八年級物理下冊 10.3 物體沉浮條件及應(yīng)用（解析版）（人教版）

10.3物體沉浮條件及應(yīng)用（解析版）知識清單1.物體沉浮的條件；2.浮力的應(yīng)用知識點(diǎn)1：物體沉浮的條件1.液體中常見的三種浮沉現(xiàn)象（1）物體上浮，最終漂浮在液面上；（2）物體懸浮，可以靜止在液體中的任何位置；（3）物體下沉，最終沉入底部。2.物體的沉浮條件（1）物體在液體中的浮與沉取決于浮力與重力的大小關(guān)系狀態(tài)物體浸沒在液體中物體部分浸在液體中上浮懸浮下沉漂浮條件F浮>GF浮=GF浮<GF浮=G示意圖（2）密度與物體的沉浮當(dāng)物體浸沒在液體中時(shí)，物體受到的浮力F=ρ液gV排，物體受到的重力G物=mg=ρ物gV物，比較F浮與G物的大小可得：①當(dāng)，浸沒時(shí)，F(xiàn)浮>G物，物體上浮直到漂浮在液面上；②當(dāng)，浸沒時(shí)，F(xiàn)浮<G物，物體下沉直到接觸容器底部；③，浸沒時(shí)，F(xiàn)浮=G物，物體懸浮。★特別提醒該規(guī)律適用于實(shí)心物體，若物體是空心的，ρ物應(yīng)為物體的平均密度（非材料的密度），V物為包含空心的全部體積，此時(shí)該規(guī)律也適用。3.對物體沉浮條件的理解物體在液體中的沉浮不取決于受到浮力的大小，而是取決于物體所受浮力和重力的大小關(guān)系。（1）當(dāng)F浮>G物時(shí)，物體在液體中向上運(yùn)動(dòng)—上浮。隨著物體不斷上升，物體將有一部分露出液面，物體所受的浮力液隨著減小，一直減小到F浮=G物時(shí)，物體就不再上浮并處于漂浮狀態(tài)。由此可知，物體上浮是由不平衡狀態(tài)演變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)的過程。（2）當(dāng)F浮<G物時(shí)，物體在液體中向下運(yùn)動(dòng)—下沉，知道容器底部對物體產(chǎn)生一定的支持力，這時(shí)物體在重力、浮力、支持力的作用下處于平衡狀態(tài)，下沉運(yùn)動(dòng)結(jié)束。由此可知，物體下沉是由不平衡狀態(tài)演變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)的過程。辨析比較懸浮于漂浮的區(qū)別與聯(lián)系懸浮漂浮不同點(diǎn)在液體中的位置靜止在液體中的任何位置靜止在液體的表面體積關(guān)系V排=V物V排<V物密度關(guān)系ρ液=ρ物ρ液>ρ物相同點(diǎn)F浮=G4.漂浮物體的“五規(guī)律”規(guī)律一：“二力平衡”，即物體所受浮力等于物體的重力。規(guī)律二：“質(zhì)量相等”，即排開液體的質(zhì)量等于物體自身質(zhì)量。規(guī)律三：“體積比魚密度比有關(guān)”，即浸入液體的體積是物體體積的幾分之幾，物體的密度就是液體密度的幾分之幾，即。規(guī)律四：“浮力恒等”，即物體漂浮在不同液體中時(shí)，所受浮力相等（F1=F2=…=Fn=G物）。規(guī)律五：“密大浸少”，即物體漂浮在不同液體中時(shí)，密度大的液體浸入液體中的體積較小?！練w納總結(jié)】實(shí)心物體的沉浮條件分析匯總上浮漂浮懸浮下沉沉底運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向上運(yùn)動(dòng)靜止在液面上靜止在液體內(nèi)任意深度處向下運(yùn)動(dòng)靜止在容器的底部條件F浮>G物F浮=G物F浮=G物F浮<G物F浮+F支=G物ρ液與ρ物的關(guān)系ρ液>ρ物ρ液>ρ物ρ液=ρ物ρ液<ρ物ρ液<ρ物V排與V物的關(guān)系V排=V物（露出水面前）V排<V物V排=V物V排=V物V排=V物示意圖【典例1】在水平桌面上兩個(gè)相同的燒杯分別裝有質(zhì)量相同的甲和乙兩種液體，把質(zhì)量也相同的實(shí)心小球A和B放入杯中，靜止時(shí)如圖所示，下列說法正確的是（）。A．甲液體的密度大于乙液體的密度；B．