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第十章第三节
物体的浮沉条件及应用
教学目标
1.知道物体的浮沉条件,了解轮船是怎样浮在水面上的。
2.了解浮沉的各种现象,规范描述各种浮沉状态的语言。
3.理解物体的浮沉条件是二力平衡知识的具体应用,结合阿基米德原理掌握浮力问题的解决方法。
下沉
我们可以从浸在液体里的物体的受力情况去分析,设计如下图的实验来验证。
探究物体的浮沉条件
小瓶上浮
小瓶下沉
小瓶静止
F浮 >G
F浮 < G
F浮 = G
实验序号 实验方法 观察小瓶运动情况 小瓶受力情况
1 把盖上盖子的空小瓶浸没于水中再松手
2 把装满水并盖上盖子的小瓶浸没于水中,再松手
3 设法使小瓶既不上浮也不下沉,即静止在水中
(也叫悬浮)
物体在液体中的沉浮取决于物体所受的浮力和重力的大小。
通过改变重力或浮力的大小,可以改变物体的浮沉状态。
当F浮>G 时, 物体上浮
当F浮<G 时, 物体下沉
当F浮=G 时, 物体处于悬浮或者漂浮状态
结论
悬浮
漂浮
水面
G物
F浮
F浮
G物
下沉
上浮
两个过程:
F浮< G物
物体下沉
F浮>G物
物体上浮
三个状态:
F浮=G物
物体漂浮
F浮= G物
物体悬浮
F浮<G物
物体下沉到水底
G物
F浮
水面
F浮
G物
G物
F浮
漂浮
悬浮
下沉到水底
平时常见到 在水中会上浮; 在水中会下沉。
因为不同物质 不同。猜测物体在液体中的沉浮跟物体密度与液体密度之间的关系有关。
木头、泡沫等
石块、金属块等
密度
下沉:由F浮 ρ液 gV排< ρ物 gV物
因为 V排= V物
所以 ρ液 < ρ物
上浮:由F浮>G可得:
ρ液 gV排>ρ物 gV物
因为 V排= V物
所以 ρ液 > ρ物
漂浮:由F浮=G可得:
ρ液 gV排=ρ物 gV物
因为 V排< V物
所以 ρ液>ρ物
悬浮:由F浮=G可得:
ρ液 gV排=ρ物 gV物
因为 V排= V物
所以 ρ液= ρ物
F浮
浮沉条件
漂浮 F浮=G V排ρ物
悬浮 F浮=G V排=V物 ∴ρ液=ρ物
上浮 F浮>G V排=V物 ∴ρ液>ρ物
下沉 F浮 简单的说,浸在液体中的物体的浮和沉,取决于所受的浮力和重力的合力的情况。还可以通过改变液体和物体密度来改变物体的浮沉状态。
悬浮与漂浮有何不同?
悬浮物体全部浸入;漂浮物体部分浸入。
将新鲜的鸡蛋分别浸入盛有水和浓盐水的容器中,观察鸡蛋在容器中的位置。
做一做
F浮 >G物
F浮 <G物
F浮 =G物
F浮 =G物
分析运动状态变化的过程
分析平衡状态
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
ρ液=ρ物
ρ液>ρ物
ρ物 是物体的密度(平均密度),而不是构成该物体的物质的密度
状 态 上 浮 下 沉 悬 浮 漂 浮
物体受力分析
浮沉条件 浮力和重力
比较
液体密度和物体密度比较
特 点
说 明
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舟发展到用木板组成大的船体,这是我国最早的木船。
周朝以后不仅在小河上能架设浮桥,在黄河、长江这样的大河流上也多次架设过浮桥。
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。
用橡皮泥做成能承载重物的小船,使它漂浮在水面上。
工作原理:将钢铁制成空心的轮船,可以排开更多的水,漂浮在水面上。
排水量(m排):
轮船满载时排开水的质量:
F浮= m排g 而 F浮=G
∴ m船+m货= m排
载重线
轮 船
工作原理:靠改变自身重力上浮和下潜。
模拟潜水艇:用注射器向密封的瓶内打气,将瓶内的水排出,瓶向上浮起
潜水艇
工作原理:靠空气浮力升空
内部充有小于空气密度的气体
气球和飞艇
密度计是一种什么仪器?它的刻度有什么特点?
测量液体密度的仪器,刻度是上小下大,上稀下密。
密度计的工作原理是什么?
物体漂浮在液面上的条件F浮=G
密度计浸入液体中越深,说明
液体的密度是越大还是越小?
越小
密度计
F浮>G物
ρ 液> ρ物
F浮< G物
ρ 液< ρ物
F浮= G物
ρ 液= ρ物
F浮= G物
ρ 液> ρ物
盐水选种
潜水艇
热气球
密度计
3
1.容器内盛有水,在一试管里面放一小球后,浮在水面上。如图所示,现将小球取下沉入水中,试管仍浮在水面上,则 ( )。
A. 液面下降
B. 液面上升
C. 容器底部受到的液体的压强不变
D. 试管下表面受到的液体压强变小
3
【解析】
以试管和小球为研究对象:
球在试管内,试管漂浮:F浮1=G
球沉底,试管漂浮: F浮2+F支=G
∵总重G不变, F浮1=F浮2+F支 ∴ F浮1>F浮2
根据F浮=ρ水gV排 ∴ V排1>V排2 液面下降
试管V排变小,h变小,根据p=ρgh p变小
同理:
当小球取出放入水中漂浮或悬浮
F浮1=F浮2,V排1=V排2 液面不变
2.一冰块漂浮在水面上,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
冰排开水的体积等于冰化成水的体积
∴液面高度不变
【解析】冰漂浮在水面上,F浮= G冰
THANKS