第十章 浮力
第3节 物体的浮沉条件及应用
典案二 导学设计
学点一 物体的浮沉条件
实验展示：如图10－3－5所示，将一个鸡蛋放在清水中，鸡蛋下沉到烧杯底部；往烧杯里面逐渐加入盐，增大液体的__密度__，鸡蛋逐渐离开容器底部，停留在盐水任意位置，此状态称为__悬浮__；继续加盐，鸡蛋开始__漂浮__，有一部分体积露出水面。
图10－3－5
受力分析：如果用三个物体分别代表鸡蛋上浮、悬浮及下沉的情形，那么它们受力情况是怎样的呢？请在下面图中用力的示意图大致画出它们在不同情形下的受力情况(注意同一个图中表示两个以上不同的力时，力越大线段越长)。
图10－3－6
总结分析：通过上述分析，我们知道浸在液体中物体的浮沉取决于物体所受__浮力__与__重力__的大小关系。
(1)上浮：F浮＞G物，物体__上浮__。物体逐渐露出水面，V排__变小__，F浮___变小__，当F浮__＝__G物时，物体最终漂浮在水面。即：F浮＞G物，物体上浮，最终漂浮。
(2)下沉：浸没在水中的物体若F浮＜G物，物体__下沉__。下沉过程中，物体所受浮力__不变__。即：F浮(3)悬浮：物体浸没在水中，F浮＝G物，受力__平衡__，物体的运动状态__不变__，物体__静止__在液体中。即：F浮＝G物，物体悬浮。
拓展分析：利用上浮、悬浮、下沉时F浮和G物的关系推导ρ物和ρ液的关系(物体浸没在液体中)。
物体上浮： F浮＞G物，由于物体全部浸入液体中，此时V物__＝__V排，所以ρ液V排g>ρ物V物g，可得出ρ液__>__ρ物。
同理，可推出，物体下沉： ρ液__<__ρ物；物体悬浮： ρ液__＝__ρ物。
学点二 浮力的应用
问题1：“空心法”增大浮力
如图10－3－7甲所示，木头漂浮在水面上，从密度角度来讲，木头之所以能够漂浮在水面上，是因为木头的密度__小于__水的密度。如果将其挖成空心，则其自身重力__变小__，可载货物重力__增加__。后来人们发明了船(如图乙所示)，就是利用“空心法”来增大浮力的。如图10－3－8所示为1405年郑和下西洋时乘坐的木船，长约147 m，是当时世界上最大的木船。
图10－3－9
问题2：轮船。
制造原理：橡皮泥的密度大于水的密度，所以将实心橡皮泥放入水中，它会__下沉__。如图10－3－9所示，如果将橡皮泥做成小船状，橡皮泥所受的重力__不变__，但是排开液体的体积__增加__，故受到的浮力__增大__，所以就能够承载更多的重物漂浮在水面上。轮船就是根据这个道理制造的。
知识拓展：排水量：轮船的大小通常用__排水量__来表示。排水量就是轮船__装满__货物时排开水的__质量__。
问题3：潜水艇
演示实验：如图10－3－10所示，取一支大试管，用一个钻有两个小孔的橡皮塞塞紧管口，在两个小孔中各插入一根短玻璃管，并在玻璃管上分别接上一根长度适当的软胶管，其中一根胶管和注射器相连，另一根胶管只需当试管水平浮在水面时，管口能没入水面以下即可。为使试管能水平浮在水面，可在试管的底部绕几圈铁丝，作为配重，使它平衡。将试管放入大玻璃水槽内，使它水平浮于水面。用注射器从试管中抽气，试管内的水就增多，试管下沉；往试管内压气，试管内的水就减少，试管上浮。
图10－3－10
原理分析：当注射器从试管中抽气时，试管内的水增多，此时试管的总重力__增加__，当其受到的重力__大于__浮力时，便会下沉；当其受到的重力__等于__浮力时，便会悬浮在水中；当注射器向试管中压气时，试管内的水减少，此时试管的总重力__减小__，当其受到的重力__小于__浮力时，便会上浮。因此试管能够上浮或下沉是依靠改变__自身__的重力来实现的。潜水艇就是根据这个道理制造的。
问题4：气球和飞艇
原理探究：当用电吹风向塑料袋内吹热空气时，袋内的冷空气会被排到袋外，袋内只有密度较__小__的热空气，对整个塑料袋来说，其自身重力__小于__排开周围冷空气的重力，所以此时浮力__大于__重力，因此就会冉冉上升了。
