【課件】物體的浮沉條件及應(yīng)用+人教版八年級(jí)下冊(cè)物理+

第3節(jié)

物體的浮沉條件及應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)1.能描述物體的浮沉條件，并運(yùn)用其說(shuō)明生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，發(fā)展運(yùn)動(dòng)

與相互作用的觀念。2.在得出物體浮沉條件的過(guò)程中，根據(jù)同一直線上二力合成的規(guī)則和力與運(yùn)

動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行演繹推理，發(fā)展推理論證的能力。3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改變物體的浮沉狀態(tài)，發(fā)展科學(xué)探究的素養(yǎng)及使用科學(xué)證據(jù)的意

識(shí)。4.運(yùn)用物體的浮沉條件解釋和解決生產(chǎn)生活中的一些現(xiàn)象和實(shí)際問(wèn)題，了解

我國(guó)古代和現(xiàn)代利用浮沉條件的科技成就，感受物理學(xué)對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)

展的影響，激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和探究的熱情，培養(yǎng)民族自豪感與使命感。這是為什么?由靜止釋放的物體如何運(yùn)動(dòng)，取決于它所受力的合力。要分析浸沒(méi)在液體中的物體向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需要分析它所受力的合力的方向。問(wèn)題浸沒(méi)在液體中的物體都會(huì)受到浮力的作用但是有的物體上浮

有的物體下沉

有的物體還會(huì)懸浮在液體中物體的浮沉條件浸沒(méi)在液體中的物體受到兩個(gè)力：豎直向下的重力和豎直向上的浮力。根據(jù)物體所受浮力與重力大小關(guān)系的不同，由靜止釋放的物體，其浮沉存在三種情況。當(dāng)浮力F浮大于重力G時(shí)(右圖)二力的合力方向向上物體由靜止開(kāi)始上浮當(dāng)浮力F

等于重力G

時(shí)(右圖)子二力的合力為0物體保持懸浮狀態(tài)當(dāng)浮力F子小于重力G時(shí)(右圖)二力的合力方向向下物體由靜止開(kāi)始下沉當(dāng)F浮>G物時(shí)，ρ

液排g

>ρ

物

物g,

ρ

液

ρ

物，物體上浮當(dāng)F浮=G物時(shí)，

ρ

液V排g=ρ

物

物g,

ρ

液=

ρ

物，物體懸浮當(dāng)F浮<G

物時(shí)，ρ

液V排g<ρ

物

物g,ρ

液

ρ

物，物體下沉因此物體的浮沉情況也可以用物體的密度跟液體密度的大小關(guān)系來(lái)判斷當(dāng)

ρ

液>ρ物時(shí)，

物體上浮當(dāng)

ρ

液=

ρ

物時(shí)，物體懸浮當(dāng)

ρ

液<ρ

物時(shí)，物體下沉由于浸沒(méi)在液體中的物體排開(kāi)液體的體積跟物體自身的體積相等F浮=G排=

p

液排g

G物=

P

物

物g人們正是根據(jù)這個(gè)道理，在用鹽水選種時(shí)，清除掉漂浮的不飽滿的種子，保留下沉的飽滿種子。想想做做如右圖所示，將新鮮的雞蛋分別

浸沒(méi)在盛有水和鹽水的容器中，觀察

雞蛋在容器中的位置。浸沒(méi)在液體中的物體由靜止釋放如果它的密度小于液體的密度，物體將上浮如果它的密度等于液體的密度，物體懸浮如果它的密度大于液體的密度，物體將下沉物3同一個(gè)雞蛋，都讓它先浸沒(méi)在液體中，為什么最后

會(huì)出現(xiàn)漂浮、懸浮、沉底三種不同的結(jié)果呢?雞蛋最終漂浮，說(shuō)明液體(濃鹽水)的密度

大于雞蛋的密度；浮力的應(yīng)用人類(lèi)從遠(yuǎn)古時(shí)代就開(kāi)始利用浮力了最初可能是抱住或騎在一段樹(shù)干上順

水漂流，這是人類(lèi)最早的航行方式雞蛋最終懸浮，說(shuō)明液體(較濃的濃鹽水)的密度等于雞蛋的密度；雞蛋最終沉底，說(shuō)明液體(清水)的密度

小于雞蛋的密度。輪船是用鋼鐵制造的，鋼鐵的密度遠(yuǎn)大于水，怎樣用沉重的鋼鐵制成可以承載很多貨物的船呢?想想做做橡皮泥的密度比水大，它在水中會(huì)下沉后來(lái)人們發(fā)明了船，它能承載更多的人和物。據(jù)記載，1405年鄭和下西洋時(shí)乘坐的木船長(zhǎng)約為147

m,

是

當(dāng)時(shí)世界上最大的木船(右圖)。輪船根據(jù)阿基米德原理，怎樣把橡皮泥做成一條小船，使它能漂浮在水面，并能承載重物(右圖)?橡皮泥漂浮，說(shuō)明浮力F浮

