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沉与浮
教育科学出版社八年级下册第十单元
潜艇
下沉
上浮
悬浮
物体的浮与沉是由什么因素决定的呢?
第4节 沉与浮
F浮
A
C
B
现象1 下沉
F浮现象2 悬浮
G
F浮
F浮=G
现象3 上浮
F浮>G
1.物体在液体中浮沉的几种情况
悬浮
上浮
下沉
F浮
G
F浮
G
F浮
G
上浮: F浮>G
一、物体的浮沉条件
F浮
G
漂浮
漂浮: F浮 = G
悬浮: F浮 = G
下沉: F浮<G
沉底: F浮 < G,此时物体受到重力、浮力、支持力
上浮
悬浮
鱼鳔的大小变化能使鱼在水中自由沉浮
鱼鳔
V排
F浮
F浮
G
变大
变大
变大
>
鱼鳔
V排
F浮
F浮
适中
适中
适中
=
鱼鳔
V排
F浮
F浮
变小
变小
变小
<
G
G
下沉
抹香鲸靠加热或冷却脑油来控制沉降
乌贼的骨中包含有许多小的充气隔室
鹦鹉螺具有螺旋形的外壳,壳内有很大的充气囊
2.物体密度与液体密度之间的关系
上浮:F浮> G ρ液gV排> ρ物g V物 ∴ ρ液> ρ物
悬浮:F浮= G ρ液gV排 = ρ物g V物 ∴ ρ液 = ρ物
下沉:F浮< G ρ液gV排< ρ物g V物 ∴ ρ液< ρ物
浮力:F浮= ρ液gV排 ; 物体重力:G = ρ物g V物;
V排 = V物
实心物体浸没在液体中,会受到浮力和重力。
漂浮: ρ液> ρ物
根据浮沉条件进行比较:
二、控制沉与浮
思考:
1.如何让在液体中下沉的物体上浮?
2. 如何让在液体中上浮的物体下沉?
1. 改变液体的密度
将新鲜鸡蛋放入盛有水的容器中,向水中逐渐加盐,并不断搅拌,逐渐增加盐水的浓度,观察鸡蛋在容器中的位置是否变化?若加入清水,又会发生什么现象?
用橡皮泥做成能承载重物的小船,使它漂浮在水面上。
2. 将物体做成空心
茅塞顿开:原来,橡皮泥做成船型后,由实心变成了空心,增大了V排,从而增大了浮力。
工作原理:将钢铁做成空心的轮船,可以排开更多的水,漂浮在水面上。
排 水 量:轮船满载时排开水的质量。
轮 船
3. 改变物体的重力
潜艇
工作原理:靠改变自身重力上浮和下潜的。
潜艇:
潜艇
潜艇
潜艇是通过水箱改变自身重力(充水或排水)来实现沉浮的。
把模型潜艇浸在水中,从管中抽气,模型将怎样运动?向管中打气,模型又会怎样?
下沉
上浮
考考 你:
你对潜艇的设计还有什么创新思维吗?
可以改变潜水艇的体积来上浮和下沉
潜艇最早用于军事侦察和袭击,现在也用于深海考察,为开发海洋、获得新资源提供信息。
观光潜艇能让游客欣赏到神秘的海底景观
工作原理:靠空气的浮力升空
F浮=G排=ρ空gV排
加热空气或充入密度小于空气的气体
气球和飞艇
4. 充入密度较小的气体
综上所述:要控制物体的沉与浮
方法1.可以改变物体受到的浮力
方法2. 可以改变物体的重力
归纳总结:不管是方法1还是方法2,要控制物体的沉浮,需要改变ρ物、ρ液或V排的大小才能实现对物体沉与浮的控制!
