物体的浮沉条件及应用
10.3物体的浮沉条件及应用
河水
海水
二、浮力的应用
潜水艇 模拟潜水艇：用注射器向密封的瓶 内打起，将瓶内的水排出，瓶向上 浮起 工作原理：靠改变自身重力上浮和下潜。
潜艇
二、浮力的应用
气球和飞艇 内部充有密度比空气小的气体
工作原理：靠空气浮力升空,改变自身的体积实现 上升或下降。
根据浮沉条件进行比较
F浮＞ G F浮= G F浮＜ G
上浮： r液＞ r物 悬浮： r液 = r物 下沉： r液＜ r物
漂浮： r液＞r物
想想做做
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。
一、物体的浮沉条件
3．浮沉条件的讨论
（1）上浮和下沉是不平衡态； 悬浮和漂浮是平衡（静止）态
例4 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
A B
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
【解析】 A物体漂浮，B物体悬浮。
∵ 不知GA与GB的关系， ∴ 不能根据F浮=G 比较浮力的大小。 又∵ 不知VA排与VB排的关系， ∴不能根据F浮 = ρ水 gV排比较浮力的大小。
空中静止时,空气对它的浮力是 6450 牛
顿,飞艇的自重是 6450 牛顿.( ρ空气
=1.29千克/米3)
10、有一体积是2分米3，密度是0.6×103千克/ 米3的木块，用绳子将它拴在水池底部的钩子 上，如图所示，如果绳子断了，木块就上浮 到水面，问： （1）木块在上浮过程中(未露出水面），受到 浮力是多少？大小是否会发生变化？ （2）木块漂浮在水面时露出液面的体积多大 ？
物体浮沉条件及应用
物体浮沉条件及应用物体浮沉是力学中的一个基础问题，涉及到物体在液体或气体中的浮力和重量的平衡关系。
本文将介绍物体浮沉的条件和应用。
浮力和浮力原理在液体或气体中，物体受到浮力的作用，这是由于物体所抵消重量的上升推力，也就是 Archimedes（阿基米德）原理所表述的。
Archimedes 原理是一个基础力学原理，它描述了物体在液体或气体中的浮力大小等于它所排斥的液体或气体的质量，即：置于液体或气体中的一个物体，会受到与所排除的液体或气体的重量相等的向上推力。
也就是说，当物体浸入液体时，液体将向上施加力使物体浮起来。
当物体浸入气体时，同样的原理适用。
在这个问题中，我们通常关注两个因素：物体的形状和密度。
物体的浮沉条件浮力大于物体自身重量在液体或气体中，当物体受到的浮力大于或等于自重时，它就会浮在液体或气体表面，这是物体上浮的状态。
例如，我们将一个海绵放在水中，它会浮在水面上，因为海绵的密度比水要小，所以海绵排斥掉了同体积的水，使浮力等于重力。
浮力小于物体自身重量当浮力小于物体自身重力时，物体就会下沉到液体或气体的底部，这是物体下沉的状态。
例如，假设我们将一块铅放在水中，它就会下沉，因为铅的密度比水大，它排斥掉了同体积的水的量小于物体本身的质量。
浮力等于物体自身重量当浮力等于物体的重力时，物体会浮在液体或气体中，不上浮也不下沉。
这种情况在工程设计中非常有用，例如潜艇。
在潜艇中，设计师使用了Archimedes 原理，使得潜艇能够在水中上浮或下沉，以维持与水位的平衡。
物体浮沉的应用船只的浮力设计船只的浮力设计通常基于浮力原理，设计师利用浮力使船只浮在水上。
使用正确的材料和结构，可以使船只在不同的负载条件下保持平衡，保持浮力可以将船只从沉没中挽救出来。
船只的浮力还有一些特殊的应用，例如潜艇的上浮和下沉，以及容器船的装载和运输。
确定材料的密度在生产和制造过程中，会出现需要确定物体密度的情况。
通过将物体浸入液体或气体中，可以利用浮力原理计算出物体的密度。
物体的浮沉条件及应用
认识几个概念：
漂浮
上浮：浸没在液体
