第一章沉浮條件和計算講義-2022-2023學年浙教版科學八年級上冊

沉浮條件和浮力計算第一節(jié)沉浮條件知識梳理：一、物體的沉浮條件【思考1】：在日常生活中,哪些物體是浮在水上,那些是沉在水中的,你能舉些例子嗎?答：木頭、塑料、船……1．前提條件：物體浸沒在液體中，且只受重力和浮力作用。2．情況分析：【思考2】：試推導可以用物體密度和液體密度大小關(guān)系來判斷物體沉浮狀態(tài)答：例如下沉——物體完全浸沒，只受重力和浮力F浮<G即ρ液gV排<ρ物gV物，完全浸沒時，V排=V物故ρ液<ρ物【思考3】：對于質(zhì)量分布不均勻的物體，該怎樣判斷沉浮狀態(tài)？答：可用總質(zhì)量與總體積，求出平均密度，比較物體平均密度與液體密度大小，來判斷物體狀態(tài)二、物體浮沉的應用1．輪船①把密度大于水的鋼鐵采用“空心”的辦法，增大體積，使它排開更多的水，達到增大浮力，最終使F浮=G船，浮在水面。②在河里和海里都漂浮在水面，因而所受浮力相同，都等于輪船自身的重力。根據(jù)阿基米德定理可知，它在海水里比在河水里浸入的體積小。2．密度計可以直接測量液體密度的儀器，利用物體漂浮在液面上時浮力等于重力的原理制成的?！咀⒁狻竣倜芏扔嫷南露搜b有鉛丸或水銀；密度計上所標的數(shù)值是純數(shù)，這個純數(shù)代表被測液體的密度與水的密度的比值。②刻度特點：上小下大，上疏下密?！舅伎肌浚好芏扔嫷目潭葹槭裁丛酵现翟叫?？答：密度計始終漂浮，浮力等于重力，根據(jù)阿基米德定理可知，浮力一定時，液體密度越小，排開液體的體積越大。3．潛水艇潛水艇的上浮、下沉和懸浮，靠改變自身的重力來實現(xiàn)（但它的體積不發(fā)生改變）；而潛水艇自身重力的改變?nèi)Q于水艙內(nèi)充水或放水的多少。【思考】：由潛水艇，你想到了什么動物？答：魚是靠改變自身體積，從而改變浮力，來實現(xiàn)浮沉的。4．氣球和飛艇①采用充密度比空氣小的氣體（氫氣、氦氣、熱空氣）的辦法，使它受到的浮力大于重力而升空。升空時ρ平均<ρ空氣。②用改變自身的體積，實現(xiàn)沉浮。如減小體積,則有F浮<G球下降。③氣球不能無限制地升入高空，當F浮=G球時，氣球懸浮，實際上在沒有達到懸浮時，就會因其內(nèi)部氣壓大于外部氣壓而破裂。例題分析：例一沉浮條件【例題1】在研究物體的浮沉條件實驗中，將雞蛋放入裝有水的玻璃杯中后沉入水底。為了使雞蛋上浮，可采用的措施是向杯中加入適量的（）A．熱水B．酒精C．食鹽D．冷水【答案】C【例題2】如圖所示，體積相同的甲、乙、丙三個物體浸沒在水中的浮沉情況，此時甲、乙、丙三個物體所受的浮力分別為F甲、F乙、F丙，則下面關(guān)系正確的是（）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【答案】D【例題3】木頭、小魚、石塊、海螺在水中的位置如圖所示，分析它們所受的浮力，錯誤的是（）A．木頭受到的浮力等于它受到的重力B．小魚受到的浮力等于它排開的水受到的重力C．石塊受到的浮力等于它受到的重力D．海螺受到的浮力等于水對它的壓力差【答案】C【變式1】有一不吸水木球，其質(zhì)量為l0g，體積為20cm3，先把它輕輕放入盛滿水的溢水杯中。當木球球靜止時，溢出水的質(zhì)量為l0g；把它取出擦干，再輕輕放入盛滿煤油的溢水杯中，當木球靜止時，溢出煤油的質(zhì)量是(煤油的密度是0.8g/cm3)（）A．