10.3 物體的浮沉條件及應(yīng)用（導(dǎo)學(xué)案）【教師版】（人教版）

學(xué)而優(yōu)教有方第3節(jié)物體的浮沉條件及應(yīng)用（導(dǎo)學(xué)案）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】能根據(jù)二力平衡條件和力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系描述物體的浮沉條件，并能運(yùn)用物體的浮沉條件說明生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】應(yīng)用受力分析、力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系以及與浮力知識(shí)結(jié)合起來解決問題等?！咀灾黝A(yù)習(xí)】閱讀教材，完成以下問題：1.物體的沉浮取決于物體所受的浮力和重力的大?。换虮容^物體與液體密度的大小。浸沒在液體中的物體：①當(dāng)F?。綠或ρ液>ρ物時(shí)，物體上浮，最后物體漂?。ú糠纸]）。②當(dāng)F浮=G或ρ液=ρ物時(shí)，物體懸浮，可停在液體內(nèi)部任意位置。③當(dāng)F?。糋或ρ液＜ρ物時(shí)，物體下沉，最終沉在水底。2.輪船是利用“空心”的方法，增大排開水的體積，從而增大可以利用的_浮力_；輪船的大小用排水量表示，排水量是指輪船按照設(shè)計(jì)要求滿載貨物時(shí)排開液體的_質(zhì)量_。3.潛水艇是通過水艙吸水和排水的方式，改變_自身重力來實(shí)施下沉和上浮的（浸沒時(shí)浮力不變）。4.氣球和飛艇內(nèi)部充有密度小于空氣的氣體（如氫氣、氦氣或熱空氣），使浮力大于重力而升空。5.密度計(jì)是根據(jù)漂浮時(shí)受力平衡及阿基米德原理制成、用來測(cè)定液體密度的儀器；密度計(jì)的示數(shù)越靠下越大?！竞献魈骄俊刻骄恳?、物體的浮沉條件1.物體在液體中的三種狀態(tài)【做一做】鹽水浮雞蛋取一枚新鮮雞蛋，放在清水中，觀察它在水中沉浮的情況。向水中慢慢加些鹽，并輕輕攪拌，觀察雞蛋在水中沉浮的情況；繼續(xù)加鹽并觀察雞蛋沉浮的情況?，F(xiàn)象：雞蛋放在清水中是沉底的；向水中慢慢加些鹽，并輕輕攪拌，雞蛋可能懸浮在水中；繼續(xù)加鹽后，雞蛋會(huì)上浮直至漂浮在水面上。①物體在液體中有漂浮、懸浮和沉底三種狀態(tài)。②物體在液體中三種狀態(tài)的受力分析：漂浮懸浮沉底漂浮時(shí)，受到重力G與浮力F浮的作用，根據(jù)二力平衡條件知，這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力，F(xiàn)浮=G懸浮時(shí)，受到重力G與浮力F浮的作用，根據(jù)二力平衡條件知，這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力，F(xiàn)浮=G沉底時(shí)，受到重力G、浮力F浮與支持力F支的作用，這三個(gè)力平衡：F浮=G-F支.2.物體的浮沉條件①根據(jù)物體的受力情況分析判斷物體的浮沉條件：以浸在水中的雞蛋為例分析：把雞蛋浸入水中時(shí)，受到重力G與浮力F浮兩個(gè)力的作用，這兩個(gè)力的方向相反、作用在同一直線上，雞蛋的浮沉就取決于這兩個(gè)力的大小。根據(jù)二力平衡條件進(jìn)行分析：（a）若浮力F?。綠，則雞蛋會(huì)上浮，最后漂浮。（b）若浮力F浮=G，則雞蛋會(huì)懸浮，可停在液體內(nèi)部任意位置。（c）若浮力F?。糋，則雞蛋會(huì)下沉，靜止在水底。