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精品教学课件ppt

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（1）浸没在液体中的物体都会受到浮力的作用，但是有的物体上浮，有的物体下沉，有的物体还会悬浮在液体中。这是为什么?
第3节 物体的浮沉条件及应用
（2）课堂影院——《泰坦尼克号》片段
想一想：这么大的轮船为什么能漂浮在海面上？撞击冰山后，为什么又沉入海底？物体的漂浮和下沉需什么条件？
1. 能描述物体的浮沉条件，并运用其说明生产生活中的有关现象，发展运动与相互作用的观念。2. 在得出物体浮沉条件的过程中，根据同一直线上二力合成的规则和力与运动的关系进行演绎推理，发展推理论证的能力。3. 设计实验改变物体的浮沉状态，发展科学探究的素养及使用科学证据的意识。4. 运用物体的浮沉条件解释和解决生产生活中的一些现象和实际问题，了解我国古代和现代利用浮沉条件的科技成就，感受物理学对人类生活和社会发展的影响，激发学习科学的兴趣和探究的热情，培养民族自豪感与使命感。
1. 物体的浮沉条件2. 浮力的应用3. 课堂总结4. 练习与应用5. 提升训练
想一想浸没在液体中的物体都会受到浮力的作用，但是有的物体上浮，有的物体下沉，有的物体还会悬浮在液体中。这是为什么?根据力与运动的关系可知：由静止释放的物体如何运动，取决于它所受力的合力。要分析浸没在液体中的物体向哪个方向运动，需要分析它所受力的合力的方向。
1. 比较浮力与重力的大小判断浮沉（1）物体浸在液体中时的受力分析 浸没在液体中的物体受到两个力：一个是竖直向下的重力G；另一个是竖直向上的浮力F浮。我们知道力是改变物体运动状态的原因，根据物体所受浮力与重力大小关系的不同，由静止释放的物体，其浮沉存在三种情况。
（2）物体的浮沉条件以浸没在水中的鸡蛋为例分析。①当浮力F浮大于重力G时，二力的合力方向向上，鸡蛋由静止开始上浮；
漂浮时，根据二力平衡条件可知：F浮=G
②当浮力F浮等于重力G时，二力的合力为0，鸡蛋保持悬浮状态；
悬浮时，根据二力平衡条件可知：F浮=G
③当浮力F浮小于重力G时，二力的合力方向向下，鸡蛋由静止开始下沉。最终静止在底部。
沉底时：受到重力G、浮力F浮 与支持力F支的作用，这三个力平衡： F浮=G-F支
（1）比较物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉。当物体浸没在水中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用。浮力的大小：F浮＝ρ液gV排 重力的大小：G=m物g＝ρ物gV物浸没在水中时：V排=V物
2. 比较物体密度与液体密度的大小判断物体的浮沉
浮力的大小：F浮＝ρ液gV排 重力的大小：G=m物g＝ρ物gV物浸没在水中时：V排=V物根据浮力和重力的关系推导：
①若F浮＞G，即ρ液gV排＞ρ物gV物，得 ρ液＞ρ物，物体上浮； ②若F浮=G ，即ρ液gV排 = ρ物gV物， 得 ρ液=ρ物， 物体悬浮； ③若F浮＜G，即ρ液gV排 < ρ物gV物，得 ρ液＜ρ物，物体下沉。
（2）物体的浮沉与密度大小有关的实例
①漂浮: ρ冰＜ρ水
②悬浮: ρ鸡蛋=ρ液体
③沉底: ρ物体＞ρ水
④盐水选种 在农业生产中，通过盐水选种可选出饱满、结实的种子，从而促进农作物产量的提高。农民采用盐水浸泡法来选种时，把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种子就会上浮直至漂浮，而饱满的种子则下沉到容器底部。请你说说这是为什么?
