人教版 初中物理 八年级下册 第十章 浮力 10.3 物体的浮沉条件及应用 学案

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【学习目标】
1. 掌握物体沉浮的条件
2. 能够根据物体密度与液体的关系初步判断物体的沉浮状态
3. 掌握实心与空心物体所受浮力的区别
4. 根据沉浮条件知道冰块在水中熔化后液面变化的情况
5. 掌握潜水艇的工作原理
6. 掌握密度计的工作原理
【自主学习】
一、物体沉浮的条件
二、浮力的应用
轮船：工作原理：利用“空心”的办法，来增大V排，从而增大浮力，使得货轮获得的浮力等于自身重力。如果把空心部分放上货物，发现船没有下沉，是因为即使放上了货物把空心部分填满，此时船排开液体体积也是按照“空心”加自己实心这两部分来算的，因此只要放如空心部分的货物的重力小于空心部分排开水的浮力，船就不会沉。所承载的货物比空心部分排开的体积对应的浮力大时（即最大浮力撑不起货物总重力），这个状态就是“超载”。
轮船的大小通常用 来表示。排水量就是轮船装满货物时排开水的 。
潜水艇：向水舱充水时，潜水艇变 ，逐渐潜入水中。当水舱充水后潜水艇所受的重力 浮力时， 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，从而 。 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。
气球和飞艇：如果气球里充的是密度 空气的气体，那么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。 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。
密度计：原理：利用沉浮条件F浮=G物（漂浮、悬浮），即密度计的刻度特调为上疏下密。
【例1】汤圆刚放入水中时，会沉入锅底（如图甲），煮熟时则会浮出水面（如图乙），对此下列解释中正确的是（ ）
A．煮熟时，汤圆排开水的体积增大，导致汤圆受到水的浮力大于汤圆重力而上浮
B．煮熟时，水的密度变大，导致汤圆受到水的浮力大于汤圆重力而上浮
C．煮熟时，汤圆受到水的浮力不变，但汤圆的重力变小，导致浮力大于重力而上浮
D．煮熟时，汤圆受到水的浮力和汤圆的重力都变小，但是浮力仍大于重力而上浮
【例2】2020年4月23日，“雪龙”号考察船圆满完成历时198天的南极考察任务，返回上海码头落锚。在铁链拉着铁锚缓慢放入水中时，经历了如图所示三种情况：图甲中铁锚部分浸入水中；图乙中铁锚完全浸没水中但未触底；图丙中铁锚沉底。三种情况下船身受到的浮力大小分别为F甲、F乙、F丙，它们的大小关系正确的是（　　）
A．F甲＝F乙＝F丙 B．F甲＞F乙＝F丙 C．F甲＞F乙＞F丙 D．F甲＜F乙＜F丙
【例3】如图所示，是我国战略潜艇执行任务的情景，下列说法正确的是（ ）
A．潜艇在水面下向深处下潜时，所受浮力减小
B．潜艇在水面下向水面发射导弹后，所受浮力减小
C．潜艇上浮时，在露出水面以前浮力不变
D．潜艇加速前进时，受平衡力作用
【例4】质量相同的A、B两个正方体，在水中静止时如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．正方体A受到的浮力大
B．正方体B受到的浮力大
C．正方体A 浸在水中的体积大
D．正方体A 底部受到水的压力大
【例5】如图所示，a、b、c是三个实心小球，其中a与b质量相等，b与c体积相同；放入水中后，a球漂浮、b球悬浮、c球沉底。则下列判断中正确的是（　　）
A．b球体积大于a球
B．b球所受重力大于c球
C．三个小球的密度关系是ρa＞ρb＞ρc
D．三个小球所受浮力关系是Fa＝Fb＝Fc