制作原理：如图10－3－11甲、乙所示，节日放飞的气球、携带气象仪的高空探测气球等，里面充的是密度__小于__空气的气体，例如氢气或氦气等；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。为了能定向航行而不随风飘荡，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，如图丙所示。
图10－3－11
第十章 浮力
第3节 物体的浮沉条件及应用
方式一 【情景导入】
多媒体播放视频《许愿灯放飞》。
导入语：同学们，想不想自己制作一只许愿灯呀？大家有会的吗？(可以由学生表述)下面我们就看一下简易许愿灯的制作过程[多媒体播放视频《快速制作孔明灯(老外版)》]，下面再看个中国版的更简单的做法[多媒体播放视频《塑料袋制成的孔明灯(中国版)》]。许愿灯为什么能升空呢？带着这个问题，我们开始今天的探究——物体的浮沉条件。板书课题——《第3节 物体的浮沉条件及应用》。
方式二 【实验导入】
多媒体播放视频《浮沉子》(或者演示小实验内容，吸引学生)。
导入语：想知道其中的奥秘吗？那我们就开始今天的探究学习——物体的浮沉条件及应用。板书课题——《第3节 物体的浮沉条件及应用》。
方式三 【情景导入】
多媒体播放视频《死海不死》。
大家想知道死海不死的原因吗？带着这个问题，我们开始今天的探究学习。板书课题——《第3节 物体的浮沉条件及应用》。
演示实验巧引物体的浮沉条件
(1)配好盐水，让鸡蛋漂浮在液面上(用一个较大的容器，盐水不要太多，准备后续实验中往里加水)。
问：新鲜鸡蛋在水中是下沉的，容器中的鸡蛋却漂浮在水面上，猜想是什么原因？
学生会从鸡蛋的密度(坏鸡蛋)和液体的密度(盐水)两个方面作出猜想。
问：此时鸡蛋处于漂浮状态，它所受到浮力和重力是什么关系？(相等，强化漂浮时浮力和重力的关系)
图10－3－1
(2)逐渐往容器中加水，观察鸡蛋的浮沉情况。先做出鸡蛋下沉一点儿的情况，露在水面的体积逐渐减小。
问：什么原因导致鸡蛋下沉了些？
答：加水后，盐水的密度变小。
问：加水后，鸡蛋所受到的浮力如何变化？为什么？
突破学生思想障碍，将新学的内容浮沉条件纳入浮力大小的判断，突破“轮船从海中驶入河中下沉原因分析”的难点。
(3)再逐渐往容器中加水，做出悬浮、下沉的情况。
让学生经历观察实验，体会液体密度的变化导致物体浮沉情况的变化。
[中考解读] 本节中考常考内容是：①物体的浮沉条件及应用；②浮力的应用。其中物体的浮沉条件的应用是一个考查重点，应对考查的关键是判断物体的浮沉，判断浮沉的方法主要是力的分析法和密度比较法。本节内容考查题型一般为选择题、填空题、计算题。
[考点对接] 1.物体的浮沉条件
[源起教材P57] 插图
图10.3－1 物体的浮沉
例1 [重庆中考] 如图10－3－2甲所示，烧杯里盛有6 ℃的水，小球在水中恰好悬浮。经研究发现，水的密度随温度的变化如图乙所示。现在烧杯四周放上大量的冰块，在烧杯内水的温度下降到0 ℃的过程中，假设小球的体积始终不变，关于小球的浮沉情况判断正确的是( )
图10－3－2
A．先下沉然后上浮 B．浮力变小，一直下沉
C.先上浮然后下沉 D．浮力变大，一直上浮
[解析] C 烧杯里盛有6 ℃的水，小球在水中悬浮，小球的密度与6 ℃时水的密度相等。由图象可知：4 ℃时水的密度最大，6 ℃时水的密度比0 ℃时水的密度大。当水的温度从6 ℃降到4 ℃时，因水热胀冷缩，水的密度增大，大于小球的密度，使小球上浮、向上运动；当水的温度从4 ℃降到0 ℃时，水的密度减小，最后小于小球的密度，使小球下沉、向下运动。
[考点对接] 2.盐水浮鸡蛋问题
[源起教材P57] 想想做做
盐水浮鸡蛋