早在殷商之前,我国古代人民对浮力就有深入的观察,到殷商时已由制独木船发展到用木板组成大的船体,这是我国最早时期的木船。
芦湖独木舟
我国古代对浮力的应用
周朝以后不仅在小河上能架设浮桥,在黄河、长江这样的大河上也多次架设过浮桥。
浮桥
我国汉代曾发明过一种做军事信号用的灯笼,灯笼能腾空而起,飞向天空。
三国时期有“曹冲称象”。
除了以舟称物之外,以舟起重也是中国人的发明。据史籍记载,真定县僧人怀丙曾“打捞铁牛”。他创造了浮力起重法。
独木舟
宝船
孔明灯
盐水选种子
1、浮沉子沉浮的原理是什么?
课后科学探究:
利用浮筒打捞沉船
视频播放
2、利用浮筒打捞沉船的原理?
浮船打捞
浮筒绑在沉船两侧时使整体体积增大,总的浮力增大,排出浮筒中的水,浮筒的重力减小,当浮力大于重力时沉船上浮。
打捞中山舰
中山舰是“浓缩了中国现代史”的一代名舰,其排水量780t,长62.48m,宽8.99m,1938年在长江被日军击中,沉入19m深的长江。
如果由你来组织打捞中山舰,你会怎么做?
3、我国自行设计、自主集成研制的载人潜水器
——“蛟龙号潜水器”
祖国,我为您自豪!
在物理实验中使用的密度计,是一种测量液体密度的仪器,它是根据物体漂浮在液体中所受到的浮力等于重力的原理制造与工作的。密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管,管的下部装有少量密度较大的铅丸或水银,使用时将密度计竖直放入待测的液体中,待密度计平稳后,从它的刻度处就可以直接读出待测液体的密度。
密度计:
密度计
物体的 浮沉条件
上浮:F浮>G物
下沉:F浮< G物
悬浮或漂浮:F浮= G物
控制沉与浮
潜 艇
热气球
浮船打捞
沉与浮
课堂小结
决定因素:F浮与G物共同决定
浮沉条件
例1 关于浮力,下列说法中正确的是( )
A. 上浮的物体一定比下沉的物体受到的浮力大
B. 沉在容器底部的物体一定不受浮力
C. 在水中上浮的物体在煤油中可能悬浮
D. 没入水中的物体在水中的位置越深受到的浮力越大
C
三、例题分析
例2. 一艘轮船从内河驶入海里,它受到的重力大小 ,它受到的浮力 ;它排开水的体积 。(选填“变大”,“变小”或“不变”)
【解析】
轮船在内河河面上漂浮,F浮 = G ;
当它驶入海里时也是漂浮:F′浮= G 。
∵ G 不变,∴ F浮不变:
F浮 = F′浮
ρ水 g V排= ρ海水 g V′排
∵ ρ海水> ρ水 , ∴ V′排 不变
不变
变小
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
河水
海水
【解析】
因为同一密度计在甲、乙两种液体中都是漂浮,浮力等于重力,所以密度计所受的浮力相等,根据 F浮 = G排 = m排g ,所以两次排开液体的质量是相等,即m1 = m2 ;
根据F浮=ρ液gV排: F浮相等, V排越小就说明其ρ液越大,密度计在乙中V排小, 所以 ρ乙更大,即ρ甲 < ρ乙
例3 同一支密度计先后放在甲、乙两杯液体中,静止时所处的位置如图所示,由此我们可以判断:ρ甲 ρ乙;若该密度计两次测量中排开液体的质量分别为m1、m2,则m1 m2.(两空均选“>”、“=”或“<”)
=
<
例4 重为15 N的物体,浸没于装满水的容器中后,溢出了5×10-4 m3的水,则此物体是( )
A.浮在水面上 B.沉到水底
C.悬浮在水中 D.以上几种情况都有可能
【解析】
根据阿基米德原理:
F浮 = ρ水 gV排
=1.0 ×103 kg/m3 ×10N/kg×5×10-4 m3
=5N<15 N
∵ G > F浮 ∴ 物体下沉
B