中的物体在液体中 上浮 悬浮
下沉
向上运动的过程 。
漂浮：浸没在液体中的物体在液面上保持静止的状态 。 下沉：浸在液体中的物体在液体中向下运动的过程 。 悬浮：浸没在液体中的物体既不上浮也不下沉，能在 液体内部任何位置保持静止的状态 。
物体的浮沉条件
1．浮力与重力的关系
物体的浮沉条件
1．浮力与重力的关系 2．物体密度与液体密度间的关系
练习
1、浸没在液体中的物体，当F>G时，物体将__上__浮___； 当F<G时，物体将___下___沉___；当F=G时，物体将 _漂__浮__或__悬___浮__。
2、一只实心球恰好能悬浮于酒精中(酒精的密度是
0.8g/cm3)，把此球浸没于水中,则 ( B )
浮力的应用 潜水艇
工作原理：依靠改 变自身重力来实现 在水中的浮沉。
潜潜水水艇艇
浮力的应用 气球和飞艇
内部充有小于空气密度的气体。
工作原理：靠空气浮力升空。
1、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（ B ）
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】
前提：物体浸没在液体中，即V排=V物
思考
漂浮与悬浮有什么共同点与不同点？
物体的浮沉条件
漂浮与悬浮
共同点：
1.在平衡力的作用都处于静止状态（其中悬 浮是静止在液面以下的任何位置；漂浮是静止 在液面上的任何位置）。
2.物体处于悬浮和漂浮时，浮力等于重力。
不同点：漂浮是物体一部分浸入液体中，悬浮
是整个物体浸没在液体中。
物体的浮沉条件及应用
物体的浮沉条件及应用要点一、物体的浮沉条件浸没在液体中的物体受到竖直向下的重力G和竖直向上的浮力F浮。
而物体的运动状态取决于受力情况，物体的浮沉就取决于它所受的浮力与重力的关系。
要点诠释：1．当F浮>G时，合力方向竖直向上上浮当F浮=G时，合力为零悬浮当F浮<G时，合力方向竖直向下下沉2．对于实心的物体，由，，浸没时，所以当时，F浮>G 物体上浮；当时，F浮=G，物体悬浮；当，F浮<G 物体下沉。
3．物体上浮、下沉是运动过程，在此过程中受非平衡力作用，下沉的最终状态是沉到液体底部；上浮的最终状态是浮出液面，最后漂浮在液面，漂浮和悬浮的共同特点都是浮力等于重力(F浮=G)。
在平衡力作用下静止不动，不同点是排开液体的体积不同，漂浮时物体的体积大于排开液体的体积；悬浮时，物体的体积等于排开液体的体积。
4．物体浮沉各种状态比较表浮沉状况物理现象运动状态条件物液密度关系与的关系浮上浮在液体中向上运动向上运动漂浮浮在液面上静止在液面上悬悬浮停留在液体中任何深度的地方静止在液体中沉下沉在液体中向下运动向下运动沉底停留在容器底部静止在容器底部要点二、物体浮沉条件的应用从浮力利用的角度看，采用“空心”的办法可以增加可利用的浮力。
即使现代化的轮船，也采用的是这种古老的办法。
要点诠释：1．轮船①轮船浮于水面，它们受到的浮力等于船的总重。
②轮船浮力的大小通常用排水量来表示，排水量是指轮船满载时排开的水的质量，根据漂浮条件知，排水量＝船自身的质量＋满载时货物的质量。
2．潜水艇潜水艇是靠改变自身的重力来实现浮沉的，体积不变3．气球和飞艇气球和飞艇是漂浮在空中的，内部所充气体的密度必须小于空气的密度，一般充有氢气或氦气，充气时体积增大，浮力增大类型一、物体的浮沉条件1、如图甲、乙两杯盐水的密度分别为ρ甲、ρ乙。
将同一只鸡蛋先后放入甲、乙两杯中，鸡蛋在甲杯中处于悬浮状态，所受浮力为F甲；在乙杯中处于漂浮状态，所受浮力为F乙。
物体的浮沉条件及应用
轮船的大部分体积是由空气占据着，在河里和海里都 漂浮在上面；因而所受浮力相同，都等于轮船自身的 重力（即F浮=G轮船）。根据阿基米德原理则它在海水 里比在河水里浸入的体积小。
河水
海水
物体浮沉的条件及其应用
1、物体的浮沉条件是什么？