原理：根据浮沉条件，当物体的密度比液体的密度大时，物体将下沉，反之，则漂浮。不饱满的种子密度小于盐水的密度则漂浮，而饱满的种子密度大于盐水的密度则下沉。
若F浮＞G，则上浮若F浮=G， 则悬浮若F浮F乙向上，故C正确；D．由图可知，甲下表面比乙下表面所处的深度大，由p=ρgh可知，甲下表面受到水的压强大于乙下表面受到水的压强，故D错误。 故选C。
1. 增大或减小浮力的方法
由阿基米德原理F浮=ρ液gV排 可知，浸在液体中的物体，受到的浮力大小是由液体密度和排开液体的体积决定的。因此，增大或减小浮力应从改变液体的密度和排开液体的体积入手。（1）增大浮力的方法①増大液体的密度。如在水中加盐并搅拌，当盐水的密度大于鸡蛋的密度时，沉底的鸡蛋会浮起来。②増大物体排开液体（或气体）的体积。如飞艇、体积庞大的万吨巨轮等。
（2）减小浮力的方法①减小液体的密度。如漂浮在盐水中的鸡蛋，可以采用加清水的方法来减小液体的密度，当液体密度小于鸡蛋的密度时，鸡蛋下沉；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，减小空气浮力，当浮力小于飞艇的重力时，飞艇降落。
人类从远古时代就开始利用浮力了。最初可能是抱住或骑在一段树干上顺水漂流，这是人类最早的航行方式。后来人们发明了船，它能承载更多的人和物。据记载，1405年郑和下西洋时乘坐的木船长约为147 m，是当时世界上最大的木船。
（1）轮船想一想：轮船是用钢铁制造的，钢铁的密度远大于水，钢铁在水中是下沉的，但是用钢铁制成的轮船为什么能漂浮在海面上，还能承载那么多货物呢？
【想想做做】橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉。根据阿基米德原理，怎样把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面，并能承载重物?
视频演示——《能承载重物的橡皮泥船》
把橡皮泥捏成瓢状放在水里，虽然它所受的重力没有改变，但是它排开的水的体积变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。
①轮船的漂浮原理把轮船做成“空心”体后放在水里，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水的体积变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。
②轮船的排水量表示轮船的大小，指轮船装满货物时排开水的质量。如一我国首艘航空母舰辽宁舰的排水量约为6万吨，表明辽宁舰满载时，舰载机和舰身的质量之和约为6万吨。
潜水艇能潜入水下航行。它的艇身内有水舱。当潜水艇浸没在水里时，排开水的体积不变，根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排 可知，所受浮力基本不变，所以只能靠改变自身重力实现浮沉的。
潜水艇能潜入水下航行，进行侦查和袭击，隐蔽性强，是一种很重要的军用舰艇。
①下潜时，在两侧的水舱内充入水，艇重增大，当重力大于浮力时，潜艇就会下沉。②当水舱充水后潜水艇所受的重力等于浮力时，它可以悬浮在水中。③当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，当重力小于浮力时，从而上浮。
实际航行时，上浮和下潜的过程中潜水艇要开动推进器加快上浮和下潜的速度。
视频欣赏——《潜水艇的浮沉》
①气球：如果气球里充的是密度小于空气的气体，则气球就可以飘在空中。例如，节日放飞的气球、携带气象仪器的高空探测气球，充的是氦气；体育、娱乐活动用的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气。
②飞艇：为了能定向航行，人们还制成了飞艇：在大气囊下面装了带螺旋桨的发动机和载人、装货的吊篮。20世纪20-30年代，飞艇曾盛极一时，用来进行军事侦察、轰炸敌方目标或作为空中交通工具。后来连续发生了几次气囊中氢气爆炸的事故，飞艇的飞行速度又不及飞机，便逐渐被飞机取代。近年来由于能源危机，且可以用不会爆炸的氦气代替氢气，人们对造价低廉、消耗燃料少、装载量大的飞艇又重新重视起来。