【例6】水平桌面上有甲、乙、丙三个完全相同的容器，装有不同的液体，将三个质量和体积都相同长方体A、B、C分别放入容器的液体中，静止时的位置如图所示，三个容器的液面相平。则下列判断正确的是（　　）
A．物体受到的浮力
B．三种液体的密度
C．容器对桌面的压强
D．物体下表面受到液体的压力
【例7】如图所示，放在桌面的圆柱形容器里盛有适量的水，有一块冰块静止漂浮在水面，这块冰露出水面的体积和总体积的比为 ；冰完全熔化成水后其体积 ，容器底受到水的压强 。（后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”）（ρ冰=0.9g/cm3，ρ水=1.0g/cm3）
【变式】水平桌面上放有甲、乙两个完全相同的柱状容器。在甲容器内倒入部分液体A，在乙容器内倒入部分液体A和水（液体和水不相溶，且ρAρ水）。然后分别在两容器内放入质量相等的冰块，此时甲容器内液面和乙容器内水面恰好相平，如图所示。若冰块全部熔化后，甲、乙两容器内水面距离容器底部分别为h1和h2，水和液体A之间的界面距离容器底部分别为h1′和h2′。则（　　）
A． h1h2，h1′h2′
B． h1h2，h1′h2′
C． h1h2，h1′h2′
D． h1h2，h1′h2′
【例8】一个带瓶盖质量为100g的圆柱形瓶身的空玻璃瓶，内装10cm高的水，用瓶盖密封后放在水平地面上，如图甲所示，再将玻璃瓶分别倒置在盛有水和某种液体的容器中，静止后，瓶内、外液面的高度差如图乙和图丙所示（瓶壁厚度忽略不计）。下列说法正确的是（　　）
A．玻璃瓶底的面积为100cm2
B．未知液体的密度为0.5g/cm3
C．玻璃瓶在水中漂浮时瓶内外水对瓶盖的压强相等
D．玻璃瓶在未知液体中排开的液体的体积为700cm3
【例9】小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作简易密度计。
（1）取一根粗细均匀的饮料吸管，在其下端内部塞入适量金属丝并用石蜡封口。塞入金属丝的目的是使吸管能竖直
在液体中。
（2）将吸管放到水中的情景如图甲所示，测得浸入的长度为H；放到另一液体中的情景，如图乙所示，浸入的长度为h。若该简易密度计两次排开液体的质量分别为m1、m2，则m1 （选填“＝”、“>”或“<”下同）m2；用ρ液、ρ水分别表示液体和水的密度，则ρ液 ρ水，h与ρ水、ρ液，及H的关系式是h＝ 。
（3）小明根据图甲，在吸管上与水面相平处标上水的密度，见丙图。再利用上述关系式进行计算，标出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度线（单位为，图中未画出）。结果发现，1.1刻度线是在1.0刻度线的 （选填“上”或“下”）方。
（4）①另一小组小华将不同质量的铜丝缠绕在同一规格吸管的外边，做成简易密度计C和D，制作好的C、D两个密度计放入水中时，水面恰好与C密度计最上面刻度线齐平，与D密度计最下面刻度线齐平，如图戊所示。如果要用它们测浓盐水的密度，则应选用密度计 （选填“C”或“D”）。
②将C依次放入一系列密度已知的液体中，每次当C在液体中处于竖直漂浮状态时，在吸管上标出与液面位置相平的刻度线及相应密度值ρ，并测量吸管浸入液体的深度h，再利用收集的数据画出ρ-h图象，如图丁中图线②所示。将D同样依次放入一系列密度已知的液体中进行实验，得到丁中的另一图线①。他进一步研究发现，对同一密度计浸入液体的深度h和对应密度ρ的乘积不变。（铜丝的体积可以忽略）下列说法正确的是( )
A．上述实验中密度计C在不同液体中漂浮时，浸入的深度h越大，受到的浮力越大
B．密度计C上缠绕铜丝的质量小于密度计D上缠绕铜丝的质量
C．若图丁中ρ3-ρ2=ρ2-ρ1，则密度计C上ρ3与ρ2刻度线的间距大于ρ2与ρ1刻度线的间距