浸没在液体中的物体，它受到的浮力大于物 重时，物体就下沉,它受到的浮力小于物重 时，物体就上浮,它爱到的浮力等于物重时， 物体就悬浮。
2、阿基米德原理的内容是什么？
浸入液体里的物体受到向上的浮力浮力的大小等 于它排开的液体受到的重力这就是2000多年前古希 腊学者阿基米德发现的著名的阿基米德原理。
提供的器材有： 弹簧测力计、天平、量筒、溢水杯、玻璃 瓶配重物、水……
物体的重力测量： ①可以直接用弹簧测力计测出重力； ②可以用天平称出物体的质量，根据 G = mg 求出物体的重力。
浮力的大小测量： 一、用弹簧测力计测出物体在空气中的重力G， 然后将物体浸入水中，测出拉力F拉，F浮=G-F 拉； 二、用溢水杯，将物体放进盛满水的溢水 杯中，再测出溢出水的重力。然后根据阿 基米德原理F浮=G排求出浮力； 三、在量筒中倒入适量的水V1，在将重 物放入水中，记下此时液面到达的刻度 V2，V2–V1=V排，然后根据阿基米德原理 F浮＝ r液 gV排求出浮力；
结论： 重力小于浮力，物体上浮； 物体漂浮时重力等于浮力，
悬浮情况的研究
G=F浮
一、物体的浮沉条件
当物体浸没时：
如G>F浮，则物体下沉。 如G<F浮，则物体上浮。 如G=F浮，则物体悬浮。 当物体部分浸没时： 如G=F浮，则物体漂浮。
物体浮沉条件及应用的教案
物体浮沉条件及应用的教案物体浮沉是力学中的一个重要概念，在日常生活中也经常会涉及到。
物体浮沉的条件及应用十分广泛，接下来我们来详细解析。
一、物体浮沉的条件1. 浮力大于重力。
在液体中，物体受到的浮力与它所排开的液体的重量相等，也就是说，当物体密度小于液体时，其体积将会增大以排开与其体积相等的液体，从而所受的浮力将大于物体的重力，物体才能浮起来。
2. 密度相同的液体，重力相同的物体在液体中等体积时所受的浮力相同，而密度不同的液体中，物体的相对密度越小，所受的浮力越大，从而物体浮起来的几率就会增大。
3.物体的形状对浮力大小的影响。
物体的形状将改变液体所反向作用的垂直面形状，在液体中受到的浮力随着物体形状的改变而发生变化。
例如，球体在液体中的浮力与所受重力相等，因为液体在球体上施加的浮力垂直于施力面，是恒定的。
而如果物体的形状不规则，例如艇船，因为其底部承托液体更多，所以受到的浮力会更大。
4.液体中的密度与温度。
液体的密度会随温度的变化而改变，同样物体在液体中浮沉的几率也会随着液体密度和温度的变化而发生改变。
例如，在水中，冰的相对密度比液态水的相对密度小，因此它浮在水中。
二、物体浮沉的应用1. 船舶和潜艇的浮沉原理。
船舶的船体首尾高低不同，以船底为圆弧形，体积较大，重心较低，从而使船体产生浮力，船才可以在水上行驶。
潜艇通过控制内部的水的加入和排出，达到增加或减少浮力的目的，从而使其在水中浮起或沉下。
2. 气球和飞艇的浮沉原理。
气球和飞艇的浮力是由于气球内部的气体向外施加压力，从而排开空气承受来自重力的力量，实现相对轻松的飞行。
3. 人类潜水浮沉。
当潜入水中时，人体感受到渐增的水压，并且受到来自水力方向的总浮力（浮力是由于呼吸时所吸入的空气产生的肺部体积增大而引起的）较小，从而身体将变得更加沉重。
人潜水时可以通过控制排气或吸气的方法达到浮沉的目的。
4. 多孔材料浮沉原理。
多孔材料通常有较大的浮力，可以被用来制作救生衣和救生圈等救生用品。
物体的浮沉条件及其应用
物体的浮沉条件及其应用一、浮沉条件的基本原理物体的浮沉是指物体在液体或气体中的上浮或下沉现象。
根据阿基米德原理，当物体浸泡在液体或气体中时，受到的浮力等于所排开的液体或气体的重力，从而决定了物体的浮沉状态。
浮沉条件可以通过比较物体所受的浮力与重力的大小来判断。
二、浮沉条件的判断1. 原理当物体所受的浮力大于其重力时，物体会浮起；当物体所受的浮力小于其重力时，物体会下沉。