小球A的密度大于小球B的密度；C．甲、乙燒杯底受到的液體壓強(qiáng)相等；D．球A受到的浮力比球B大【答案】C?！窘馕觥緼．由圖可知，液體的質(zhì)量相同，由于不知道小球A和B的體積的大小，所以無法判定液體體積的大小關(guān)系，無法判定液體的密度關(guān)系，故A錯(cuò)誤；B．小球的質(zhì)量相同，小球的體積大小關(guān)系未知，無法判定A和B的密度的大小關(guān)系，故B錯(cuò)誤；C．小球的質(zhì)量相同，液體的質(zhì)量相同，則兩燒杯中液體和小球的總重力相同，液體對杯底的壓力等于液體和小球的重力，則壓力相同，由于底面積相同，根據(jù)可知，甲、乙燒杯底受到的液體壓強(qiáng)相等，故C正確；D．A球在液體中懸浮，浮力等于重力，B球在液體中漂浮，浮力等于重力，兩個(gè)小球的質(zhì)量相同，重力相同，所以受到的浮力相同，故D錯(cuò)誤。故選C。知識點(diǎn)2：浮力的應(yīng)用1.增大和減小浮力的方法由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，浸在液體中的物體受到的浮力大小由液體密度和排開的液體的體積決定，故可以從改變液體密度和改變排開的液體體積兩方面改變浮力。（1）增大浮力的方法：增大液體的密度（在水中加鹽并攪拌，可以使沉底的雞蛋浮起來）；增大物體排開液體（或氣體）的體積（如，飛艇、萬噸巨輪等）。（2）減小浮力的方法：減小液體的密度（如，可以采用加清水的方法減小鹽水的密度，使懸浮在鹽水中的雞蛋下沉）；減小物體排開液體（或氣體）的體積（如，通過將輔助氣囊中的氣體放出，減小飛艇排開空氣的體積，使飛艇降落）。2.浮力的應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用原理特點(diǎn)應(yīng)用解讀輪船采用空心的辦法，增大排開水的體積，增大輪船受到的浮力輪船航行時(shí)處于漂浮狀態(tài)，只要輪船的重力不變，無論輪船是在海里還是在河里，它受到的浮力都不變，只是海水、河水密度不同，輪船的吃水線不同（因?yàn)楹Ｋ芏容^大，根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，輪船在海里航行時(shí)浸在水下的體積較?。┏粮顟B(tài)始終漂浮滿足條件物體的漂浮條件：F浮=G排水量滿載時(shí)排開水的質(zhì)量：m排=m船+m貨載貨量滿載時(shí)貨物的質(zhì)量：m貨=m排-m船潛水艇靠改變自身重力，實(shí)現(xiàn)上浮和下沉浸沒在水中的潛水艇排開的水的體積是始終不變的，所以潛水艇所受浮力始終不變。若要下沉，可吸水，使F浮<G；若要上浮，可排水，使F浮>G。注意：在潛水艇浮出水面的過程中，因?yàn)榕砰_水的體積逐漸減小，所以浮力逐漸減小。上浮通過排水使G變小，F(xiàn)浮>G滿足上浮條件下潛通過吸水使G變大，F(xiàn)浮<G滿足下沉條件氣球和飛艇氣球和飛艇靠充入、排出密度較小的氣體來實(shí)現(xiàn)升降F浮=ρ空氣gV排可知，G=ρ氣gV+G殼，當(dāng)F浮>G，氣球（飛艇）可升上天空，若要使氣球（飛艇）降回地面，可以放出一部分氣體，使排開空氣的體積減小，浮力減??；對于熱氣球，加熱時(shí)內(nèi)部空氣膨脹，一部分空氣排出，球內(nèi)空氣密度變小，使浮力大于重力而上升；停止加熱，熱空氣冷卻，使重力大于浮力而落地上浮充入密度小的氣體，F(xiàn)浮>G下降排出密度小的氣體，F(xiàn)浮<G教材深挖密度計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理1.用途：測量液體的密度。2.構(gòu)造：密度計(jì)是一根上部標(biāo)有刻度，形狀特殊的玻璃管；管下部的玻璃泡內(nèi)封裝小鉛丸或水銀（如圖所示），使密度計(jì)能夠直立在液體中。3.原理：密度計(jì)在液體中呈漂浮狀態(tài)，所受浮力大小不變，都等于它受到的重力。