下沉，直至沉底状态；
③ρ液＝ρ物时，物体悬浮在液体中的任意位置。
【例题1】物理课上，老师将整个橙子放入水中，漂浮在水面上，如图甲。将其切成大小两块，再次投入水中，发现大块仍漂浮，小块缓慢沉入水底，如图乙。下列说法正确的是（ ）
A．整个橙子的密度等于水的密度
B．大块橙子受到的浮力大于其重力
C．小块橙子缓慢沉入水底的过程中受到的浮力逐渐变小
D．两块橙子受到浮力之和不可能大于整个橙子受到的浮力
【答案】D
【解析】A．整个橙子放入水中，漂浮在水面上， 整个橙子的密度小于水的密度，故A错误；
B．将其切成大小两块，再次投入水中，发现大块仍漂浮，大块橙子受到的浮力等于其重力，故B错误；
C．小块橙子缓慢沉入水底的过程中，体积不变，排开水的体积不变，由阿基米德原理可知其受到的浮力不变，故C错误；
D．整个橙子在水中漂浮，所受浮力等于其重力。将其切成大小两块，再次投入水中，大块橙子受到的浮力等于自身重力，小块橙子受到的浮力小于自身重力，两块橙子受到浮力之和小于整个橙子受到的浮力，故D正确。故选D。
考查角度2. 物体的浮沉条件解决实际应用
1.浮力控制原理：由阿基米德原理F浮＝G排＝ρ水gV排可知，浸在液体中的物体，所受浮力的大小是由液体的密度和物体排开液体的体积决定的。
(1）增大浮力的方法
①增大液体的密度。如水中加盐搅拌后，可使沉底的鸡蛋浮起来。
②增大物体排开液体或气体的体积。如飞艇、热气球、钢铁制成的轮船等。
(2）减小浮力的方法
①减小液体的密度。如往盐水中加清水，可减小液体的密度以使漂浮的鸡蛋下沉至水底。
②减小物体排开液体（或气体）的体积。如飞艇降落时，通过将辅助气囊中的气体放出，使飞艇排开空气的体积减小，从而减小空气浮力，使飞艇降落。
2.浮沉条件的应用实例
(1）轮船
①漂浮原理：“空心法”控制浮沉，即把密度比水大的钢铁制成空心的，使其能排开更多的水，从而增大其所受浮力，使轮船可以漂浮在水面上。
②工作分析：同一艘轮船，不论是在河（江）水里行驶，还是在海水里行驶，都是处于漂浮状态的，即满足 F浮＝ G（浮力的大小是不变的）。不同之处在于河（江）水与海水的密度不一样，由阿基米德原理F浮＝ G排＝ ρ液gV排可知，当轮船从海水中驶人河（江）水中时，ρ液变小， V排变大，轮船应会沉下去一些，即轮船的吃水深度变大；反之，轮船从河（江）水中驶人海水中时，ρ液变大， V排变小，轮船应会浮上来一些，即轮船的吃水深度变小。
③大小表示：轮船的大小通常用排水量来表示。排水量就是轮船装满货物时排开水的质量，即m 排 ＝m船+m货。
(2)潜水艇
①浮沉原理:通过改变自身的重力来实现上浮或下潜。
②工作分析:当潜水艇浸没在水中时,其排开水的体积是不变的,因此潜水艇浸没后受到的浮力不变。但潜水艇的艇身装有水舱(如图所示),当向水舱充水时,潜水艇变重(F＜G),逐渐潜入水中;当水舱充水后潜水艇重等于同体积的水重时(F＝G),它可以悬浮在水中;当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时,潜水艇变轻(F浮＞ G),从而上浮。
(3)气球和飞艇
①升降原理:通过改变自身的重力和体积来实现升降。
②工作分析:气球和飞艇(如图所示)里充入的是密度小于空气的气体,在空气中受到向上的浮力F浮和向下的重力G球(G球＝G壳+ G气,G气很小)。以热气球为例进行分析。