2. 浮沉条件的判断标准浮沉条件的判断标准是比较物体所受的浮力和重力的大小关系：- 若浮力>Fg（物体的重力），则物体浮起；- 若浮力=Fg，则物体悬浮；- 若浮力<Fg，则物体下沉。
三、浮沉条件的应用1. 船舶浮沉原理及应用船舶的浮力是通过船体的形状和空气或水的压力产生的。
船舶的浮力要大于其重力，才能保持浮起的状态。
根据浮沉原理，船舶设计时需要考虑船体的形状和重心位置，以保证船体具有足够的浮力，避免下沉事故的发生。
2. 水下潜艇的浮沉原理及应用潜艇在水下航行时，需要通过调整潜艇内外的水的重力和浮力的平衡来控制潜艇的浮沉状态。
通过控制潜艇内部的水的排放和注入，可以改变潜艇的浮力，从而实现浮起或下沉。
3. 石油钻井平台的浮沉原理及应用石油钻井平台需要在海洋中进行钻井作业，而钻井平台本身的重量较大。
为了保证钻井平台的浮起，可以在平台底部设置空腔，通过控制空腔内的水的排放和注入来调整平台的浮力，从而实现浮起或下沉。
4. 飞机的升降原理及应用飞机在空中飞行时，需要通过调整机翼的升力和重力的平衡来控制飞机的升降状态。
通过改变飞机机翼的角度和速度，可以改变机翼所受的气流压力，从而调整飞机的浮力，实现升降。
5. 气球的浮沉原理及应用气球的浮力是由于气球内部的气体比外部气体轻而产生的。
通过控制气球内部气体的体积和压力，可以调整气球的浮力，实现上升或下降。
四、总结物体的浮沉条件是根据阿基米德原理进行判断的，通过比较物体所受的浮力和重力的大小关系来判断物体的浮沉状态。
物体浮沉条件及其应用
将 该棒 放 入 从 距 大坝 １ ５ ０ ｋ ｍ 处 的上 游 库 区
，
请 写 出 Ｂ 物 体 所 受 的 浮
，
力表 达 式
—
—
物 体 的 密度 为
以 上 是 对 于 质 量 分 布 均 匀 的 物 体 而 言， 对 于质量 分 布不 均匀 的物 体 ， 如 空 心
的， 求 出物 体 的 平 均 密度 ， 也 可用 比较 密 度 的方 法来 判 断 物体 的浮 沉 ．
浮力 和重 力 Ｇ两 个 力 的作 用 ， ’ ． ‘ ＞ Ｇ， ． ・ ．
Ａ． 茄 子 上 浮过 程 中． ＞ Ｇ
Ｂ ． 茄 子上 浮 过 程 中 ， ＜ Ｇ Ｃ． 茄 子 漂 浮在 水 面 时 ， ＞ Ｇ Ｄ． 茄子 漂浮在 水 面时 ， ＜ Ｇ 解析 茄 子 浸 没 在 水 中 ．受 到 液 体 的
（ ４ ） 上浮的最终结果为漂浮 ， 漂浮时ｐ 物 ｉ 瑾 ．
１ 奎 ｊ １
解析
本 题 叙 述 内容 较 多 ， 涉 及 的物 理
解析
三个 物 体 的体 积 相 同 ，都 浸 没
量也多 ， 木 棒 两次 在 不 同的 水样 中均 处于 漂 浮状 态 ． 两 次所 受 的浮力 都 等 于木棒 的重力 ． 可 利 用 漂 浮条 件 求 出木 棒 所 受 的 浮 力 ． 根 据 题 意和公式 ， 应 知道 物体 和排 开液体 的体 积 ，
．
— —
取 来 的 水样 中 ， 棒 仍竖直漂浮 ， 测得 棒 浸入 该 水 样 中的 长 度 为 总 长 的 ５ ／ ８ ． 求 该棒 在 坝 区 附 近 的 水 样 中 所 受 的 浮 力 和 距 大 坝
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1、轮船
长风破浪
航空母舰
不沉的航母
轮船
•工作原理：物体漂浮在水面的原理工作的。 •利用把密度比水大的钢材制成空心的使它的平 均密度减小，同时排开更多的水，增大可利用 的浮力。 •轮船在河里和海里都是浮体，因而所受浮力相 同，都等于轮船自身的重力。根据阿基米德原 理，它在海水里比在河水里浸入的体积小。
盐
水
选
种
盐水选种的道理：饱满种子的密 度要大于盐水的密度而下沉。
打捞沉船
现代打捞沉船的方法是:将几个充满 水的大型浮筒 沉入水底,用钢缆把浮 筒与沉船紧紧地拴在一起,然后用高 压空气把浮筒中水排出,沉船就随着 浮筒一起浮出水面.请解释这样打捞 沉船的道理 答：浮筒中水排出后重力大大减少，浮力 却没有减少，即使拴上沉船也是G<F浮，因 此能浮上水面