等

于重力G,說(shuō)明橡皮泥漂浮時(shí)受到的浮力F浮

大于橡皮泥沉底時(shí)受到的浮力F浮

也就是說(shuō)，同一塊橡皮泥捏成瓢狀放在水面上漂浮時(shí)受到的浮力大于

橡皮泥沉底時(shí)受到的浮力它排開(kāi)的水的體積變化嗎?橡皮泥漂浮，說(shuō)明浮力F浮等

于重力G,P液排g=P

物物gP液排=

P

物物而橡皮泥的密度ρ物

大于水的密度ρ液所以，橡皮泥漂浮時(shí)排開(kāi)水的體積

大

于橡皮泥的體積V物把橡皮泥捏成瓢狀放在水面它所受的重力沒(méi)有改變它受到的浮力變化嗎?橡皮泥下沉，說(shuō)明浮力F浮小

于重力G所以，橡皮泥漂浮時(shí)排開(kāi)水的體積V排大

于橡皮泥的體積V物M橡皮泥沉底時(shí)V排=

V物所以，橡皮泥漂浮時(shí)排開(kāi)水的體積V排

大

于橡皮泥沉底時(shí)排開(kāi)水的體積V排也就是說(shuō)，同一塊橡皮泥捏成瓢狀放在水面上漂浮時(shí)受到的浮力

大于橡皮泥沉底時(shí)受到的浮力，排開(kāi)水的體積大

于橡皮泥沉底時(shí)排開(kāi)水的體積。一個(gè)密度大于液體密度的物體，如果做成瓢、盆、碗這樣空心的形狀，雖然它所受的重力沒(méi)有改變，但是它排開(kāi)的液體的體積會(huì)變大，因而受到浮

力也變大，才能漂浮在液面上。輪船就是根據(jù)這個(gè)道理制造的輪船的大小通常用排水量來(lái)表示排水量就是輪船裝滿貨物時(shí)排開(kāi)水的質(zhì)量例如，我國(guó)首艘航空母艦遼寧艦(右上圖)的排水量約為6萬(wàn)噸，表示遼寧艦滿載時(shí)，艦載機(jī)和艦身的質(zhì)量之和約為6萬(wàn)噸。向水艙充水時(shí)，潛水艇變重，逐漸潛入水中。當(dāng)水艙充水后潛水艇所受的重力等于浮力時(shí)，它可以懸浮在水中。當(dāng)用壓縮空氣將水艙里的水排出一

部分時(shí)，潛水艇變輕，從而上浮。實(shí)際航行時(shí)，上浮和下潛的過(guò)程中潛水艇要開(kāi)動(dòng)推進(jìn)器加快上浮和下潛的速度。潛水艇潛水艇能潛入水下航行它的艇身內(nèi)有水艙(右圖)氣球和飛艇如果氣球里充的是密度小于空氣的氣體，那么氣球就可以飄在空中。例如，節(jié)日放飛的氣球、攜帶氣象儀器的高空探測(cè)氣球，充的是氦氣；體育、娛樂(lè)活動(dòng)用的熱氣球，充的是被燃燒器加熱而體積膨脹的熱空氣(右圖)。為了能定向航行，人們還制成了飛艇：在大氣囊下面裝了帶螺旋槳的發(fā)動(dòng)機(jī)和載人、裝貨的吊籃。

20世紀(jì)20-30年代，飛艇曾盛極一時(shí)，用來(lái)進(jìn)行軍事偵察、轟炸敵方目標(biāo)或作為空中交通工具。后來(lái)連續(xù)發(fā)生了幾次氣囊中氫氣爆炸的事故，飛艇

的飛行速度又不及飛機(jī)，飛艇便逐漸被飛機(jī)取代。近年來(lái)由于能源危機(jī)，且

可以用不會(huì)爆炸的氦氣代替氫氣，人們對(duì)造價(jià)低廉、消耗燃料少、裝載量大

的飛艇又重新重視起來(lái)(如圖)。密度計(jì)右圖是一種密度計(jì)，它可以漂浮在不同液體中測(cè)量液體的密度，在釀酒、

石油、化工以及農(nóng)業(yè)選種等方面有廣泛

應(yīng)