当F浮＞G壳＋G气时,气球上升；升空过程中空气的密度逐渐变小,由 F浮＝ρ空gV排可知F浮变小，当F浮＝G壳十G气时,气球悬浮于一定高度处；若要继续上升,就要减小G壳(只需将原来装在气囊壳体中的重物抛掉即可)，使F浮＞G壳十G气，当达到一定高度,又会出现F浮＝ G壳+G气的情况，气球又将悬浮。要下降时,需将气囊中的气体放出一些,使气囊体积变小，即V排变小,从而使F浮变小,当F浮＜G壳+G气时，气球下降随着高度的降低,空气的密度将变大,则F浮变大,当F浮＝G壳+G气时,气球在空中悬浮；若继续放出气体,气球将继续下降。
【例题2】关于浮沉条件的应用，下列说法中正确的是（ ）
A．向放有鸡蛋的清水中加盐，鸡蛋上浮，是由于鸡蛋的重力变小
B．气象用探测气球里所充气体的密度小于空气的密度
C．轮船漂浮在水面，它受到水的浮力可能大于它受到的重力
D．密度计放在不同液体中所受浮力的大小与液体密度有关
【答案】B
【解析】A．向放有鸡蛋的清水中加盐，液体密度变大，未露出液面前，排开液体体积不变，根据可知浮力变大。所以鸡蛋上浮，是由于鸡蛋的浮力变大，而鸡蛋自身重力不变，故A错误；
B．气象探测气球在空气中能够上浮，根据浮沉条件可知，气球的整体密度小于空气的密度，所以气球内充气体的密度一定小于空气的密度，故B正确；
C．轮船漂浮在水面时，处于平衡状态，它受到水的浮力等于它受到的重力，故C错误；
D．密度计放在不同液体中都是漂浮的，漂浮时其受到的浮力等于自身重力，同一支密度计重力不变，所以密度计放在不同液体受到的浮力的大小不变，即密度计受到的浮力与液体密度无关，故D错误。故选B。

1.室内火灾发生时，受困人员应采取弯腰甚至匍匐的姿势撤离，以尽量减少有害气体的吸入。这是因为燃烧产生的有害气体（ ）
A．温度较低，密度较大，聚集在下方B．温度较低，密度较小，聚集在上方
C．温度较高，密度较大，聚集在下方D．温度较高，密度较小，聚集在上方
【答案】D
【解析】室内火灾发生时，温度较高，室内有毒气体体积膨胀，密度减小；根据物体的浮沉条件，有毒气体漂浮在房间的上方。所以，为有效避免吸入有害气体或被灼伤，受困人员应采取弯腰甚至匍匐的姿势撤离火场。故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。
2.小京洗水果时，发现体积较小的桔子漂浮在水面上，而体积较大的芒果却沉在水底，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．桔子的密度小于芒果的密度B．桔子受到的浮力大于它受到的重力
C．桔子受到的重力小于芒果受到的重力D．桔子受到的浮力大于芒果受到的浮力
【答案】AC
【解析】依题意得，体积较小的桔子漂浮在水面上，而体积较大的芒果却沉在水底。
A．由浮沉条件得，桔子的密度小于水的密度，芒果的密度大于水的密度，因此桔子的密度小于芒果的密度，故A正确；
B．桔子受到的浮力等于它受到的重力，故B错误；
CD．桔子体积小于芒果体积，桔子排开水的体积小于桔子的体积，芒果排开水的体积等于芒果的体积，则桔子排开水的体积小于芒果排开水的体积，由得，桔子受到的浮力小于芒果受到的浮力，桔子受到的浮力等于它受到的重力，芒果受到的浮力小于它受到的重力，则桔子受到的重力小于芒果受到的重力，故C正确，D错误。故选AC。
3.水平桌面上，甲、乙两个相同的杯中盛有密度不同的液体，现将两个完全相同的小球分别放入杯中，待小球静止时，两杯中液面恰好相平，小球的位置如图所示，则（ ）
A．乙杯底部受到液体的压强较大B．甲杯中小球受到的浮力较大
C．甲杯中液体密度较大D．向乙杯中缓慢倒入同种液体，小球受到的浮力增大
【答案】A
【解析】AC．小球在甲中下沉ρ甲＜ρ物
在乙中漂浮ρ乙>ρ物
则ρ乙>ρ甲
两杯中液面恰好相平，由p＝ρgh
