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物体的沉浮及应用
1
物体的浮沉条件
2
浮力大小的比较
目
录
CONTENTS
3
浮力的应用
当年诸葛亮被司马懿围困在平阳,全军上下束手无策,诸葛亮想出一条妙计,明算准风向,命人拿来白纸千张,糊成无数个灯笼,再利用烟雾向上的引力带着它们升空,一个个小小的灯笼升起,营内的士兵高呼着:“诸葛先生坐着天灯突围啦!”。司马懿竟然信以为真,带兵向天灯的方向追赶,诸葛亮得以脱险。于是后世就称这种灯笼为“孔明灯”。
孔明灯
01
物体的浮沉条件
孔明灯点然后,为什么可以上浮至空中?
01
物体的浮沉条件
1912年4月14日23时40分左右,泰坦尼克号与一座冰山相撞,造成右舷船艏至船中部破裂,五间水密舱进水。4月15日凌晨2时20分左右,泰坦尼克船体断裂成两截后沉入大西洋底3700米处。2224名船员及乘客中,1517人丧生,其中仅333具罹难者遗体被寻回。泰坦尼克号沉没事故为和平时期死伤人数最为惨重的一次海难,其残骸直至1985年才被再度发现,目前受到联合国教育、科学及文化组织的保护。
01
物体的浮沉条件
泰坦尼克号
撞上冰山后,
“泰坦尼克”号为什么会沉没?
02
探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系
当F浮<G时,合力方向竖直向下,物体在液体中向下运动称为下沉。
G
F浮
下沉
当F浮=G时,合力为0,物体在液体中的状态称为悬浮。
G
F浮
悬浮
当F浮>G时,合力方向竖直向上,物体就上浮。
G
F浮
上浮
漂浮时F浮=G。
G
F浮
漂浮
(1)浮力与重力的关系
02
探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系
巧施妙计:
浸没在水中的一只鸡蛋,由于鸡蛋受到的
力大于
力,鸡蛋下沉。想一想,如何让这个鸡蛋浮起来?
浮
重
02
探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系
一只鸡蛋浸没在不同密度的盐水中出现的情况。
上浮
悬浮
下沉
请分析鸡蛋在三种状态下的受力情况,并比较浮力和重力的相对大小。
(2)浮力与密度的关系
探究实验
02
探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系
ρ液>ρ物
上浮
实验结论
物体上浮、下沉以及悬浮时,物体浸没在液体中,V排
=
V物。
F浮=
ρ液
g
V排
F浮>G,
ρ液
g
V排
>ρ物
g
V物
,
G
=
mg
=
ρ物
g
V物
F浮=G,
ρ液<ρ物
下沉
ρ液=ρ物
悬浮
理论推导
ρ液>ρ物
上浮:
漂浮:
ρ液
g
V排
=ρ物
g
V物
,
ρ液>ρ物
F浮<G,
ρ液
g
V排
<ρ物
g
V物
,
F浮=G,
ρ液
g
V排
=ρ物
g
V物
,
下沉:
悬浮:
ρ液<ρ物
ρ液=ρ物
02
探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系
3、悬浮和漂浮的相同点和区别:
相同点:
都是静止在液体中,都只受重力和浮力作用,根据二力平衡条件,重力和浮力相等,即:
F浮
=G
F浮
G
F浮
G
悬浮
漂浮
02
探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系
不同点:
(1)悬浮时,物体停留在液体内部的任何地方,它必定全部浸没在液体中;
而漂浮,物体是静止在液面上,它必定有一部分露在液面之上。
(2)悬浮时,物体浸没在液体中,所以V排=V物。
而漂浮时,物体只有一部分浸入液体中,所以V排V排
=V物
V排
悬浮
漂浮
03
阿基米德原理解析
g
g
为什么汤圆刚入锅时沉底的,煮熟了就浮到水面上了?
生活现象解释1
03
阿基米德原理解析
海洋的灾难——油污染
泄漏的石油为什么都漂浮在水面?
生活现象解释2
02
浮力大小的比较
(1)不同物体在同一液体中所受浮力情况,可用阿基米德原理比较。
?
甲
?
乙
?
丙
甲、乙、丙体积相同,比较甲、乙、丙三个物体所受浮力大小。
02
浮力大小的比较
(2)同一物体在不同液体中所受浮力情况,可用沉浮条件比较。
比较甲物体在不同液体中所受浮力大小。
?
甲
a
?
甲
b
?
甲
c
03
浮力的应用
思考
改变物体浮沉的方法有哪些?
改变自身的重力大小。
改变自身的体积大小或改变液体密度大小从而改变浮力大小。
轮船
03
浮力的应用
钢铁的密度远大于水,用钢铁制成的轮船为何浮而不沉?
轮船在水中,是什么状态?
_________,F浮_______G物
阿基米德原理:
F浮=_______=___________;
G物=G船+G货=(m船+m货)g
m排_______m船+
m货(轮船的排开水的质量叫做排水量,m排)
若一艘轮船从河里驶到海里,排水量怎么变化?V排怎么变?