D．若图丁中ρ3-ρ2=ρ2-ρ1，则密度计C上ρ3与ρ1刻度线的间距大于密度计D上ρ3与ρ1刻度线的间距
【例10】用刻度尺测固体的密度（水的密度用表示，水槽的底面积用S表示）；
（1）让空烧杯漂浮在盛有适量水的水槽内，用刻度尺测出此时水槽内水面的高度为；
（2）再将待测固体放在烧杯内，用刻度尺测出此时水槽内水面的高度为；
（3）将固体从烧杯中取出，用细线吊着放入水槽中，用刻度尺测出此时水槽内水面的高度为；
（4）则固体的质量 ，固体的体积 ；
（5）则固体的密度 。
【例11】一根轻质且不可拉伸的细线将一边长为10cm的正方体物块拴接在底面积为400cm2薄壁容器底部，当水深为30cm时，绳子刚好伸直，如图甲所示；当水深为36cm时，物体上表面恰好与水面相平，如图乙所示。则图乙中细线的拉力为 N，剪断图乙中的细线，稳定后水面将下降 cm。
【例12】水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种不同液体，将两个不同材料制成的正方体A、B（ ），按如图两种方式分别放入两种液体中，待静止后，两杯中液面恰好相平。则甲图排开液体的质量 （选填“小于”、“大于”或“等于”）乙图排开液体的质量，甲液体对B下表面的压强 （选填“小于”、“大于”或“等于”）乙液体对A下表面的压强。
【课后巩固】
1．如下图所示，小明用大号注射器、硬塑料瓶等器材制作了一个潜水艇模型（忽略进气排气管的体积），探究潜水艇的浮沉原理。下列说法正确的是（　　）
A．若要让悬浮的模型上浮，应使模型中进水
B．推动活塞排水，悬浮的模型会下沉
C．模型悬浮时，仅改变它所处的深度仍然能使其保持静止
D．潜水艇能上浮或下沉是通过改变自重实现的
2．下列不属于利用浮沉条件工作的是（　　）
A．轮船
B．潜水艇
C．飞机
D．热气球
3．水平桌面上甲、乙两个相同容器中，分别盛有等体积但密度不同的液体。现将等质量的A、B两个小球放入其中，小球静止后的状态如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．A、B两个小球所受浮力的大小关系为
B．液体密度的大小关系为
C．容器底部所受液体压强的大小关系为
D．容器对桌面的压力的大小关系为
4．如图所示，放在水平桌面上的甲、乙、丙三个全相同的烧杯，将三个完全相同的长方体A、B、C分别放入装有不同液体的烧杯中，A在甲杯中沉底，B在乙杯中悬浮，C在丙杯中漂浮，且各杯液面相平。下列判断不正确的是（　　）
A．物体受到的浮力FA浮B．丙烧杯中液体的密度最大
C．物体下表面受到液体的压力FA>FB=FC
D．烧杯对桌面的压强p甲5．“我劳动，我快乐”，瑶瑶同学养成了良好的劳动习惯，每天坚持洗碗，在洗碗过程中，他发现碗可以漂浮在水面上，也可以沉入水底，如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．碗漂浮在水面时受到的浮力大于它的重力
B．碗沉入水底后不会受到浮力作用
C．碗沉入水底后比漂浮在水面上时洗碗盆的液面下降
D．碗沉入水底后比漂浮在水面上时洗碗盆的液面上升
6．小明用矿泉水瓶和小玻璃瓶制作了一个“浮沉子”（如图所示），其改变浮沉的原理和潜水艇类似，他将装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下，使其漂浮在矿泉水瓶内的水面上，矿泉水瓶内留有少量空气，拧紧瓶盖使其密封，用力挤压矿泉水瓶侧面时“浮沉子”下沉，松手后“浮沉子”即上浮。下列说法不正确的是（ ）
A．“浮沉子”下沉时，所受重力大于它受到的浮力
B．无论怎样挤压矿泉水瓶侧面，“浮沉子”不可能悬浮在水中