（以上均選填“＞”、“＜”或“=”）②比較物體密度ρ物與液體密度ρ液的大小關(guān)系判斷物體的浮沉當(dāng)物體浸沒在水中時(shí)，受到重力G與浮力F浮兩個(gè)力的作用；物體浸沒在水中時(shí)：V排=V物=V；浮力的大小：F?。溅岩篻V排＝ρ液gV重力的大?。篏＝ρ物gV物＝ρ物gV（a）當(dāng)F?。綠時(shí)，得出ρ液＞ρ物，物體上浮；（b）當(dāng)F浮=G時(shí)，得出ρ液=ρ物，物體懸?。唬╟）當(dāng)F?。糋時(shí)，得出ρ液＜ρ物，物體下沉。（以上均選填“＞”、“＜”或“=”）③懸浮和漂浮的比較：（a）相同點(diǎn)：都是靜止的平衡狀態(tài)，所受力是平衡力：F?。紾物．（b）【例題1】如圖，碗可以漂浮在水面上，也可以沉入水底，下列說法正確的是（）A．碗沉入水底時(shí)比漂浮在水面上時(shí)的浮力小B．碗沉入水底時(shí)受到的浮力等于它的重力C．碗沉入水底時(shí)比漂浮時(shí)所受的浮力變大了D．碗沉入水底時(shí)容器底部受到水的壓強(qiáng)變大了【答案】A【解析】ABC．碗沉入水底時(shí)，碗受到的浮力小于碗的重力；碗漂浮時(shí)，碗受到的浮力等于碗的重力，由于重力不變，所以碗漂浮時(shí)受到的浮力大于碗沉入水底時(shí)受到的浮力，故A正確，BC錯(cuò)誤；D．碗漂浮時(shí)受到的的浮力大于碗沉入水底時(shí)受到的浮力，則碗漂浮時(shí)排開水的體積大于碗沉入水底時(shí)排開水的體積，即碗漂浮時(shí)容器中水的深度較大，根據(jù)p=ρgh可知，碗沉入水底時(shí)容器底部受到水的壓強(qiáng)變小了，故D錯(cuò)誤。所以選A.探究二：浮力的應(yīng)用分析：雞蛋受到的重力不變。雞蛋的狀態(tài)發(fā)生了變化，是因?yàn)楦×Πl(fā)生了變化，而浮力變化的原因是液體的密度ρ液變化。結(jié)論：通過改變重力或浮力的大小，可以改變物體的浮沉狀態(tài)。1.輪船【想一想】輪船是鋼鐵制成的，鋼鐵的密度遠(yuǎn)大于水的密度，為什么可以漂浮在水面上，還能承載那么多貨物呢？【實(shí)驗(yàn)】制作橡皮泥小船橡皮泥的密度比水的密度大橡皮泥放入水中會(huì)下沉。怎么使它漂浮在水面？看看誰做的船能承載更多的重物？橡皮泥漂浮橡皮泥漂浮能承載重物的橡皮泥船橡皮泥做成瓢狀，它所受的重力沒變，但排開水的體積變大了，因而受到的浮力變大了，所以能浮在水面上，輪船就是根據(jù)這個(gè)道理制成的。①輪船的工作原理：利用“空心”的方法，增大可以利用的浮力，漂浮在水面上，F(xiàn)浮=G②輪船的排水量m排：指輪船滿載時(shí)排開水的質(zhì)量.∵輪船漂浮，∴浮力與輪船的總重力是一對(duì)平衡力：F浮=G物船根據(jù)阿基米德原理，浮力等于排開水的重力：F浮=G排水所以輪船總的重力等于排開水的重力：G排水=G物船m排水=m物船即輪船的排開水量等于等于輪船和貨物的總質(zhì)量?！纠}2】一艘輪船的排水量是104t，在密度是1.0×103kg/m3的河水中航行，它滿載時(shí)排開水的體積是多大？如果該輪船從長江駛?cè)氪蠛＃êＫ芏葹?.03×103kg/m3）中航行，它排開海水的體積是多大？它從江河駛?cè)牒Ｖ惺巧细∫恍┻€是下沉一些？【解析】滿載時(shí)排開水的質(zhì)量是m=104t=107kg排開水的體積V輪船從長江到大海都是漂浮，根據(jù)二力平衡條件可知：浮力等于船與貨物的總重力，F(xiàn)浮=G船+G物，是不變的；根據(jù)阿基米德原理：F浮=ρ液gV排，浮力不變，海水的密度大，因此輪船排開海水的體積小，所以從江河駛?cè)牒Ｖ惺巧细∫恍?.潛水艇【做一做】按圖用注射器、試管、軟管、短玻璃管等器材自制一個(gè)潛艇模型，把模型浸在水中，從管中抽氣，模型將怎樣運(yùn)動(dòng)？向管中打氣，模型又會(huì)怎樣？