第六节
物体的浮沉条件
第八章
压强与浮力
1.浸没在水中的木块为什么向上浮起?
2.浸没在水中的铁块为什么沉到容器底部?
3.钢铁制成的船为什么能在海面上航行?
4.物体在液体中都受到浮力,为什么有的上浮、有的下沉、有的悬浮?
悬浮
上浮
下沉
观察与思考
1.浮力与重力的关系
一、物体的浮沉条件
2.物体密度与液体密度间的关系
3.浮沉条件的讨论
将木块和铁块分别放入水中,观察松手后它们的运动方向,试着分析其中的原因。
F浮
当F浮>G时,合力向上,物体上浮,最终物体漂浮在液面。
当F浮
当F浮=G时,合力为零,物体悬浮在水中。
F浮
1.浮力与重力的关系
G物
G物
2.根据物体的浮沉条件填空并画出受力示意图。
如图所示
F浮>
G
上浮:
ρ液>
ρ物
F浮=
G
悬浮:
ρ液
=
ρ物
F浮<
G
下沉:
ρ液<
ρ物
浮力:F浮=ρ液gV排
;
重力:G
=ρ物g
V物;
研究条件:实心物体浸没在液体中,受重力和浮力。
漂浮:
ρ液>ρ物
沉底:
ρ液<ρ物
根据浮沉条件进行比较:
V排
=
V物
2.物体密度与液体密度间的关系
(1)漂浮:F浮____G物、ρ液____ρ物、V排____V物。
(2)上浮(物体在液面下):F浮____G物、ρ液____ρ物、V排____V物。
(3)悬浮:F浮____G物、ρ液____ρ物、V排____V物。
(4)下沉(物体在液面下):F浮____G物、ρ液____ρ物、V排____V物。
(5)沉底:F浮____G物、ρ液____ρ物、V排____V物。(以上各空均选填“>”“<”或“=”)
=
>
<
>
>
=
=
=
=
<
<
=
<
<
=
将新鲜鸡蛋放入盛水容器中,向水中加盐,并搅拌,不断增加盐水的浓度。观察鸡蛋在容器中的位置变化。
想想做做
(1)上浮和下沉是不平衡态;
悬浮和漂浮是平衡(静止)态
(2)漂浮:V排<V
悬浮、沉底:V排=V;
上浮、下沉:V排
≦V
(3)空心物体运用浮沉条件时可以用物体的平
均密度ρ物与液体密度ρ液比较
3.浮沉条件的讨论
思考
螺母在水中下沉,为什么比螺母大得多的军舰却能漂浮在水面上?
阿基米德原理:
物体受到的浮力等于物体排开的液体所受的重力。
甲
乙
F甲浮
F乙浮
G乙
G甲
G甲
G乙
V甲排
V乙排
F甲浮
F乙浮
=
>
>
实验探究
要用密度大于水的材料制成能够浮在水面上的物体,可以把物体做成空心的,增大它们排开液体的体积,增大浮力。
实验结论
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二、浮力的应用
用橡皮泥做成能承载重物的小船,使它漂浮在水面上。
想想做做
(1)工作原理:将钢铁做制成空心的轮船,可以排开更多的水,漂浮在水面上。
(2)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
(3)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
排出水,潜艇受到的重力减小,潜艇上浮
注入水,潜艇受到的重力增大,潜艇下沉
气球和气艇
(1)气球
加热空气使气球里空气的密度变小的方法,使它受到的重力小于浮力而升空。
热气球的简介
热气球运动在发达国家发展很快,世界各地的热气球已超过2000个,几乎每天都有比赛和活动。随着皮卡尔和琼斯驾驶“飞船三号”热气球,成功创造不间断环球一周飞行的世界记录。国际航空运动协会计划组织一项环球飞行比赛,首届赛事将于2002年举办,并计划以后每四年举办一次世界热气球环球飞行比赛。
世界许多城市都定期举办热气球节,藉此推动旅游等相关产业,带动当地经济的发展。日本的佐贺市便是成功的典例,每年参加佐贺热气球节的热气球队超过百支,现场观看人数上百万。
(2)飞艇
用充密度小于空气的气体的方法,使它受到的重力小于浮力而升空。
飞艇的简介
目前,飞艇被广泛应用于经济建设和社会服务领域,主要用来向地面交通困难的地区运送物资、人员,进行航空照相、探寻鱼群、森林防火、材积测定、交通指挥、电视转播、旅游观光等。
与其他航空器相比,飞艇具有四大特点:一是飞行平稳,操控性好,便于驾驶;二是安全性好,对起落场地要求低,可低空低速飞行;三是成本低廉,续航时间长,航程较远,有效载重量大;四是购置费、维护费、场地建设费、飞行费和训练费较低,运营成本远远低于其他航空器。
工作原理:利用物体漂浮在液面上时浮力等于重力的原理制成的。
刻度特点:上小下大,刻度间隔不均匀。
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。
密度计
二、浮力的应用
漂浮
悬浮
下沉
上浮
ρ液与ρ物
F浮与G物
F合
沉底
F合=0
V排与V物
是否平衡
F浮=G物
ρ液>ρ物
V排<V物
是
F合=0
F浮=G物
ρ液=ρ物
V排=V物
是
F合=0
F浮<G物
ρ液<ρ物
V排=V物
是
竖直向上
F浮>G物
ρ液>ρ物
V排≦V物
否
竖直向下
F浮<G物
ρ液<ρ物
V排≦V物
否
重点一
重点二
1.做题技巧:物体排开水的体积每变化100cm3,物体受到的浮力变化1N。(g=10N/Kg)
2.浮力变化量
1.)有关浮力的受力分析时,物体重力往往不变;浮力变化量等于除重力外其他力的变化量。ΔF浮
=ΔF
2.)当液体的密度不变时,ΔF浮
=ρ液gΔV排
3.)同一物体在不同液体中浸没时,受到的浮力变化量为ΔF浮
=Δρ液gV排
4.)柱形容器内,物体受到的浮力的变化量等于液体对底部的
压力的变化量,即ΔF浮
=ΔF液压
F浮
重点三:1.漂浮
3.F浮=G物
2.ρ液>ρ物
1.