用

。這種密度計(jì)通常中間有一個(gè)體積較大的玻璃泡。密度計(jì)下方裝著金屬顆粒

作為配重，使密度計(jì)漂浮時(shí)能保持豎直

姿態(tài)。密度計(jì)上方為細(xì)玻璃管，它的內(nèi)

部標(biāo)有刻度，測(cè)量時(shí)可以根據(jù)液面所處

的位置直接讀出液體的密度值。密度計(jì)上

0i911下小結(jié)浮沉條件物體的浮沉條件及應(yīng)用應(yīng)用從力的關(guān)系的角度從密度關(guān)系的角度輪船潛水艇氣球和飛艇密度計(jì)P

液>

P

物，P

液

P物，P

液

P

物，F(xiàn)

浮

>

G

物，F(xiàn)浮

=

G物，F(xiàn)

浮<G物，上浮懸浮下沉上浮懸浮下沉1.一個(gè)木塊的體積為200cm3,

密度為0.8x103kg/m3。

把它浸沒(méi)在水中

后由靜止釋放，這個(gè)木塊為什么不能懸浮在水中?木塊最終漂浮在水面上

時(shí)，浸在水中的體積是多少?木塊浸沒(méi)在水中時(shí)排=V木木塊所受的浮力F浮=

P水V排9木塊所受的重力G木=m

木9

=P木V木9=P木排9因?yàn)閜

水>P木1

所以F浮>G

木因此，木塊會(huì)上浮，最終漂浮在水面。漂浮時(shí)，由二力平衡條件可知F'浮=G

木=m

木g=P

木Vg,

所以木塊浸在水中

的體V浸=練習(xí)與應(yīng)用另

一

種

解

法因?yàn)槟緣K的密度小于水的密度，所以它浸沒(méi)在水中不會(huì)懸浮，而會(huì)上浮，最終漂浮在水面。由二力平衡條件可知F浮=G

木=m

木9又由阿基米德原理可知F浮=G

排=m

排9所以木塊漂浮時(shí)，

m

排=m

木=P木

木木塊浸在水中的體積木塊浸在水中的體積2.排水量為1000t的輪船在河水中航行，滿載時(shí)船及所裝貨物總共有多重?所受河水的浮力是多少?如果河水的密度為1×103kg/m3,

船排開(kāi)河水的體

積是多少?g取10N/kg。因?yàn)檩喆?，由二力平衡條件可知F浮=G

船貨=m船貨9又根據(jù)阿基米德原理有F浮=G

排=m

排9所以F:浮=G

船貨=G

排=m

排9

=

1x10°kg

x10

N/kg

=1x10'NF浮=G排=m排9=P水排9船及貨物總重1x10?N;

所受浮力大小為1×10?N;船排開(kāi)河水的體積大小為

1x103m。3.體積為120cm3

、

重1.8N的一塊固體，在密度為1.1×103kg/m3的鹽水中為

什么會(huì)下沉?當(dāng)這塊固體浸沒(méi)在鹽水中靜止時(shí)，容器底部對(duì)它的支持力是多

少?g取10N/kg。浸沒(méi)時(shí)V排=V物所受的浮力F浮=G排=m

排9=P水排9=P水物9=1.1×103kg/m3×120×10??m3×10N/kg=1.32N這塊固體所受重力G=1.8N因?yàn)榻](méi)時(shí)，F(xiàn)浮<G物

所以該固體在鹽水中下沉。沉在鹽水底部時(shí)，固體受到豎直向下的重力，豎直向上的浮力和支持力，所以F支=G物-F浮=1.8N-1.32N=0.48N。第一問(wèn)的另一種解法因?yàn)檫@個(gè)固體的密度大于鹽水的密度，所以浸沒(méi)時(shí)這個(gè)固體會(huì)在鹽水中下沉。這塊固體的體積V物T=120cm3=1.2×10??m3這塊固體的質(zhì)量這塊固體的密度4.一個(gè)飛艇充入氣體后的質(zhì)量是1.5t,

體積為1500

m3

。

當(dāng)飛艇懸浮在空中時(shí)，它裝了多少貨物?空氣的密度取1.29

kg/m3。g

取10

N/kg。因?yàn)轱w艇懸浮，由二力平衡條件可知F浮=G飛+G貨=(m飛+m貨)9根據(jù)阿基米德原理有F浮=G排=m

排9=P氣V排9所以有(m飛+m

貨)9=p氣V排9可得，m飛+m

貨=P氣V排又可得m貨=P氣排-m飛=1.29

kg/m3×1500m3-1.5×103kg=435kg5.如右圖所示的自制簡(jiǎn)易密度計(jì)是把吸管的下端密閉并纏繞一段銅絲做