①實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：吸氣時(shí)，水逐漸進(jìn)入“潛水艇”中，“潛水艇”下沉。吹氣時(shí)，“潛水艇”內(nèi)的水被排出，“潛水艇”上浮。②分析：“潛水艇”在水面以下時(shí)，排開水的體積不變，根據(jù)阿基米德原理，“潛水艇”受到的浮力大小不變（變/不變）。吸氣時(shí)，水進(jìn)于“潛水艇”，重力變大，F(xiàn)?。糋物，所以下沉；吹氣時(shí)，水從“潛水艇”中排出，重力變小，F(xiàn)?。綠物，所以上浮。③潛水艇的浮沉原理：是靠改變自身的重力上浮和下潛的。3.氣球和飛艇②飛艇：通過改變自身體積，從而改變排開氣體的體積實(shí)現(xiàn)上升和下降。③熱氣球：體育、娛樂活動(dòng)中用的熱氣球，充的是被燃燒器加熱而體積膨脹的熱空氣。利用熱空氣密度小，空氣受熱膨脹，熱氣球體積增大，也就是增大V排達(dá)到增大浮力的作用，調(diào)節(jié)氣囊中的空氣的溫度，可控制氣球的升降?！鞠胂胱鲎觥孔鲆粋€(gè)塑料袋熱氣球取一個(gè)大的薄塑料袋，袋口用很細(xì)的銅絲框成一個(gè)圓口，開口朝下，用電吹風(fēng)向袋內(nèi)吹熱空氣。放手以后，塑料袋熱氣球便冉冉上升。4.密度計(jì)①密度計(jì)是測(cè)量液體密度的儀器。②構(gòu)造：密度計(jì)是一根粗細(xì)不均勻的密封玻璃管，管的下部裝有少量密度較大的鉛丸。密度計(jì)例題3圖③原理：密度計(jì)放在液體中都是漂浮的，因此受到的浮力始終等于它受到的重力且不變，即F浮=G。根據(jù)F浮=ρ液gV排可知，F(xiàn)浮不變，把它放在密度比較大的液體里，它浸入液體的體積小，會(huì)上浮一些；把它放在密度比較小的液體里，浸入液體的體積就大，下沉一些。所以密度計(jì)的刻度從下往上的示數(shù)是越來越小的?！纠}3】如圖所示，用同一支密度計(jì)分別測(cè)量甲、乙兩種液體的密度，下列說法正確的是（）A．密度計(jì)在乙液體中所受的浮力大B．乙液體的密度大于甲液體的密度C．密度計(jì)上的刻度值上大下小D．密度計(jì)在甲、乙兩種液體中所受的浮力相等【答案】D【解析】AD．因?yàn)橥恢芏扔?jì)在甲、乙兩種液體中都是漂浮，根據(jù)物體的浮沉條件得，在甲、乙兩種液體中浮力都等于重力，即浮力相等，故A錯(cuò)誤，D正確；B.根據(jù)F浮=ρ液體gV排：∵V乙排＞V甲排，∴密度ρ甲＞ρ乙，故B錯(cuò)誤；【精講點(diǎn)撥】1.判斷物體的浮沉既可以根據(jù)物體受到的重力與浮力的大小判斷；也可以比較物體的密度和液體密度的大小關(guān)系判斷。2.漂浮是一種非常重要的現(xiàn)象。分析計(jì)算物體的漂浮問題時(shí)，注意：一是運(yùn)用力的平衡知識(shí)；再就是運(yùn)用阿基米德原理。例如輪船滿載航行時(shí)，根據(jù)二力的平衡條件可知，浮力不變；再根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液體gV排分析，在密度不同的液體中，排開液體的體積不相等，因此會(huì)上浮或下沉一些。3.改變浮力的方法：①改變液體的密度：如在水中加鹽并攪拌，增大浮力，可以使沉底的雞蛋浮起來。②改變排開液體（或氣體）的體積：如飛艇降落時(shí)，將輔助氣囊中的氣體放出，使飛艇排開空氣的體積減小，浮力將小?！練w納整理】浮力的浮力的應(yīng)用①輪船：輪船靠挖“空心”的方法增大浮力。排水量：輪船滿載時(shí)，排開水的質(zhì)量。②潛水艇：是靠改變自身的重力，實(shí)現(xiàn)上浮和下潛的。③氣球：充入密度小于空氣的氣體，使受到空氣的浮力大于自身的重力而上浮。④密度計(jì)：密度計(jì)放在液體中都是漂浮的，因此受到的浮力始終等于它受到的重力且不變。