C．“浮沉子”上浮时，小瓶内的压缩空气会将内部的水压出
D．“浮沉子”上浮时，所受浮力大于自身重力
7．如图，实心正方体木块（不吸水）漂浮在水上，此时浸入水中的体积为，然后在其上表面放置一个重3N的铝块，静止后木块上表面刚好与水面相平（g取10N/kg，）则下列说法错误的是（　　）
A．未放置铝块前，木块受到的浮力是7N
B．放置铝块后，木块排开水的体积是
C．木块的密度是
D．放置铝块后，木块下表面受到水的压强增大了700Pa
8．在学习了如图甲所示的密度计后，小张在木棒的一端缠绕一些铜丝，自制了一个简易密度计。他将简易密度计分别放入盛有不同液体的乙、丙两个烧杯中，密度计都会竖立在液体中，浸入液体的深度比为5︰2，下列说法正确的是（　　）
A．密度计在液体中处于悬浮状态
B．若乙中液体为水，则丙中液体密度为2.5g/cm3
C．乙和丙中液体密度之比为5︰2
D．密度计下底端在乙和丙中所受液体压强之比为5︰2
9．两个容器中分别盛有甲、乙两种不同的液体，把体积相同的A、B两个实心小球放入甲液体中，两球沉底；放入乙液体中，两球静止时的情况如图乙所示。则下列说法正确的是（ ）
A．小球A的质量大于小球B的质量
B．甲液体的密度小于乙液体的密度
C．小球A在甲液体中受到的浮力等于在乙液体中的浮力
D．在甲液体中容器底对小球A的支持力大于对小球B的支持力
10．俗话说“瓜浮李沉”，意思是西瓜投入水中会漂浮，李子投入水中会下沉。对此现象，下列说法正确的是（　　）
A．李子浸没在水中后，下沉过程中所受浮力大小不变
B．西瓜漂浮时所受浮力大于重力
C．李子下沉过程中所受水的压强不变
D．西瓜的密度比李子的密度大
11．盛有适量水的柱形容器静止于水平桌面上，先把质量与碗相等的土豆放置于碗中，并将其放入柱形容器的水中，它们处于漂浮状态，如图甲所示；再把土豆从碗中取出轻放入水中，静止时土豆沉底，碗处于漂浮状态，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．水对碗减少的浮力（甲、乙两图对比）等于图乙中水对土豆的浮力
B．图乙中水对碗的浮力小于水对土豆的浮力
C．图甲容器中水对容器底部的压强大于图乙容器中水对容器底部的压强
D．图甲容器对桌面的压强大于图乙容器对桌面的压强
12．如图所示的是海军055型驱逐舰，它是我国未来海军的中坚力量。其排水量为12000t，吃水深度为6.6m。关于该驱逐舰，下列分析正确的是（　　）
A．该驱逐舰在海上航行时受到的浮力大于重力
B．驱逐舰满载时受到的浮力约为
C．舰载直升机飞离后，驱逐舰受到的浮力变小
D．驱逐舰吃水深度越深，舰底受到水的压强越小
13．检测海水水位变化的浮标如右图所示，从夏季至冬季，海水温度下降，体积缩小致密度变大，此过程中，浮标的体积保持不变，下列关于浮标的说法正确的是（　　）
A．所受浮力变大，露出海面体积变大
B．所受浮力变小，露出海面体积变大
C．所受浮力不变，露出海面体积变大
D．所受浮力变大，露出海面体积变小
14．将密度为0.9g/cm3、边长为10cm的立方体冰块，放入盛有水的柱状容器中，静止时冰块有2cm露出水面，如图所示。对容器缓慢加热，直至冰块完全熔化。在冰熔化过程中，下列判断与事实不符的是（　　）
A．冰吸收热量，温度保持不变
B．水面高度始终保持不变
C．冰块漂浮之后，受到的浮力逐渐变小
D．水对容器底部的压力最多增大1.0N
15．一金属环中间结有冰块，冰块和金属环的总重为0.71N，将它们放入底面积为10cm2的圆柱形容器中恰好悬浮于水中（如图甲所示），此时冰块和金属环受到的浮力共为 N；过一段时间冰全部熔化，金属环沉入水底，容器内的水面下降了0.7cm （如图乙所示），则金属环的质量是 g。（已知ρ冰 =0.9g/cm3，g取10N/kg）