根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，液體密度較大時(shí)，V排較小，密度計(jì)露出液體的體積較大，反之較小，因而在玻璃管上刻上刻度即可直接讀出相應(yīng)液體密度的大小。所以密度計(jì)上的刻度值是上面小、下面大。4.讀數(shù)：密度計(jì)上的數(shù)值表示待測液體密度是水的密度的倍數(shù)。【典例2】如圖所示，水面下同一地方同一深度有兩艘完全相同的潛艇，其中一艘正在上浮，另一艘正在下潛，以下判斷正確的是（）。A．正在下潛的是甲艇；B．沒露出水面前，兩艘潛艇所受的浮力相同；C．沒露出水面前，上浮潛艇所受的浮力不斷增大；D．正在下潛的潛艇所受的水的壓強(qiáng)不變【答案】B?！驹斀狻緼．潛水艇是通過改變水艙中水的重力來改變自身重力的，要使?jié)撍细?，?yīng)使?jié)撍艿母×Υ笥谥亓Γ运撝兴贂r(shí)潛水艇上浮，所以圖甲是上浮時(shí)的情景，圖乙是下潛時(shí)的情景，故A錯(cuò)誤；B．浸沒在水中的潛艇，排開水的體積就是潛艇本身的體積，在沒露出水面前，兩艘完全相同的潛艇排開水的體積相同，根據(jù)可知，兩艘潛艇所受的浮力相同，故B正確；C．根據(jù)可知，沒露出水面前，排開液體的體積不變，則浮力不變，故C錯(cuò)誤；D．根據(jù)可知，正在下潛的潛艇深度不斷增大，則受到水的壓強(qiáng)也不斷增大，故D錯(cuò)誤。故選B。方法清單1.物體沉浮的條件；2.利用物體沉浮條件判斷物體沉浮狀態(tài)；3.潛水艇的工作原理；4.密度計(jì)工作原理；5.利用物體沉浮條件解釋生活中的現(xiàn)象；6.浮力綜合題型一：物體沉浮的條件★解題指導(dǎo)（1）比較浮力與重力：F浮>G物，物體上浮至漂?。籉浮=G物，物體不上浮也不下沉；F浮<G物，物體會下沉；（2）比較密度：ρ液=ρ物，物體會懸??；ρ液<ρ物，物體會下沉；ρ液>ρ物，物體會上浮至漂浮。【典例3】小明看到清淤作業(yè)人員正在將水塘底部的淤泥搬運(yùn)到船上。他想：水面高度會變化嗎?于是進(jìn)行了探究：首先，將石塊a和不吸水的木塊b置于裝有水的燒杯中，如圖所示；然后，將石塊a從水中拿出并輕輕放在木塊b上，它們處于漂浮狀態(tài)，則水面高度將（）。A．下降B．上升C．不變D．無法判斷【答案】B。【解析】有石塊a和不吸水的木塊b，石塊a沉在水底，浮力小于重力，不吸水的木塊b漂在水面，浮力等于重力，此時(shí)總浮力將石塊a放在木塊b上后，ab一起漂浮，總浮力等于總重力，即因此而浮力越大，排開液體體積越大，水面越高，因此水面會上升，故B符合題意。故選B。題型二：利用物體沉浮條件判斷物體的沉浮狀態(tài)★解題指導(dǎo)等效密度：判斷物體在液體中上浮還是下沉，主要考慮物體的密度和物體浸入的液體的密度的關(guān)系。當(dāng)物體是空心的或者是幾個(gè)物體組合體時(shí)，需要計(jì)算出空心物體或組合體的“等效密度”，然后用“等效密度”去和液體的密度進(jìn)行比較。【典例4】如圖所示是a、b兩種物質(zhì)的質(zhì)量與體積關(guān)系圖，用b物質(zhì)制成實(shí)心長方體，并將其放入水中，則物體在水中最終（）。A．漂浮B．懸浮C．沉底D．無法判斷【答案】A?！窘馕觥坑蓤D可知b物質(zhì)的密度水的密度是1g/cm3，因?yàn)棣裝＜ρ水所以將b物質(zhì)制成的長方體放入水中，則物體在水中最終漂浮，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。題型三：潛水艇的工作原理★解題指導(dǎo)浸沒在水中的潛水艇，無論下沉還是上浮，根據(jù)公式F浮=ρ液gV排可知，因?yàn)閂物不變，其受到的浮力大小是一定的。要實(shí)現(xiàn)上浮，需排水減輕自身的重力，使F浮>G；要實(shí)現(xiàn)下沉，需沖水增加自身的重力，使F浮<G?！镜淅?】如圖所示，潛水艇懸浮在水中時(shí)，下列說法正確的是（）。A．要使?jié)撍细?，?yīng)向水艙充水；B．要使?jié)撍鲁粒瑧?yīng)將水艙里的水排出一部分；C．當(dāng)潛水艇懸浮在水中時(shí)，潛水艇重等于同體積的水重；D．