物体的沉浮条件

§8.6 物体的沉浮条件

1 . 物体的沉浮条件：

当浮力大于物体重力 （

F G 浮>）——物体上浮。 当浮力等于物体重力（F G

浮=）——物体悬浮可停在液体内部任意一位置。 当浮力小于物体重力（F G 浮<）——物体下沉。

利用阿基米德原理，可把物体的浮沉条件改写为用密度表示的形式：因为F gV 浮液排

=ρ，物体重力G gV 物物物=ρ，又因为是全部浸入，V V 排物=，于是有：

F G 浮液物，必有，物体上浮>>ρρ， F G 浮液物，必有，物体悬浮

==ρρ， F G 浮液物，必有，物体下沉<<ρρ。

（说明：上浮和下沉是物体在液体中的两种运动过程，上浮的最终结果是物体处于漂浮状态，有G F =浮；下沉的最终结果是物体沉底，G F F =+支浮）

2. 物体沉浮条件的应用：

（1）通过牙膏皮实验已证明，实心的牙膏皮沉入水中，空心的浮于水面，由此可见我们要使密度大于水的物质做成的物体浮于水面可采用“空心”办法，增大体积从而增大浮力，使物体浮于水面。如把木头挖成空心的独木舟，可以减小自身的重力，多装货物，以增大可利用的浮力。再有用钢铁做成轮船，也是根据这一道理。

（2）轮船、潜水艇、气球、飞艇的工作原理：

①轮船： 钢铁制造的轮船是“空心”的，使它排开的水的体积增大，从而增大浮力，浮在水面。

（注意：轮船的排水量是指轮船满载时排开水的质量，根据轮船的排水量可以求出轮船受到的浮力货船排水排水浮G G g m G F +===）。

②潜水艇：钢铁制造的潜水艇也是“空心”的，在水中时船排水

V V =不变，则浮力不变，潜水艇的上浮、下潜和悬浮是通过对水舱充水和排水，达到改变自身的重力而实现的。

③气球和飞艇：

利用密度小于空气的氢气或氦气充入气球或飞艇中，靠气囊内的气体密度小于球外空气密度F G 浮>而上升。通过改变气囊的体积而改变浮力的大小，实现升降。

④密度计

密度计是用来测定液体密度的仪器，它是根据物体漂浮时浮力等于物体自身重力（F G 浮=）这一原理而制成的。密度计在任何液体里都呈漂浮状态，据浮力公式，计排液浮G gV F ==ρ，显然液ρ大时，排V 小，密度计露出部分大，反之液ρ小时，排V 大，密度计露出部分就小。因此密度计的刻度是不均匀的，下密上疏，刻度值是自上而下增加的，密度计上的数值表示待测液体的密度是水密度的倍数。如“0.8”表示该液体密度是081033./?kg m 。

【典型例题】 例1. 如图所示，边长为10厘米的实心正方体木块，它的密度ρ木为06103

.?千克/米3，静止在装有足量水的容器中，且上下底面与水面平行。（取g=10牛/千克）求：

（1）木块的体积

V 木=________=_______=_______________m 3

（2）木块的质量和重力

m 木=_________=__________=___________kg

G 木=_________=__________=___________N

（3）木块在水中所受浮力的大小。

∵物体漂浮

∴_________=_________=__________N

（4）水对木块下底面的压力。

由浮力的实质可知F 下=_______=________N

（5）水对木块下底面的压强

p 下=________=_________=_________Pa

（6）木块下底面在水中的深度

h 下=_________=____________=____________m

（7）木块浸在水中的体积。

V 排=_________=____________=_____________m 3

分析与解：（1）a m 333

01

110；；(.)?- （2）ρ木木；；V kg m m 061010063333./.??- m g kg N kg 木；；06106

./? （3）

6；；木浮G F （4）6；

上浮F F + （5）F S N

m 下

；；600161022

.?

（6）06.0/10/100.1106332；；下kg N m kg Pa g p ???ρ

（7）Sh m m 下；；001006000062...?

例2. 如图，完全浸没在水中的乒乓球，放手后，乒乓球从运动到静止的过程中，其浮力大小变化情况是（ ）

A ．浮力不断变大，但小于重力。

B ．浮力不变，但浮力大于重力。

C ．乒乓球露出水面前浮力不变，静止时浮力等于重力。

D ．浮力先大于重力，后小于重力。

分析与解：乒乓球完全浸没在水中时，浮力大于重力，因浮力大小与物体在液内深度无关。因此乒乓球在水中运动时所受浮力不变，直到当球露出水面时，浮力开始变小，当浮力等于重力时，球静止在水面上，呈漂浮状态。故选C 。

例3. 质量相同的实心木块、铝块、铜块同时放入足够深的水槽中静止时，三个物体所受浮力（ ）

A. 木块最大

B. 铝块最大

C. 铜块最大

D. 一样大

分析与解：因木块密度小于水密度，铝块和铜块密度大于水密度。因此木块将漂浮在水面上而铝块和铜块将浸没在水中，木块所受浮力大小等于重力，铝块和铜块所受浮力比重力小。

解答：A 。

说明：由于铝密度小于铜，质量相等时，铝块体积大于铜块体积，根据浮力公式F 浮=ρ水gV 排可知，铝块浮力大于铜块浮力。

例4. 将重为4.5N 、体积为0.5dm 3的铜球浸没在水中后放手，铜球静止后所受的浮力是________N ．

分析与解：此题考查学生是否注意了在解题前先要对物体作“状态的判定”，即铜球静止时是漂浮于水面，还是沉于水中。有的学生拿到题后，就认定V 排＝0.5 dm 3，然后根据F 浮＝

ρ液gV 排，求出浮力F 浮＝4.9N 。 当题目未说明铜球静止时处于什么状态，可以用下面方法判定物体的状态． 解法：求出铜球的密度：