漂浮
=
G排
ρ液
g
V排
原理:把密度比水大的钢材制成“空心”状,使它能排开更多体积的水,增大可利用的浮力。
=
01
物体的浮沉条件
潜水艇
03
浮力的应用
原理:
①悬浮在水中时,F浮_______G物
②两侧水舱中充水,使F浮_______G物,潜水艇下沉。
③两侧水舱中排水,使F浮_______G物,潜水艇上浮。
若潜水艇悬浮的高度不同,受到的浮力怎么变化?
<
原理:通过对水舱进行注水和放水来改变自身重力,从而调节潜艇的上浮和下潜。
>
01
物体的浮沉条件
气球和飞艇
03
浮力的应用
氢气球、热气球、飞艇能上浮到空中,是因为氢气、热空气以及飞艇中的氦气的密度比空气的小,它们的重量小于所排开的空气的重量。
原理:利用充气或放气来控制体积变化可实现升降。
密度计
03
浮力的应用
密度计
03
浮力的应用
原理:利用物体漂浮在液面上时,F浮=G物原理制成的。
物体在不同液体中漂浮时,物体排开液体的体积不同。
刻度特点:上小下大,刻度间隔不均匀。自上往下,刻度线越来越密,刻度值越来越大。
读数方法:静止时液面所对刻度乘以水的密度
用途:一种可以直接测量液体密度的仪器。
水
液体甲
液体乙
1.0
1.2
1.4
密度计是利用
来测量液体密度的仪器,被测液体的密度越大,密度计浸入液体的深度越
,露出液面的部分
。当把密度计放入某种液体中静止时,液面正对0.6这个刻度,则这种液体的密度为
kg/m3。
漂浮时F浮=G计
浅
0.6×103
0.8
1.0
1.8
2.0
0.6
某液
多
盐水选种
03
浮力的应用
原理:利用浸没在液体中的物体受到的浮力跟液体的密度ρ液有关,ρ液越大,
F浮越大。
ρ物<ρ液,物体上浮;
ρ物>ρ液,物体下沉。
在浓度适宜的盐水中,干瘪、虫蛀的种子会上浮直至漂浮,而饱满的种子下沉到容器底部。
气象探测气球
03
浮力的应用
球内充有密度比空气小得多得氢气,用于气象观察。
浮筒打捞沉船
浮筒打捞法是打捞沉船的一种方法,是用若干浮筒在水下充气后,借浮力将沉船浮出水面。
鱼漂
03
浮力的应用
课后练习
2、物体浮沉的判定
受力比较法
密度比较法
3、浮力计算方法
称重法:F浮=G物-F
压力差法:F浮=F向上-F向下
原理法:F浮=G排=
ρ液gV排
平衡法:F浮=
G物
(悬浮或漂浮)
ρ液>ρ物
上浮或漂浮
ρ液=ρ物
悬浮
ρ液<ρ物
下沉
4、浮力应用:轮船、潜水艇、密度计、热气球等
1、阿基米德原理:
F浮=G排=
ρ液gV排
(也适用于气体)
F浮﹥G物
上浮
F浮=
G物
悬浮或漂浮
F浮﹤G物
下沉
浮力
课后练习
1.密度计是测液体密度的仪器,它是根据物体漂浮在液面时F浮___G物(填=、<、>)的原理制成的。
2.使用密度计时必须使其______,才能正确测出液体的密度。
3.密度计在各种不同的液体中所受浮力是______(相同、不同)的,在密度_____
(大、小)的液体中露出液面的体积较大,故密度计的刻度是上_____下______(大、小)。
=
漂浮
相同
大
大
小
课后练习
4.把下端缠有一些铁丝的细木棍放在液体A中露出液面的长度是5cm,放在液体B中露出液面的长度4cm,放在液体C中露出液面的长度是6cm,则液体
的密度最大。
B
C
A
C
课后练习
5.用同一支密度计测甲、乙、丙三种液体的密度,如图所示,则甲、乙、丙三种液体的密度及密度计在三种液体中所受浮力大小关系如何?
密度:丙>乙>甲
浮力:甲=乙=丙
课后练习
6.潜水艇是模仿自然界中的鱼制造出来的,你能说说鱼是通过什么方式来实现浮沉的?
鱼在下沉的时候用体内的肌肉的力量挤压鱼鳔使其体积减小,浮力减小,当浮力小于鱼的重力时,鱼就下沉。
鱼在上浮时用体内肌肉力量拉申鱼鳔使其体积增大,体积增大,浮力增大,当浮力大于鱼的重力时,鱼就上升。
7.
冰或冰中含有木块、蜡块、等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变,
冰中含有铁块、石块等密度大于水的物体,冰化为水后液面下降。
(1)如果象木块、蜡块。?冰熔化后,木块、蜡块仍浮在水面上,所受的浮力仍等于自身的重力,所以水面高度不变。?