例5 如图所示,体积相同的A、B两物体静止在水中,则( )
A.两物体受到的浮力一定相等
B.两物体受到的浮力不等,A物体受到的浮力大
C.两物体的密度不等,B物体的密度大
D.两物体的重力不等,B物体的重力大
CD
1.一个质量是50g的鸡蛋悬浮在盐水中不动时,它受到的浮力是_____N,如果往盐水中注入清水,鸡蛋将_______。(选填填“上浮”、“静止”或“下沉”)(g=10N/kg)
2.用同一支密度计测定不同液体的密度,下列叙述正确的是( )
A 密度计漂浮的越高,所受的浮力越大
B 密度计漂浮在不同液体中,所受的浮力都相等
C 密度计排开液体体积越大,液体密度越大
D 密度计漂浮的越高,液体密度越大
B D
0.5
下沉
巩固练习
3.质量相等的实心铝球和铁球放在水中,铁球受的浮力 铝球受的浮力;若把它们都放在水银中静止时,则铁球受的浮力 铝球受的浮力(已知:ρ铝<ρ铁,选填“大于”、“等于”或“小于”)
小于
等于
4.一个很薄的塑料袋(质量不计)装满水,袋口扎紧后挂在弹簧测力计下,读数是6N,若使塑料袋体积的2/3浸在水中称,弹簧测力计的读数接近于( )
A.0N B.6N C.4N D.2N
D
5. (2016成都)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
A
6. 在远洋轮船的船舷上,都漆着五条“吃水线”,又称“载重线”,如图所示,其中标有W的是北大西洋载重线,标有S的是印度洋载重线。当船从北大西洋驶向印度洋时,轮船受到的浮力以及北大西洋与印度洋的海水密度ρ1和ρ2的关系是( )
A.浮力增大,ρ1=ρ2
B.浮力减小,ρ1=ρ2
C.浮力不变,ρ1>ρ2
D.浮力不变,ρ1<ρ2
C
A
B
7. 如图所示,A体积大于B体积,两物体静止在水中( )
A.两物体受到的浮力一定相等
B.两物体受到的浮力不等,A物体受到
的浮力大
C.两物体的密度不等,B物体的密度大
D.两物体的重力不等,B物体的重力大
【解析】
A漂浮:ρA< ρ水 ; B悬浮:ρB= ρ水
∴ ρB= ρ水> ρA
ρB> ρA
BC
8. 一长方体铁块按图所示,从下表面与液面刚刚接触时下放至图中虚线位置。能大致反映铁块下降过程中所受浮力的大小F浮与铁块下表面浸入液体深度h深关系的图像是( )
B
9.一冰块漂浮在水面上,当冰完全熔化后,容器中的水面将如何变化?
当冰化成水后,质量不变,所以,m水= m冰
∵冰化成水的体积等于冰排开水的体积
∴ 液面的高度不变。
【解析】冰漂浮在水面上,F浮= G冰
若将冰放入盐水中时,冰熔化后,液面又如何变化?
∵ ρ水< ρ盐水,∴V化水>V排
冰化成水的体积大于冰排开盐水的体积
∴ 液面上升
【解析】冰漂浮在盐水中,F浮 = G
浮沉子原理:浮沉子是由倒置的小瓶构成,下端开口与大瓶内的水相通,小瓶内上方有一小段空气(红色部分)。看以谁为研究对象:
1、 若以“小瓶和小瓶内空气”作为研究对象,小瓶和小瓶内空气的重力不变,用力挤压塑料瓶,导致塑料瓶内上方的空气体积减小,瓶内气压增大,因此将部分水压入小瓶中,导致小瓶内的空气(红色部分)体积减小,所以V排减小,根据F浮 = ρ水 gV排 ,小瓶和小瓶内空气整体受到浮力减小从而下沉;反之松手后小瓶内空气体积变大,浮力增大,所以上浮。
2、若以“小瓶和小瓶中的水”为研究对象,用力挤压塑料瓶,部分水被压入小瓶中,导致小瓶和小瓶中的水重力变大,大于浮力,所以下沉,与潜水艇原理相同。
浮沉子
课堂小结
物体的浮沉条件
浮力的应用
浮力问题解析
轮船
潜水艇
气球和飞艇
作业:《导学练》129、130、131页
谢谢!