5gB．8gC．l0gD．16g【答案】C【變式2】在兩個相同的薄壁塑料瓶（質(zhì)量忽略不計）內(nèi)分別裝入體積相等、密度為ρ甲和ρ乙的兩種液體后密封，再把它們放入兩個裝有水的容器中，處于如圖所示狀態(tài)。下列判斷正確的是（）A．ρ甲>ρ乙B．ρ甲=ρ乙C．ρ甲<ρ乙D．無法判斷【答案】A【變式3】在一支平底試管內(nèi)裝入適量鐵砂，然后先后放入裝有甲、乙兩種不同液體的燒杯里，如圖所示。下列說法正確的是（）A．試管在甲液體中受到的浮力較大B．試管在乙液體里排開的液體質(zhì)量較小C．裝乙液體的燒杯底部所受壓強較大D．在甲液體中試管底部所受液體壓力較大【答案】C例二沉浮條件的應用【例題1】半潛船可用來運輸超大型貨物，空載時漂浮于海面（如圖甲）；裝載時需向船體水艙注水，船體重力增加，巨大的甲板下沉至海面以下（如圖乙）；待貨物被拖到甲板上方時，排出水艙中的水，船體重力減小，甲板上浮至海面，完成貨物裝載（如圖丙）．半潛船在甲、乙、丙三種狀態(tài)時所受的浮力分別為F1、F2、F3，則以下判斷正確的是（）A．F1＞F3＞F2 B．F2＞F3＞F1 C．F3＞F1＞F2 D．F3＞F2＞F1【答案】B【例題2】圖中是同一艘潛艇在水中上浮和下潛的情景，其中潛水艇正在水中上浮的是圖，正在水中下潛的是圖。這兩種情況中，潛水艇所受的浮力分別是F浮甲、F浮乙，則F浮甲F浮乙（選填“>”“=”或“<”）?！敬鸢浮考?，乙，=【變式1】在遠洋輪船的船舷上，都漆著五條“吃水線”，又稱“載重線”，如圖所示，其中標有W的是北大西洋的載重線，標有S的是印度洋載重線，輪船從北大西洋駛向印度洋時（中途沒有裝卸貨物），輪船受到的浮力以及北大西洋與印度洋的海水密度ρ1和ρ2的關(guān)系是（）A．浮力增大，ρ1=ρ2B．浮力減小，ρ1=ρ2C．浮力不變，ρ1>ρ2D．浮力不變，ρ1<ρ2【答案】C【變式2】小柯在一根一端密封的空心玻璃管下端繞上一段細鐵絲，制成一支自制密度計，用它來測量液體密度，測量過程中杯內(nèi)液體總量沒有變化。（1）當密度計在杯中漂浮時，液面高度在A處(如圖甲)。此時，密度計受到的浮力重力(填“＜”“＝”或“＞”)。（2）使用中，小柯發(fā)現(xiàn)細鐵絲很容易滑落，于是他改變這段細鐵絲的形狀，并把鐵絲置于玻璃管內(nèi)，再次測量同一杯液體密度(如圖乙)，杯中液面將(填“上升”“下降”或“仍在A處”)?！敬鸢浮浚?）＝（2）仍在A處第二節(jié)浮力計算知識梳理：一、浮力計算方法1．稱重法：F浮=GF2．浮力產(chǎn)生的原因法：F浮=F下F上3．阿基米德定理法：F?。紾排液=ρ液gV排4．平衡法：漂浮或者懸浮時，F(xiàn)?。紾二、漂浮問題1．漂浮問題“五規(guī)律”：規(guī)律一：物體漂浮在液體中，所受的浮力等于它受的重力；規(guī)律二：同一物體在不同液體里，所受浮力相同；規(guī)律三：同一物體在不同液體里漂浮，在密度大的液體里浸入的體積??；規(guī)律四：漂浮物體浸入液體的體積是它總體積的幾分之幾，物體密度就是液體密度的幾分之幾；規(guī)律五：將漂浮物體全部浸入液體里，需加的豎直向下的外力等于液體對物體增大的浮力。2．冰或冰中含有木塊、蠟塊、等密度小于水的物體，冰化為水后液面不變，冰中含有鐵塊、石塊等密大于水的物體，冰化為水后液面下降。