(2)如果是铁块、石块等密度大于水的物质,此时所受浮力,只等于与自已等体积的水的重力。即此时它们所受浮力变小了,所以V排也就变小了,水面就要降低了。
课后练习
课后练习
8.一冰块漂浮在水面上,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
课后练习
9.当冰放入盐水中时,冰熔化后,液面如何变化?
∵
ρ水<
ρ盐水,∴V排>
V盐水
冰排开盐水的体积小于冰化成水的体积
∴液面上升
【解析】冰漂浮在盐水中,F浮
=
G
课后练习
10.潜水艇浸没在水中,在它下潜的过程中,关于它受到的重力和浮力的说法正确的是(
)
A.重力不变,浮力不变
B.重力变大,浮力变小
C.重力变大,浮力不变
D.重力变小,浮力变大
C
课后练习
11.以下有关热气球的说法正确的是(
)
A.为使静止的热气球下降,必须继续给热气球中的空气加热
B.为使静止的热气球下降,只需把热气球上的物体抛掉一部分
C.正在匀速下降的热气球,假如有一物体从热气球上掉下,热气球将立即上升
D.正在匀速下降的热气球,假如有一物体从热气球上掉下,热气球将先下降后上升
D
课后练习
13.密度均匀的实心物体悬浮在水中,将物体截成大小不等的两块后,仍放入水中,则(
)
A.大块下沉,小块悬浮
B.大块下沉,小块上浮
C.两块都上浮
D.两块都悬浮
D
4.将体积相同的A、B、C三个小球投入水中,出现如图所示的三种情况,下列关于对三个小球受到的浮力大小的说法正确的是( )
A.A球浮在水面上,受到的浮力最大
B.C球沉在底部,受到的浮力为零
C.A球受到的浮力与B球受到的浮力相等
D.B球受到的浮力与C球受到的浮力相等
A
B
C
C
课后练习
14.浸没在液体中的物体,它在液体中的深度越深,受到的浮力(
)
A、越大 B、越小
C、不变 D、都有可能
15.一实心铁球分别浸没水、酒精、水银中,受到浮力最大的是(
)
A、水
B、酒精
C、水银
D、无法确定
水
酒精
水银
C
C
课后练习
16.排水量为1000t的轮船在河水中航行,满载时船及所装货物总共有多
重?所受河水的浮力是多少牛?如果河水密度为1x
10?kg/m?,船排开河水的体积是多少立方米?
g取10N/kg。
解:
G=G排
=m排g=1000×103kg=106N
根据阿基米德原理得:
F浮=G排
=106N
?
课后练习
17.测量液体密度的仪器叫做密度计。将其插入被测液体中,待静止后直接读取液面处的刻度值(图10.3-9甲)。图10.3-9乙和图10.3-9丙是自制的简易密度计,它是在木棒的一端缠绕一些铜丝做成的。将其放入盛有不同液体的两个烧杯中,它会竖直立在液体中,由观察到的现象可以判断哪杯液体的密度大。说出你的理由。
密度计乙和丙两种液体中都是漂浮,则:
F浮
=
F′浮=
G
∵
G
不变,∴
F浮不变
F浮乙=
F浮丙
ρ乙
g
V排乙=
ρ丙
g
V排丙
∵
V排乙
>V排丙,
∴
ρ丙>
ρ乙
课后练习
18.某一木块的体积为200cm?,密度为0.8x
10?
kg/m
?。
把它浸没在水中后放手,为什么木块不能悬浮在水中?木块最终漂浮在水面上静止时,浸在水中的体积有多大?
解:
由于ρ木<ρ水,所以木块放入水中后会上浮,不能悬浮。
木块漂浮在水面时
F浮
=
G木
=
m木
g
=
ρ木V木g
=
0.8x
10?
kg/m?
×200×10-6m?×10N/kg=1.6N
?
课后练习
19.体积为120cm2的一块固体,重1.8N,放在密度为1.1x10?kg/m?的盐水中为什么会下沉?当固体浸没在盐水中静止时,容器底部对它的支持力有多大?
解:
?
?
由于ρ固>ρ盐水,所以固体放入盐水中后会下沉。
固体浸没后受到的浮力
F浮
=
ρ盐水V排g=
1.1x
10?
kg/m?
×120×10-6m?×10N/kg=1.32N
容器底部对固体的支持力
F支
=G-F浮=1.8N-1.32N=0.48N
课后练习
20.一个飞艇充入气体后的质量是1.5t,
体积为1500m?。当装入多少货物时,气艇能够悬浮在空中?空气的密度为1.29
kg/m?
解:
飞艇受到的浮力
F浮
=
ρ空气V排g=
1.29
kg/m?
×1500m?×10N/kg=19350N
飞艇自身的重力
G=
mg=
1.5x
10?
kg×10N/kg=15000N
飞艇悬浮时,F浮=G+G货
货物的重力
G货=F浮-G=
19350N
-
15000N=4350N
感谢聆听
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