试卷第1页，共3页
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16．放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器（容器质量不计）底面积为10-4m2，将一体积为2×10-4m3木块放入水中静止时，有体积露出水面，如图甲所示；用一根质量和体积不计的细线把容器底和木块底部中心连接起来，如图乙所示（g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）。求：（1）甲图中木块排开水的重力；（2）木块的密度；
（3）若把乙图中的绳子剪断，待木块静止后，水对容器底部减小的压强是多少？
17．如图甲所示，我国自主建造重为的导管架“海基二号”需要用驳船运输到指定位置，安装在超过300m深的海域搭建石油开采平台。而亚洲最大驳船的最大载重只有，该驳船可看作长200m、宽50m、高14m的规则长方体，其最大吃水深度为7m。“文冲修造厂”通过加宽驳船解决了超重难题，如图乙是驳船加宽后的示意图，加宽后驳船的最大吃水深度不变。（）求：（1）水深300m处的压强；（2）加宽前，驳船空载时排开水的体积；（3）若驳船体积每增加，自重增加，为了安全装载“海基二号”，驳船总宽度至少应增加多少；请你另外设计一种改装驳船的方法（只说方法，不计算）。
1．如图甲所示，底面积200cm2的轻质薄壁柱形容器放置于水平桌面上。底面积100cm2，高度16cm的柱体A通过不可伸长的细线与容器底部相连。向容器中注入某种液体，细线上拉力F与容器中液体深度h的关系如图乙所示，当液体深度h为30cm时，马上停止注入液体并切断细线，下列说法中错误的是（　　）
A．液体的密度为0.8g/cm3
B．柱体A的密度为0.6g/cm3
C．切断细线到A静止时，A上升的高度为10cm
D．切断细线，待A静止后，液体对容器底部的压强是2240Pa
2．如图，将一铁块甲（）放在一长方体木块上，共同放入水中，木块刚好完全浸没；将铁块拿走，在木块下方用细线（体积不计）系一合金块乙（），木块仍完全浸没在水中。下列说法正确的是（　　）
A．甲和乙的体积之比为39∶40
B．甲和乙的体积之比为45∶39
C．甲和乙的质量之比为8∶9
D．甲和乙的质量之比为1∶1
3．如图所示，在薄壁柱形容器中装有一定质量的水，将物体A、金属块B按甲、乙、丙三种方式分别放入水中，待A、B静止时，A浸入水中的深度分别为13cm、8cm、2cm，图甲中A恰好浸没。已知A的底面积为200cm2，容器的底面积为400cm2，则下列说法错误的是（　　）
A．甲图中，A下表面受到的水的压力为26N
B．乙、丙两图中，水对容器底部的压强相差了300Pa
C．乙图中，AB间绳子上的拉力为10N
D．金属块B的密度为2.2×103kg/m3
4．为探究浮力产生的原因，疯狂物理小组制作了一个特别的水槽：重为的水槽分成M、N两部分，M底部的横截面积为，N底部的横截面积为，且有一个边长为的正方形开口，容器厚度均忽略不计，如图甲所示，。现将一个质量为，边长为的正方体木块完全密封在正方形开口上方并使其不下落，然后向N水槽中加水使，水未从N流出，观察到木块并没有上浮，如图乙所示。继续向M槽中加水，如图丙所示，直至木块能刚好脱离N水槽的底部时，停止加水。以下说法正确的是（　　）
A．向N水槽中加水结束时，木块上表面受到水的压力为
B．向M水槽中加水，当深度为时，木块刚好上浮
C．木块上浮最终静止后，整个水槽对桌面的压强为
D．木块最终漂浮时，水对M底部的压强为
5．同组的小超只有刻度尺这一测量工具，于是他进行了如下操作：
①在圆柱形容器中装有适量的水，将另一平底烧杯放入圆柱形容器的水中，烧杯静止时容器中水的深度 H1 为 12cm，如图甲所示；