潛水艇是靠改變自身重力和受到的浮力來實(shí)現(xiàn)浮沉的【答案】C。【解析】A．潛水艇懸浮在水中，浮力與重力相等，要使?jié)撍细?，則重力應(yīng)小于浮力，由于潛水艇浮力不變，則應(yīng)把水艙中的水排出一部分，來減小重力,故A錯(cuò)誤；B．原來潛水艇懸浮，浮力等于重力，要使?jié)撍鲁?，則重力應(yīng)大于浮力，由于潛水艇浮力不變，則應(yīng)向水艙充水，來增大重力，故B錯(cuò)誤；C．當(dāng)潛水艇懸浮在水中時(shí)，排開水的體積與潛水艇的體積相等，由于懸浮，浮力與重力相等，根據(jù)阿基米德原理可知潛水艇重等于同體積的水重，故C正確；D．在未露出水面之前，由于排開水的體積不變，故潛水艇所受到的浮力不變，潛水艇靠改變自身重力實(shí)現(xiàn)上浮或下潛，故D錯(cuò)誤。故選C。題型四：密度計(jì)工作原理★解題指導(dǎo)密度計(jì)在不同液體中，均漂浮，所受浮力始終不變，大小等于密度計(jì)的重力G，因而排開液體的重力液體相等?！镜淅?】把一個(gè)自制的密度計(jì)分別放入甲、乙兩種不同的液體中，情況如圖所示密度計(jì)在甲、乙兩液體中所受浮力分別為F1和F2，甲、乙兩種液體的密度分別為ρ1和ρ2。則F1______F2，ρ1______ρ2（都選填“＞”、“＜”或“＝”）?！敬鸢浮浚?；＞?！窘馕觥縖1]同一只密度計(jì)，重力一定，由圖可知，密度計(jì)在甲、乙液體中均處于漂浮狀態(tài)，所以，密度計(jì)在兩種液體中所受的浮力相等。[2]根據(jù)阿基米德原理可知，在F浮一定時(shí)，物體浸入液體中的體積越大，則液體的密度越小，由題圖知V排1＜V排2，所以ρ1＞ρ2。題型五：利用物體沉浮條件解釋生活中的現(xiàn)象★解題指導(dǎo)根據(jù)物體沉浮條件分析現(xiàn)象的步驟：（1）物體排開液體的體積如何變化，或液體的密度如何變化；（2）確定浮力如何變化？與重力的大小關(guān)系？【典例7】將同一個(gè)新鮮的雞蛋分別浸入裝有濃度不同的鹽水的容器中，雞蛋靜止在兩個(gè)容器中的位置如圖所示.則下列說法正確的是（）。A．雞蛋在甲中受到的浮力大 B．雞蛋在甲、乙中受到的浮力一樣大C．雞蛋在乙中受到的浮力大 D．由于鹽水密度不同，無法比較【答案】C?！窘馕觥侩u蛋在甲中下沉至容器底部，所以此時(shí)雞蛋受到的浮力小于它的重力；雞蛋在乙中懸浮，所以此時(shí)雞蛋受到的浮力等于它的重力；根據(jù)以上條件可知，雞蛋在甲中受到的浮力小于它在乙中受到的浮力。故選C。題型六：浮力綜合【典例8】邊長為20cm的薄壁正方形容器（質(zhì)量不計(jì)）放在水平桌面上，將質(zhì)地均勻的實(shí)心圓柱體豎直放在容器底部，其橫截面積為200cm2，高度為10cm。如圖1所示。然后向容器內(nèi)緩慢注入某種液體，圓柱體始終直立，圓柱體對容器底部的壓力與注入液體質(zhì)量的關(guān)系如圖2所示。（g取10Nkg）(1)判斷圓柱體的密度與液體密度的大小關(guān)系，并寫出判斷依據(jù)；(2)當(dāng)圓柱體剛被浸沒時(shí)，求它受到的浮力；(3)當(dāng)液體對容器底部的壓強(qiáng)與容器對桌面的壓強(qiáng)之比為1：3時(shí)，求容器內(nèi)液體的質(zhì)量。【答案】(1)見解析；(2)20N；(3)4kg?！窘馕觥?1)圓柱體的密度大于液體密度；依據(jù)：由圖2可知，當(dāng)注入液體質(zhì)量大于2kg時(shí)，圓柱體對容器底部的壓力不變，說明此時(shí)圓柱體浸沒在液體中，即圓柱體沉底了，由浮沉條件可知，圓柱體的密度大于液體密度。