①用途：图是一种密度计，它可以漂浮在不同液体中测量液体的密度，在酿酒、石油、化工以及农业选种等方面有广泛应用。②主要构造：这种密度计通常中间有一个体积较大的玻璃泡。密度计下方装着金属颗粒作为配重，使密度计漂浮时能保持竖直姿态。密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据液面所处的位置直接读出液体的密度值。
③原理 密度计放在液体中都是漂浮的，因此受到的浮力等于它受到的重力且不变，即F浮=G。根据F浮=ρ液gV排可知，F浮不变时，把它放在密度比较大的液体里，则V排变小，即它浸入液体的体积变小，所以会上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，则浸入液体的体积大，会下沉一些。密度计的刻度不均匀，且从下往上的刻度数是越来越小的。
视频讲解——《密度计》
【例题3】如图，是我国055型万吨级驱逐舰“延安”号。该舰满载时，排水量约12000吨，吃水深度6.6m。下列说法正确的是（　　）A．排水量指的是舰船满载时排开水的重力B．“延安”号漂浮在海面上，所受重力小于浮力C．“延安”号漂浮在海面上，所受浮力方向竖直向上D．“延安”号不能与其他舰船近距离并排航行，是因为流体流速越大，压强越大
A．满载时的排水量指的是驱逐舰满载时排开水的质量，故A错误；B．驱逐舰在海上航行时处于漂浮状态，所受的浮力等于它的重力，故B错误；C．驱逐舰所受浮力的方向是竖直向上的，故C正确；D．两艘驱逐舰若近距离同向航行，两驱逐舰之间的水流速加快、该处的压强变小，小于两驱逐舰外面的压强，产生了一个向内的压力差，将两驱逐舰压向中间，易发生两驱逐舰相撞事故，故D错误。
【例题4】如图所示，用同一支密度计分别测量甲、乙两种液体的密度，下列说法正确的是（　　）A．密度计在乙液体中所受的浮力大B．乙液体的密度大于甲液体的密度C．密度计上的刻度值上大下小D．密度计在甲、乙两种液体中所受的浮力相等
AD．因为同一支密度计在甲、乙两种液体中都是漂浮，根据物体的浮沉条件可知，在甲、乙两种液体中浮力都等于重力，即浮力相等，故A错误，D正确；B. 根据F浮=ρ液体gV排，因为V乙排＞V甲排，所以密度ρ甲＞ ρ乙，故B错误；C．由B知，甲所示的刻度大于乙图所示的刻度，所以密度计的刻度是上小下大，故C错误。
①比较浮力与重力：若F浮＞G，则上浮（漂浮时F浮=G）； 若F浮 =G，则悬浮；若F浮ρ木，可知F浮>G木，所以木块会上浮至漂浮。 ②木块漂浮时，由二力平衡条件可知 F浮=G木块 ρ水gV排 = ρ木块gV木块 1.0×103kg/m3×V排=0.8×103kg/m3×200cm3 浸在水中的体积 V浸= V排=160cm3
2. 排水量为1000t的轮船在河水中航行，满载时船及所装货物总共有多重？所受河水的浮力是多少？如果河水的密度为1×103kg/m3，船排开河水的体积是多少？ g取10N/kg。
3. 体积为120cm3、重1.8N的一块固体，在密度为1.1×103kg/m3的盐水中为什么会下沉？当这块固体浸没在盐水中静止时，容器底部对它的支持力是多少？ g取10N/kg。
4. 一个飞艇充入气体后的质量是1.5t，体积为1500m3。当飞艇悬浮在空中时，它装了多少货物？空气的密度取1.29kg/m3。g取10N/kg。
5. 如图所示的自制简易密度计是把吸管的下端密闭并缠绕一段铜丝做成的。将其放入盛有不同液体的两个杯子中，它会竖直立在液体中。由观察到的现象判断甲、乙哪杯液体的密度大，说出你的理由。
乙图杯子中的液体密度大。 因为同一密度计在两种不同的液体中均处于漂浮状态，所受浮力都等于密度计所受的重力，是相等的。F浮甲=F浮乙=G密度计根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排，在浮力一定时，因为V甲排>V乙排，所以排开液体体积小的乙图杯子中的液体密度大。
1. 一个小球所受的重力为10N，将它浸没在水中时，所排开的水的重力为20N。那么小球浸没时受到的浮力大小为_____ N，放开手后，小球将______（填“上浮”“下沉”“悬浮”），最终小球的浮力为______N。
由题知，小球浸没在水中，小球排开的水重为20N。由阿基米德原理知F浮=G排=20N又因为G球=10N，则F浮＞G球，故放手后小球将上浮，最终漂浮在液面上，根据浮沉条件条件可知，此时小球受到的浮力等于重力 F′浮=G球=10N
2. 如图所示，在家庭小实验中，某同学想让沉底的鸡蛋漂浮在水面上，下列操作可行的是（　　）A．向杯子中加盐 B．向杯子中加水C．倒出少量的水 D．轻轻摇晃杯子