可知，乙杯底部受到液体的压强较大，故A符合题意，C不符合题意；
B．小球在甲中下沉，受到的浮力小于物体重；在乙中漂浮，小球受到的浮力等于物体重；因此甲杯中小球受到浮力较小，故B不符合题意；
D．向乙杯中缓慢倒入同种液体，乙中仍漂浮，浮力仍等于重力，重力不变，浮力不变，故D不符合题意。故选A。
4.如图所示，水平桌面上放置两个相同的容器，甲中有一小物块悬浮于水中，乙中有一个小球漂浮在水面上，此时容器内水面高度相同。则下列说法正确的是（ ）
A. 两个容器对桌面的压强关系：p甲＜p乙
B. 水对两个容器底部的压力关系：F甲>F乙
C. 如果向甲中加入酒精并搅拌均匀，小物块受到的浮力变小
D. 如果向乙中加入盐水并搅拌均匀，小球受到的浮力变大
【答案】C
【解析】A．甲容器对桌面的压力为
F甲=G水+G杯+G物块
乙容器对桌面的压力为
F乙=G水+G杯+G小球
物块悬浮，所以
F物块浮=G物块=G物块排
小球漂浮，所以
F小球浮=G小球=G小球排
因为容器内水面高度相同，且底面积相同，所以p甲=p乙，故A错误；
B．由题意可知，水的密度ρ和深度h都相同，根据p=ρgh可得，水对两个容器底部的压强关系为p甲=p乙，根据F=pS可得，水对容器底部的压力关系为F甲=F乙，故B错误；
C．物块悬浮在甲容器中，ρ物块=ρ水，如果向甲容器中加入酒精，则液体密度减小， 由
F浮= pgV排可知，物块受到的浮力变小，故C正确；
D．小球漂浮在乙容器中，向乙容器中加入盐水，液体密度增大，小球仍然漂浮在液面上，那么小球受到的浮力等于自身的重力，小球的重力没变，小球受到的浮力不变，故D错误。
故选C。
5.我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟方米深处多次成功坐底，标志着我国在载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号在深水下潜过程中所受水的压强_____，浮力_____。（两空均选填“变大”、“变小”或“不变”，整个过程潜水器的体积不变）
【答案】 变大 不变
【解析】奋斗者号在下潜过程，深度变深，据p=ρgh知，所受水的压强变大。
下潜过程，奋斗者号体积不变，排开水的体积不变，据阿基米德原理知，所受的浮力不变。
6.将两个相同的小球分别放入装满不同液体的甲乙相同烧杯中，稳定后如图所示，甲中小球漂浮，乙中小球沉底，甲烧杯溢出的液体质量_______（选填“大于”、“小于”或“等于”）乙烧杯溢出的液体质量，此时_______（选填“甲”或“乙”）杯底部受到的液体压力较大。
【答案】 大于 甲
【解析】甲乙中小球相同重力，甲中小球漂浮，浮力F1等于重力，乙中小球沉底，浮力F2小于重力，则
根据阿基米德原理，物体所受浮力等于排开液体重力，则
甲中小球漂浮，则
乙中小球沉底，则
杯底部受到的液体压强

杯底部受到的液体压力

7.丽丽使用电子秤称得一个鸡蛋的质量为55g，将其放入水中后沉入水底，如图所示，逐渐向水中加盐，待鸡蛋悬浮于水中静止时，鸡蛋所受浮力大小为_____N；沉底时鸡蛋受到的浮力为F1，悬浮时鸡蛋受到的浮力为F2，则F1_______F2（选填“＞”、“＝”或“＜”）。
【答案】 0.55 ＜
【解析】由题意可知，鸡蛋在盐水中处于悬浮状态，根据物体的浮沉可知，此时鸡蛋所受浮力等于鸡蛋本身的重力，所以鸡蛋所受浮力大小为
F浮=G蛋=m蛋g=55×10-3kg×10N/kg=0.55N
由题意可知，鸡蛋在水中处于沉底状态，根据物体的浮沉可知，ρ蛋>ρ水；鸡蛋在盐水中处于悬浮状态，根据物体的浮沉可知，ρ蛋=ρ盐水，所以可得ρ水