V排<V物
G物
F浮
F浮
=ρ液gV排
G物
=ρ物gV物
∴ρ液gV排=ρ物gV物
重点三:2.悬浮
3.F浮=G物
2.ρ液=ρ物
1.
V排=V物
F浮
G物
F浮
所有的物理量都相等。
直接将物体看作为同种液体制成的
重点三:3.浸没(悬浮、沉底)
1.
V排=V物
F浮
G物
F浮
F浮
=ρ液gV排
G物
=ρ物gV物
重点四:液面升降
思路点拨:液面之所以发生变化,是因为V排发生改变,V排增大,则液面上升;V排不变,液面不变;V排减小,液面降低。因为F浮
=ρ液gV排,可以通过F浮的变化来判断液面的变化,F浮增大,则液面上升;F浮不变,液面不变;F浮减小,液面降低。
将船上的石块扔入水中、将水底的石块打捞进船舱、漂在水面的冰融化----发生诸如此类的现象时液面是如何变化的,怎么判断
重点四:液面升降
1.物体全部为固体(且不受外力)
1)漂浮、悬浮变沉底时:总浮力减小,V排减小,液面降低,如将船上石块扔入水中,剪断船上系着铁块的绳子等
2)保持浮着(漂浮、悬浮可变化)时:前后浮力都等于总重力,浮力不变,V排不变,液面不变,如将船上轻木块扔水中或将水中漂浮的物体打捞入船内
3)沉底变漂浮、悬浮时:总浮力变大,V排增大,液面上升,如将水底的石块打牢入船中
4)总有部分沉底时:直接观察或通过计算分析V排的变化,从而得出液面的变化
重点四:液面升降
2.物体包含冰或液体时:
解题思路:可将物体中的液体(或冰融化后的水)看作利用轻质薄膜紧密包好后放入容器中,借助于1的方法,判断出液面变化,然后假设将薄膜戳破,判断液体流动引起的液面升降。
比如漂浮于盐水中的冰块,融化为水之后,可将水看作用薄膜包好后放于盐水中,因为密度小于盐水,继续漂浮在水中,并有部分体积露出盐水面,总浮力与总重力保持不变,因此液面保持不变,然后戳破薄膜,露出液面部分的水分散开来,最终液面上升。
重点五:液面变化
Δh
1.物体悬浮或沉底时:
规则容器内装有液体,底面积为S,液体高度为h1,将体积为V物的物体放入容器中,物体浸没,此时液体深度为h2
重点五:液面变化
Δh
2.物体漂浮在液面时:
规则容器内装有液体,底面积为S,液体高度为h1,将体积为V物的物体放入容器中,物体漂浮,此时液体深度为h2
柱形容器内装有适量的水,柱形物体的下表面刚刚接触到水面,当物体向下运动h时,求液面的变化量Δh
此时下表面的深度
重点五:液面变化
3.物体向上或向下运动h:
柱形容器内装有适量的水,柱形物体的下表面刚刚接触到水面,当物体当物体浸入的深度h时,求液面的变化量Δh
重点五:液面变化
4.物体浸入深度h:
重点六:船球模型
甲、乙:G物=F浮=ρ水gV排=ρ水g(h2-h1)S
甲、丙:V物=(h3-h1)S
重点六:船球模型
甲、乙:G物=F浮=ρ水gV排=ρ水g(h2-h1)S
乙、丙:V物=(h2-h3)S
同液体、同深度、同容器
液体压强:P1=P2=P3-------------=P7=P8P=ρ液gh)
1
2
3
4
5
6
7
8
液体压力:F1=F2=F3-------------=P7=P8(F=PS)
容器压力:F6容器压强:P6 一艘轮船从海里驶入河里,它受到的重力大小
,它受到的浮力
;它排开水的体积
。(填变大,变小或不变)
【解析】
轮船浮在海面上,F浮
=
G
;
它驶入河里也浮在河面上:F′浮=
G
。
∵
G
不变,∴
F浮不变:
F浮
=
F′浮
ρ海水
g
V排=
ρ海水
g
V′排,
∵
ρ海水>
ρ海水
,
∴
V排
>V′排
不变
不变
变大
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
×9.8
N/kg×5×10-4
m3
=4.9
N<15
N
∵
F浮∴物体下沉
B
A
B
如图所示,A、B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
C
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
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
2.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(选填“>”、“<”、“=”)
1.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
密度计排液体积越大,液体密度越大
D
密度计漂浮的越高,液体密度越大
B
D
<
=