例題分析：例1浮力計算【例題1】將一實心小物塊輕輕放入裝滿水的燒杯中，物塊漂浮在水面上，有1/4的體積露出水面，則物塊漂浮時與未放入物塊時相比較，燒杯中的水對燒杯底部的壓力將（減小／不變／增大）；若用與物塊相同材料制成一個1m３的實心物體，其質(zhì)量為kg?！敬鸢浮坎蛔儯?50【例題2】A、B、C是三個用不同材料制成的體積相同的實心物體?，F(xiàn)將它們用相同的彈簧連接于容器底部，然后在容器中注入水使A、B、C三物體浸沒于水中，三物體靜止時的位置如圖所示，則（）A．A物體的密度最大 B．B物體的密度最大C．C物體的密度最大 D．三物體密度相等【答案】C【例題3】如圖所示，冰漂浮在水面上，沉于酒精中，則下列說法正確的是（）A．冰受到水的浮力大于冰的重力大小B．冰受到水的浮力等于冰的重力大小C．冰受到酒精的浮力等于冰的重力大小D．冰受到酒精的浮力大于冰的重力大小【答案】B【例題4】有一密度為0.6×103kg/m3，邊長為10cm的立方體木塊浸在水中，如圖所示，若用對木塊的拉力是4N，求木塊此時受到的浮力？（用三種方法）【答案】F浮=10N（1）阿基米德定理法（2）浮力產(chǎn)生的原因法（3）受力分析：浮力=重力+拉力【例題5】青少年科技創(chuàng)新大賽中，某同學的發(fā)明作品《浮力秤》參加了展評。該作品可方便地稱量物體的質(zhì)量，其構(gòu)造如圖所示。已知小筒底面積為l0cm2，總長為20cm，盤中不放物體時，小筒浸入水中的長度為8cm，問：(1)小筒和秤盤的總重力是多少牛?(2)該秤能稱出物體的最大質(zhì)量是多少千克?【答案】（1）0.8N（2）0.12kg【變式1】為了給立方體工件表面均勻地涂上某種油，需要用豎直向下的力F把漂浮在油面上的工件緩緩地壓入油內(nèi)，如圖甲所示。工件的下底面與油面的距離為h，力F與h的大小關(guān)系如圖乙所示．小科覺得圖中CB的延長線BA段是沒有意義的，老師告訴他，力F為負值時，表明它的方向與原來的方向相反了。（1）分析BC段：隨著h的增大，工件所受的浮力大小將，油對工件下底面的壓強大小將（填“變大”、“變小”或“不變”）；（2）若A點的坐標為（﹣a，0），則a=。從圖象分析，a表示了工件一個物理量的值，這個量就是工件的；（3）求C點所對應狀態(tài)下，工件所受的浮力及油對工件下底面的壓強。（不考慮大氣壓強）【答案】（1）變大，變大（2）400（3）重力（4）P=4000pa【變式2】福島第一核電站核泄漏事故給日本環(huán)境帶來了災難，清除銫污染已是迫在眉睫。對于土壤中的銫，可用一定濃度的酸液清洗并去除．為測量酸液的密度，技術(shù)人員展開實驗探究，如圖（乙）所示：①取一裝有鐵砂的密閉玻璃瓶，用細玻璃絲懸掛在校零后的彈簧測力計下方，測得其重量；②將玻璃瓶完全浸沒于水中，測得拉力大??；③將玻璃瓶完全浸沒于酸液中，測得拉力大?。畣枺核嵋旱拿芏仁嵌嗌伲?g取10N/kg)【答案】ρ=1.2×103kg/m3【變式3】如圖是某車站廁所的自動沖水裝置，圓柱體浮筒A的底面積為400cm2，高為0.2m，蓋片B的面積為60cm2（蓋片B的質(zhì)量，厚度不計）。連接AB是長為0.3m，體積和質(zhì)量都不計的硬桿。當流進水箱的水剛好浸沒浮筒A時，蓋片B被撇開，水通過排水管流出沖洗廁所。（已知水的密度為1×103kg/m3,g=10N/kg）請解答下列問題：（1）當水箱的水剛好浸沒浮筒A時，水對蓋片B的壓強是多少？（2）浮筒A的重力是多少？（3）水箱中水多深時蓋片B又自動關(guān)上？