籍新加坡
建造厂商住友重机械工业（日本） 建后）
净重吨位260,581吨
载重吨位564,763吨（经重
全船长458.45米
满载吨位825,344吨
水中蛟龙
2、潜水艇
水中蛟龙
活动2： 潜水艇浮沉的模拟实验。
应用二：潜水艇
原理——改变自身 重力 。
潜水艇
•工作原理：潜水艇的上浮、下潜和悬浮，靠改 变自身的重力来实现的。
温馨提示
课前准备
请准备好你的当堂训练、课 本、双色笔，还有你的激情
每日励志
我想对十年前的自己说：一定成功
请准备好你的当堂训练、课 本、双色笔，还有你的激情
物体浮沉条件应用
像“泰坦尼克”号这样的钢铁巨轮为什么能 浮在海面上？
撞上冰山后， “泰坦尼克”号为什么会沉没？
到底什么决定了物体 的沉浮？
•潜水艇自重的改变取决于水舱内充水或放水的 多少。
3、热气球
气袋
吊篮
喷嘴
喷嘴点火 加热,袋内空 气受热膨胀, 排开气体的 体积增大， 浮力增大,浮 力大于重力 时,气球上升。
喷嘴火焰熄 灭，袋内空气变 冷体积减小,排 开气体的体积减 小，浮力减小, 浮力小于重力, 气球下降。
知识拓展
气球
（1） 气球内充有密度 小于空气的气体—— 氢气、氦气等。 （2）原理：当ρ 气> ρ 空气时，必有F浮>G 物，物体在空气中上 浮．
两力关系 密度关系 运动状态
G < F浮 G =F浮 G > F浮
ρ物＜ρ液 ρ物=ρ液 ρ物>ρ液
上升直至漂浮 悬浮 下沉至容器底部
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。
浮沉条件的应用
1.轮船 2.潜水艇 3.热气球
小小竹筏
•在物体体积不变的情况下，物体越重越容易 下沉 •在物体重力一定时，物体的体积越大，受到 的浮力越大越容易上浮
沉浮条件
完全浸入液体内的物体的受力分析 F浮 F浮 F浮 F浮 G
悬 浮 体
G
F浮>G 上升
G
F浮=G 悬浮（静止）
N支持 F浮 G G<G F浮
下沉
上升到液面呈漂浮状态，下沉至容器底部,F浮不变, F浮逐渐减少到F浮=G 但F浮+N支持=G
排水量
诺克耐维斯号
诺克· 耐维斯号（Knock Nevis）是一艘新加坡籍、属于超大型原油运 输船（Ultra Large Crude Carrier，ULCC）等级的超级油轮，也是世 界上最长的船只与最长的人工制造水面漂浮物，船长超过1/4英里， 比横躺下来的艾菲尔铁塔还长。 中文名诺克· 耐维斯号/海上巨人号/快乐巨人号 Nevis/Mont 建造时间1976年12月 国 外文名Knock
实验结论一 物体上浮
F浮 ＝G 物
F ＞G 物
浮
物体悬浮或漂浮
F浮 ＜G物
物体下沉
实验验证Байду номын сангаас
将鸡蛋放入浓盐水中，逐渐加入清水， 观察鸡蛋在水中的悬浮情况。
随着水的不断加入，盐水的密度越来越小， 原本漂浮在浓盐水表面的鸡蛋开始一点一 点下沉。
实验结论二
物体的沉浮与液体的密度有关
密度与实心物体运动状态（浮沉）的关系
小结
一.物体的浮沉条件
•当F浮＜G物时，合力方向竖直向下，物体就下沉． •当F浮＝G物时，合力为零，即二力平衡，此时物体将悬浮． •当F浮＞G物时，合力方向竖直向上，物体就上浮． •当物体漂浮时，F浮＝G物．
二.浮沉条件的应用
轮船、密度计、热气球、潜水艇的浮沉原理。
演示实验:
实验验证
探究过程一：将实验桌上的小瓶、牙膏皮 分别投入水中，观察它们在水中的浮沉情 况。
观察到什么现象？
探究过程二：请同学们想办法改变它们的 沉浮，并尝试思考你是通过什么方法来改 变它们原来的浮沉情况的？
小瓶原来处于什么状态，你采取了什么方 法，从而改变了它的浮沉。 牙膏皮原来处于什么状态，你采取了什么 方法，从而改变它的浮沉。