②将待测金属块 b 吊在烧杯底部（金属块未触底），测量出烧杯静止时露出水面的高度 h1 为 6cm，容器中水的深度 H2 为 18cm，如图乙所示。
③将金属块b放在烧杯中，烧杯静止时露出水面的高度 h2 为 2cm，如图丙所示。已知圆柱形容器底面积为烧杯底面积的 3 倍。则金属块 b 的密度为 kg/m3
6．2024年中国南极考察队首次在极地布放生态潜标。热爱探索的小明自制了一套潜标模型进行研究。如图所示，质量为，高的圆柱体A与边长为的正方体B通过细线连接构成潜标。将其放置在底面积为的薄壁柱状盛水容器中，正方体B沉在水底，圆柱体A在浮力的作用下将细线刚好伸直（细绳不受力），整串潜标装置垂直于水面。此时圆柱体A的下底面距水面。已知A、B物体均不吸水，细线不可伸长。求：
(1)正方体B受到的浮力；
(2)圆柱体A的底面积；
(3)调整潜标时，小明缩短连接AB的细绳，使得圆柱体A恰好有三分之一浸入水中，此时正方体B对容器底的压强为，求正方体B的质量。
7．如图所示，正方体木块漂浮在水面上，总体积的露出水面，不可伸长的悬绳处于松弛状态。已知绳子能承受的最大拉力为4N，木块边长为0.1m，容器底面积为0.04m2，容器中水足够多，容器底有一阀门K。（g取10N/kg）求：
（1）木块的密度。
（2）打开阀门使水缓慢流出，当细绳断裂前一瞬间关闭阀门，求此时木块排开水的体积。
（3）在细绳断后木块再次漂浮时，容器底受到水的压强与绳断前的瞬间相比改变了多少？
8．如图甲所示的薄壁容器放置在水平桌面上，两侧容器上端开口，底部通过一阀门连通。其中左侧容器的上半部分和下半部分的横截面积分别为150cm2和250cm2，上半部分足够高，下半部分容器高12cm，容器右侧底面积为50cm2，里面装有足量的液体。在左侧容器内放一个底面积为100cm2，质量为500g的正方体木块A，木块A底部中心通过一段轻质细线与容器底部相连。打开阀门后，右侧容器内液体深度变化量h和木块A底部所受液体压强的关系如图乙所示。（不计两侧容器之间连接部分水的体积）求：
（1）未打开阀门时，木块A对容器底部的压强；
（2）液体的密度是多少kg/m3；
（3）当h=97cm时，液体对左边容器底的压强。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。试卷第1页，共3页
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【参考答案】
自主学习
二、浮力的应用：排水量 质量 重 等于 上浮 小于
【例1】A 【例2】C 【例3】C 【例4】D 【例5】D 【例6】D 【例7】1:10 变小 不变 【变式】A
【例8】D
【例9】（1）漂浮；（2）= < ；（3）下 ；（4）C D
【例10】
【例11】6 1.5
【例12】等于 小于
课后巩固
基础练习
1. D 2. C 3. A 4. C 5. C 6. B 7. D 8. B 9. B 10. A 11. C 12. C 13. C 14. B
15. 0.71 8
16. （1）1.6N；（2）0.8×103kg/m3；（3）4×103Pa
17. （1）3×106Pa；（2）4×104m3；（3）10m，将驳船的长度增加
能力提升
1. C
2. C
3. C
4. C
5.
6. (1)80N；(2)300cm2；(3)17.5kg
7. （1）0.75×103kg/m3；（2）3.5×10-4m3；（3）100Pa。
8. （1）500Pa；（2）1.0×103；（3）3.1×103Pa
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