物體的浮沉條件及應(yīng)用①若F浮＞G，則上浮②若F浮=G，則懸?、廴鬎浮<G，則下沉物體的浮沉條件比較浮力和重力比較物體和液體密度①若ρ物＜ρ液，則上?、谌籀盐?ρ液，則懸?、廴籀盐铮睛岩?，則下沉【課堂練習(xí)】1．重為15N的物體，浸沒于裝滿水的容器中后，溢出了5×10-4m3的水。則此物體是（）A．浮在水面上B．沉到水底C．懸浮在水中D．以上幾種情況都有可能【答案】B【解析】物體受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg因?yàn)镕浮＜G物，所以物體下沉。所以選B。2.如圖所示，同一潛水艇浮在水面時(shí)受到的浮力為F1，底部受到水的壓強(qiáng)為P1。潛入水中時(shí)受到的浮力為F2，底部受到水的壓強(qiáng)為P2。下列選項(xiàng)中正確的是（）A．F1=F2P1<P2 B．F1=F2P1>P2C．F1>F2P1>P2 D．F1<F2P1<P2【答案】D?！窘馕觥客粷撍Ц≡谒鏁r(shí)，排開水的體積變小，受到的浮力變小；浮在水面時(shí)，底部所處深度變小，受到的壓強(qiáng)也變小。所以D選項(xiàng)正確。所以選D.3．潛水艇是靠改變__________實(shí)現(xiàn)浮沉的。一艘潛水艇排水量為3090t，在海面下某一深度巡航時(shí)，它所受到的浮力大小為_______N；當(dāng)它在海面下繼續(xù)下潛的過程中，它所受到的浮力大小將_____（填“變大”、“變小”或“不變”）（g取10N/kg，ρ海水＝1.03×103kg/m3）【答案】自身重力，3.09×107，不變。【解析】潛水艇是靠改變自身重力實(shí)現(xiàn)浮沉的。在海面下某一深度巡航時(shí)，它所受到的浮力大小等于排開水的重力F浮=G排=mg=3.090×106kg×當(dāng)它在海面下繼續(xù)下潛的過程中，它所受到的浮力大小將不變。4.如圖所示，木頭、魚、水底的石頭均處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列說法正確的是（） A．水對(duì)石頭的壓強(qiáng)比對(duì)木頭的小B．木頭受到的浮力大于它自身的重力C．魚受到的浮力等于它自己的重力D．石頭受到的浮力等于它自身的重力【答案】C.【解析】B.木頭漂浮，受到的浮力等于它自身的重力，B錯(cuò)誤；C.魚懸浮，受到的浮力等于它自身的重力，C正確；AD.石頭沉底，受到的浮力小于自身的重力，同時(shí)，受到水的壓強(qiáng)最大，AD錯(cuò)誤.所以選C。5.如圖所示，A、B兩物體靜止在水中，則（）A．兩物體受到的浮力一定相等；B．兩物體受到的浮力不等，A物體受到的浮力大；C．兩物體的密度不等，B物體的密度大；D．兩物體的重力不等，B物體的重力大【答案】C.【解析】A、B兩物體靜止在水中，A是漂浮，則A的密度一定小于水的密度；B是懸浮，則B的密度一定等于水的密度，所以兩物體的密度不等，B物體的密度大。因沒有體積的具體數(shù)值，所以不能判斷重力與浮力的大小關(guān)系。所以C選項(xiàng)正確，其他選項(xiàng)都錯(cuò)誤。6.把一塊實(shí)心金屬放入盛滿酒精的杯中，從杯子中溢出8g酒精；若將該金屬放入盛滿水的同樣的杯子中，從杯中溢出水的質(zhì)量是（）A．大于8gB．等于8gC．小于8g D．無法確定【答案】A.【解析】∵實(shí)心金屬塊的密度大于水的密度，∴金屬塊放入水和酒精中都要下沉，則排開水和酒精的體積相同。根據(jù)m=ρV，ρ水＞ρ酒精得出m水＞m酒精，即排開水的質(zhì)量大于排開酒精的質(zhì)量．所以A選項(xiàng)正確。7．如圖所示，質(zhì)量相等的物體A、B分別漂浮在水、酒精中，已知ρ水＞ρ酒精，兩物體所受浮力分別為FA、FB，則F