(2)由題意知，圓柱體的底面積為其高為h＝10cm＝0.1m則圓柱體的體積為正方體容器的底面積圓柱體剛好浸沒時(shí)，液體的體積為由圖2可知，圓柱體剛好浸沒時(shí)，注入液體的質(zhì)量為2kg，則液體的密為根據(jù)阿基米德原理可得，當(dāng)圓柱體剛被浸沒時(shí)，它受到的浮力為(3)由(2)知，圓柱體剛好浸沒時(shí)注入液體的質(zhì)量為2kg；當(dāng)注入液體質(zhì)量m1小于或等于2kg時(shí)，液體的底面積為由可得，容器內(nèi)液體的深度為液體對容器底部的壓強(qiáng)為由圖2可知，當(dāng)沒有注入液體時(shí)圓柱體對容器底的壓力為140N，即圓柱體的重力為140N，則注入液體后，容器對桌面的壓力為容器對桌面的壓強(qiáng)已知將①②代入③解得得：解得m1＝2.8kg因?yàn)閙1＝2.8kg＞2kg故應(yīng)舍去。當(dāng)注入液體的質(zhì)量大于2kg時(shí)，即注入液體的深度大于10cm，因液體體積與圓柱體體積之和等于容器底面積乘以液體的深度，即且根據(jù)可得液體的體積為所以有則此時(shí)液體的深度此時(shí)液體對容器底部的壓強(qiáng)為容器對桌面的壓強(qiáng)為因?yàn)閜液：p容＝1：3所以代入數(shù)據(jù)可得m＝4kg。答：(1)圓柱體的密度大于液體密度；依據(jù)：由圖2可知，當(dāng)注入液體質(zhì)量大于2kg時(shí)，圓柱體對容器底部的壓力不變，說明此時(shí)圓柱體浸沒在液體中，即圓柱體沉底了，由浮沉條件可知，圓柱體的密度大于液體密度；(2)當(dāng)圓柱體剛被浸沒時(shí)它受到的浮力為20N；(3)當(dāng)液體對容器底部的壓強(qiáng)與容器對桌面的壓強(qiáng)之比為1：3時(shí)，容器內(nèi)液體的質(zhì)量為4kg。易錯(cuò)清單1.浮力的計(jì)算★易錯(cuò)預(yù)警：浮力的計(jì)算計(jì)算物體所受浮力大小時(shí)，常用的方法是壓力差法、稱重法、公式法和平衡法。當(dāng)題目中未說明物體靜止在液體中狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先根據(jù)物體沉浮條件判斷物體的沉浮狀態(tài)，再選擇合適的方法計(jì)算物體所受浮力。【典例9】如圖所示，一個(gè)實(shí)心正方體，體積為1.2×10﹣3m3，重24N，用細(xì)繩吊著浸入盛水的容器中，有的體積露出水面，此時(shí)容器中水面高度為30cm，求：（1）物體受到的浮力；（2）水對容器底部的壓強(qiáng)；（3）繩子的拉力；（4）剪斷繩子后，物體最終是沉在水底、懸浮在水中、還是漂浮在水面？【解析】（1）此時(shí)正方體排開水的體積：V排=（1﹣）V=×1.2×10﹣3m3=0.8×10﹣3m3，物體此時(shí)所受的浮力：F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.8×10﹣3m3=8N；（2）水對容器底部的壓強(qiáng)：p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.3m=3000Pa；（3）繩子的拉力：F拉=G﹣F浮=24N﹣8N=16N；（4）當(dāng)物體全部浸沒水中時(shí)所受浮力：F浮′=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.2×10﹣3m3=12N＜24N，所以物體會下沉，最終沉在水底。答：（1）物體受的浮力為8N；（2）水對容器底部的壓強(qiáng)為3000Pa；（3）繩子的拉力為16N；（4）剪斷繩子后，物體最終最終沉在水底。中考清單1.物體沉浮條件的應(yīng)用；2.利用物體沉浮條件進(jìn)行綜合計(jì)算1.物體沉浮條件的應(yīng)用★中考解析中考考題要求同學(xué)們能應(yīng)用物體沉浮條件并結(jié)合阿基米德原理分析現(xiàn)象。【典例10】（2022·江西?。┤鐖D所示，在家庭小實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)想讓沉底的雞蛋漂浮在水面上，下列操作可行的是（）。A.向杯子中加鹽 B.向杯子中加水 C.倒出少量的水 D.輕輕搖晃杯子【答案】A。【解析】A．要使沉底的雞蛋漂浮在水面上，雞蛋的重力不變，需增大浮力。根據(jù)F浮=ρ液gV排可知，雞蛋的體積不能改變，所以可