A．要使沉底的鸡蛋漂浮在水面上，鸡蛋的重力不变，需增大浮力。根据F浮=ρ液gV排可知，鸡蛋的体积不能改变，所以可以增大液体的密度，故向杯子中加盐，故A符合题意；BCD．向杯子中加水、倒出少量的水、轻轻摇晃杯子，都不能改变液体的密度，也就不能改变浮力，所以不能鸡蛋漂浮在水面上，故BCD不符合题意。
3. 将新鲜度不同的甲、乙两鸡蛋放入水中，静止时的状态如图所示，下列说法正确的是（　　）A．若甲、乙体积相等，甲受到的浮力小B．若甲、乙质量相等，甲受到的浮力小C．向杯中加盐水后，乙受到的浮力变大D．向杯中加酒精后，乙受到的浮力变大
A．若甲、乙体积相等，乙排开液体的体积小，根据公式F浮=ρ液gV排可知，乙受到的浮力比甲小，故A错误；B．若甲、乙质量相等，由G=mg可知，甲、乙重力相等，乙漂浮，浮力等于重力，甲沉底，浮力小于重力，则甲受到的浮力小，故B正确；C．原来乙漂浮，说明乙密度小于水的密度，加入盐水后，液体密度变大，乙密度依旧小于液体密度，仍然漂浮，乙受到的浮力仍然等于重力，故乙受到的浮力不变，故C错误；D．向杯中加酒精，液体密度会变小，乙会下沉一些，可能漂浮或悬浮，此时浮力仍然等于重力；也可能沉底，此时浮力小于重力，浮力变小；故乙受到的浮力不会变大，故D错误。
4. 盐水选种是一种常用的选种方法，将待选的种子放入浓度适当的盐水中，良种沉入水底、次种则漂浮于水面，如图甲所示。农民为了方便检验自制的盐水浓度是否合适，在一端封闭的吸管内放入一些铁砂制成了简易密度计。首先将密度计放入标准盐水中，在吸管上标出水面的位置，如图乙所示，再将密度计放入自制的盐水中，如图丙所示。下列说法正确的是（ 　）
A．良种的密度小于次种的密度B．图丙中密度计所受的浮力大于图乙中密度计所受的浮力C．图丙中的自制盐水需要通过加水配成标准盐水D．若只换用更细的吸管制作密度计可以提高密度计的测量精度
A．良种沉入水底，说明良种的密度大于水的密度；次种漂浮于水面，说明次种密度小于水的密度；故良种密度大于次种密度，故A错误；B．图乙和图丙中，密度即都处于漂浮状态，所受浮力都等于自身重力，重力不变，浮力不变，所以图丙中密度计所受的浮力等于图乙中密度计所受的浮力，故B错误；C．图丙与图乙比较，浮力相等，密度计浸入液体的体积较多，排开液体体积较大，根据F浮=ρ液gV排可知丙中液体密度较小，所以应往丙中加盐增加盐水的密度，达到标准盐水的密度，故C错误；D．换用更细的吸管制作密度计，在排开液体体积相同的情况下，密度计浸入水的深度变化比较大，可以提高测量精度，故D正确。
5. 在施工过程中，需要运送一定数量的石块放入海底施工。据此，如图所示，小明做了一个橡皮泥“船”，在“船”中放入一定数量的石块后放入水中，待船静止后，逐渐将石块取出并放入水中，下列说法正确的是（ ）A．小船受到的浮力不变B．小船浸在水中的体积变小C．水面将上升 D．小船底部受到水的压强不变
A．小船漂浮在水面上，受到的浮力等于它的总重力，逐渐将石块取出并放入水中，船的总重力变小，受到的浮力变小，故A错误；B．小船受到的浮力变小，根据阿基米德原理可知，小船浸在水中的体积变小，故B正确；C．石块取出并放入水中后，受到的浮力变小，则它排开水的体积变小，水面将下降，故C错误；D．小船受到的浮力变小，则它排开水的体积变小，会上浮一些，小船底部在水中深度变小，小船底部受到水的压强变小，故D错误。故选B。
6. 2022年5月15日凌晨1点26分，中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4300m的科考营地顺利升空，4点40分达到海拔9032m，超过珠峰8848.86m的高度，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。 （1）已知海拔4300m处的空气密度约0.8kg/m3。该浮空艇在营地升空前体积达9060m3，此时浮空艇受到的浮力大小约为________N；（2）“极目一号”浮空艇内部有三层：上层装有氦气（相同条件下氦气密度比空气小得多），中间隔开，下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要______（填“上浮”或“下降”）的时候，可以用上层的氦气排出下层的部分空气，以此改变自身重力，同时使整个浮空艇的压差在安全范围内。