【答案】（1）5000pa（2）50N（3）0.425m例二漂浮問題【例題1】有一塊體積為0.001m3的立方體木塊漂浮在水面上，有3/5體積浸沒在水中，則該木塊受到浮力為N；木塊的密度是Kg/m3。（g取10N/Kg、ρ水＝1.0×103Kg/m3）【答案】6，0.6×103【例題2】燒杯中的一大塊冰內(nèi)含有一定量的沙子，冰塊漂浮在水面，杯中水面恰好與杯口相平，且冰塊上部高出杯口。在冰塊熔化的過程中（）A．將有水從燒杯中溢出B．水面始終與杯口相平C．燒杯中水面會下降D．水面先有下降，后有水溢出【答案】C【例題3】一個漂浮在小型游泳池水面上的小船，一個人從池里撈下面幾種物體放入船中，其中能使池中水面升高的是（）A．從池中撈鐵塊

B．從水面上撈木塊C．從池中撈塑料瓶

D．將池中的一些水裝入船中【答案】A【例題4】如圖中，容器內(nèi)分別裝有水和鹽水，在液面上浮著一塊冰，問：冰在水中熔化后，水面如何變化?（2）冰在鹽水中熔化后，液面如何變化?【答案】（1）∵冰漂浮于水面上，∴F浮=ρ水gV排=G冰，

又∵冰熔化成水后，其質(zhì)量不變，重力不變，∴G水=ρ水gV水=G冰，

∵漂浮時浮力和重力相等，即ρ水gV排=ρ水gV水，

∴V排=V水，即：冰熔化為水的體積等于冰排開水的體積。

∴容器中的水面高度不變。（2）∵冰塊漂浮在鹽水面上，∴F浮=G冰，即ρ鹽水gV排=ρ冰gV冰，則V排=ρ冰V冰/ρ鹽水，

冰熔化成水之后，狀態(tài)變化，質(zhì)量不變，∴m冰=m水，即ρ冰V冰=ρ水V水，則V水=ρ冰V冰/ρ水，

∵ρ鹽水＞ρ水，∴V水＞V排，∴若冰完全熔化，杯中液面上升?！咀兪?】密度為0.8×103kg/m3的實心木塊，輕放于足夠深的水中，木塊靜止后，浸入水中的體積與木塊體積之比為（）A．4∶5B．4∶1C．1∶4D．1∶1【答案】A【變式2】一裝有水的杯中漂浮有一塑料塊，如圖所示．沿杯壁緩慢加入酒精并進行攪拌，使塑料塊下沉．在此過程中塑料塊受到的浮力F隨時間t的變化圖象可能是圖中的（已知它們的密度關(guān)系是ρ水＞ρ塑料＞ρ酒精）（）【答案】D【變式3】2020年4月23日，“雪龍”號考察船圓滿完成歷時198天的南極考察任務，返回上海碼頭落錨。在鐵鏈拉著鐵錨緩慢放入水中時，經(jīng)歷了如圖所示三種情況：圖甲中鐵錨部分浸入水中；圖乙中鐵錨完全浸沒水中但未觸底；圖丙中鐵錨沉底。三種情況下船身受到的浮力大小分別為F甲、F乙、F丙，它們的大小關(guān)系正確的是（）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【答案】C【變式4】有甲、乙兩個溢水杯，甲溢水杯盛滿酒精，乙溢水杯盛滿某種液體。將一不吸水的小球輕輕放入甲溢水杯中，小球下沉到杯底，溢出酒精的質(zhì)量是40g；將小球從甲溢水杯中取出擦干，輕輕放入乙溢水杯中，小球漂浮且有1/11的體積露出液面，溢出液體的質(zhì)量是50g，已知ρ酒精=0.8×103kg/m3，下列計算正確的是（）①小球的質(zhì)量是40g②小球的體積是50cm3③液體的密度是1.1×103kg/m3④小球的密度是0.9×103kg/m3A．只有①②正確

B．只有②③正確

C．只有②④正確

D．只有①③正確【答案】課后練習：1．一木塊漂浮在盛有水的燒杯中，向水中逐漸加入食鹽，假如溶解過程中溶液的體積不變，橫軸表示加入的食鹽的質(zhì)量，縱軸表示木塊