如图10.3－2，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。
图10.3－2
例2
图10－3－3
[泰州中考] 如图10－3－3所示，一重为0.5 N的鸡蛋沉在水底，向水中加入食盐并搅拌，鸡蛋仍沉在水底，此过程中鸡蛋受到的浮力________(选填“变大”“变小”或“不变”)；继续加入食盐并搅拌，鸡蛋上浮，最终静止时排开盐水的重力________(选填“>”“＝”或“<”)0.5 N。
[答案] 变大 ＝
[解析] 向水中加盐，鸡蛋排开水的体积不变，盐水的密度增大，由F浮＝ρ液V排g可得，鸡蛋受到的浮力增大。不断加入食盐，鸡蛋上浮至漂浮，最终静止时排开盐水的重力G排＝F浮＝G蛋＝0.5 N。
[考点对接] 3.浮力的应用
[源起教材P58] 插图
图10.3－4 郑和下西洋600
周年纪念邮票
例3 [连云港中考] 皮划艇是一项水上运动项目。如图10－3－4所示，某次比赛中，两运动员的总质量为145 kg，双人划艇的质量为15 kg，则该划艇静止时所受的浮力大小为________N，排开水的体积为________m3。(g取10 N/kg，ρ水＝1.0×103 kg/m3)
图10－3－4
[答案] 1600 0.16
[解析] (1)由于两个人和划艇的总质量为m＝m人＋m艇＝145 kg＋15 kg＝160 kg，则两个人和划艇的总重力为G＝mg＝160 kg×10 N/kg＝1600 N；由于划艇处于漂浮状态，则F浮＝G＝1600 N。(2)由F浮＝ρ水V排g得：V排＝＝＝0.16 m3。
[考点对接] 4.潜水艇
[源起教材P59] 插图
图10.3－6 潜水艇截面示意图
例4 [南充中考] 一艘轮船的排水量是50000 t，当它满载在长江内河航行时，排开水的体积是________；一艘潜水艇从长江内河潜行(潜行：指潜水艇浸没)到海洋时，潜水艇受到的浮力________(选填“变大”“不变”或“变小”)。(ρ水＝1.0×103 kg/m3，ρ海水＝1.03×103 kg/m3)
[答案] 5×104 m3 变大
[解析] m排＝50000 t＝5×107 kg，
由ρ＝可得，轮船在长江航行时排开水的体积是：
V＝＝＝5×104 m3。
潜水艇潜行，从河里驶入海里，海水密度比河水密度大，排开水的体积不变，
根据公式F浮＝ρ液V排g可知，浮力变大。
为什么肥皂泡总先上升后下降？
日常生活中，我们常看到一些小朋友吹肥皂泡，一个个小肥皂泡从吸管中飞出，在阳光的照耀下，呈现美丽的色彩。此时，小朋友们沉浸在欢乐和幸福之中，我们也常希望肥皂泡能飘浮于空中，形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升，随后便下降，这是为什么呢？
这个过程和现象，我们只要细心想一下，就会发现，它其中包含着丰富的物理知识。在开始的时候，肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气，肥皂膜把它与外界隔开，形成里外两个区域，里面的热空气温度大于外部空气的温度，此时，肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度，根据阿基米德原理可知，此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它会上升。这个过程就跟热气球的原理是一样的。
随着上升过程的开始和时间的推移，肥皂泡内、外气体发生热交换，内部气体温度下降，因热胀冷缩，肥皂泡体积逐步减小，它受到的外界空气的浮力也会逐步变小，而其受到的重力不变，这样，当重力大于浮力时，肥皂泡就会下降。
材料一 为什么肥皂泡总先上升后下降？
材料二 潜水艇和鱼如何实现上浮和下沉？
