專題10.3 物體的浮沉條件及應(yīng)用 課前預(yù)習(xí) 一、浮沉條件上 浮下 沉懸 浮漂 浮沉 底_ F浮G _F浮G_ F浮=G _F浮=GF浮+N=G處于動(dòng)態(tài)(運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不斷改變)，受非平衡力作用?？梢酝Ａ粼谝后w的任何深度處。是“上浮”過程的最終狀態(tài)。是“下沉”過程的最終狀態(tài)。處于靜態(tài)，受平衡力作用。二、浮力的應(yīng)用1.密度計(jì)：測(cè)量液體密度的儀器。密度計(jì)在不同的液體中所受的浮力_相等_。2.輪船原理：物體漂浮條件的應(yīng)用。輪船在不同的液體中(如：江水、海水）所受浮力_相等_。輪船排水量是指輪船排開水的_質(zhì)量_。3.潛水艇的原理：是通過改變自身的_重力_來實(shí)現(xiàn)浮沉的。4.氣球和飛艇的原理：是通過改變自身的_體積_來實(shí)現(xiàn)浮沉的。知識(shí)點(diǎn)解讀與例題突破知識(shí)點(diǎn)1：物體的浮沉條件1.物體上浮、下沉是運(yùn)動(dòng)過程，此時(shí)物體受非平衡力作用。下沉的結(jié)果是沉到液體底部，上浮的結(jié)果是浮出液面，最后漂浮在液面。如表：浮力與物重的關(guān)系液體密度與物體密度物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)液>物物體上浮液<物物體下沉液=物物體懸浮在液體中任何深度處2.漂浮與懸浮的共同點(diǎn)都是浮力等于重力，在平衡力的作用下靜止不動(dòng)。但漂浮是物體在液面的平衡狀態(tài)，物體的一部分浸入液體中。懸浮是物體浸沒在液體內(nèi)部的平衡狀態(tài)，整個(gè)物體浸沒在液體中。如表：物體所處狀態(tài)浮力與物重的關(guān)系液體密度與物體密度的關(guān)系F浮=G物液>物F浮=G物液=物F浮<G物液<物3.物體下表面與容器底緊密接觸，沉底：F浮=0N【例題1】（2019山東棗莊）在木棒的一端纏繞一些細(xì)銅絲制成簡(jiǎn)易的液體密度計(jì)，將其分別放入盛有甲乙兩種液體的燒杯中處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示，若密度計(jì)在甲乙液體中受到的浮力分別是F甲、F乙，甲乙兩種液體的密度分別為甲、乙則（）AF甲F乙BF甲F乙C甲乙D甲乙【答案】D【解析】（1）同一密度計(jì)在兩種液體中都漂浮，所以受到的浮力都等于密度計(jì)受到的重力。（2）由圖可以得出密度計(jì)排開液體體積的大小關(guān)系，再根據(jù)阿基米德原理分析液體的密度大小關(guān)系。AB、由于密度計(jì)兩次靜止時(shí)都處于漂浮，則F浮G，即密度計(jì)在兩種液體中受到的浮力都等于密度計(jì)受到的重力G所以，F(xiàn)甲F乙，故AB錯(cuò)誤；CD、由圖知，密度計(jì)排開液體的體積：V甲排V乙排，由F浮液gV排可知：甲乙；故C錯(cuò)誤，D正確。知識(shí)點(diǎn)2：物體的浮沉條件的應(yīng)用1.輪船：（1）原理：把密度大于水的鋼鐵制成空心的輪船，使它排開水的體積增大，從而來增大它所受的浮力，故輪船能漂浮在水面上。（2）排水量：輪船滿載時(shí)排開的水的質(zhì)量。2.潛水艇：原理：潛水艇體積一定，靠水艙充水、排水來改變重力，使重力小于、大于或等于浮力來實(shí)現(xiàn)上浮、下潛或懸浮的。3.氣球和氣艇：原理：氣球和飛艇體內(nèi)充有密度小于空氣的氣體（氫氣、氨氣、熱空氣）?！纠}2】北方人有吃餃子的習(xí)慣，剛包好的餃子，為什么放入水中會(huì)下沉，而過一會(huì)兒餃子會(huì)浮起來？答案：剛剛包好的餃子，放入水中時(shí)，由于餃子所受浮力小于重力，所以下沉；過一會(huì)兒，由于餃子受熱后內(nèi)部空氣膨脹，餃子的體積增大，排開水的體積也增大、浮力增大，當(dāng)餃子所受到的浮力大于重力時(shí)，它會(huì)浮起來。解析：此題通過煮水餃的過程及現(xiàn)象考查了物體的浮沉條件，物體在液體中的浮沉是由物體完全浸沒時(shí)浮力與重力的大小關(guān)系決定的。物體的浮沉條件：上?。篎浮G，懸?。篎浮=G，下沉：F浮G；物體在液體中的浮沉最終是由物體完全浸沒時(shí)浮力與重力的大小關(guān)系決定的，根據(jù)浮沉條件判斷水餃在水中上浮和下沉的原因。習(xí)題精練一、選擇題1.（2019山東臨沂）將兩個(gè)完全相同的小球分別放入裝有不同液體的甲、乙兩燒杯中，球靜止時(shí)兩燒杯液面相平，如圖所示。下列判斷正確的是（）A. 兩小球所受浮力大小相等B. 乙燒杯中液體的密度大C. 乙燒杯中小球排開的液體質(zhì)量大D. 甲燒杯底部受到液體的壓強(qiáng)小【答案】A【解析】A因?yàn)槲矬w漂浮或懸浮時(shí)，受到的浮力和自身的重力相等，所以同一只小球在兩杯中受到的浮力相等，都等于小球的重力，故A正確； B由圖可知，小球在甲、乙兩杯中分別處于漂浮和懸浮狀態(tài)。根據(jù)浮沉條件可知，甲液球，乙液=球所以甲液乙液，故B錯(cuò)誤； C由于兩球漂浮或懸浮，排開液體的重力等于球的重力，則小球排開的液體質(zhì)量等于球的質(zhì)量，故C錯(cuò)誤； D由于兩杯中液面相平，所以根據(jù)p=液gh可知，燒杯底受到液體的壓強(qiáng)：p甲液p乙液故D錯(cuò)誤。 2（2019山東泰安）如圖所示，水平桌面上有甲、乙兩個(gè)相同容器，分別裝有密度為1、2的兩種不同液體，將兩個(gè)相同的小球分別放在兩容器中，小球靜止時(shí)，兩容器液面相平，兩個(gè)小球受到的浮力分別為F1、F2，則下列判斷中（）F1F212甲容器底部受到液體的壓強(qiáng)大于乙容器底部受到液體的壓強(qiáng)甲容器對(duì)桌面的壓力小于乙容器對(duì)桌面的壓力A只有正確B只有正確C只有正確D只有正確【答案】A【解析】因?yàn)槲矬w漂浮或懸浮時(shí)，受到的浮力和自身的重力相等，所以兩個(gè)相同的小球在兩杯中受到的浮力都等于小球的重力，則：F1F2，故錯(cuò)誤；由圖可知，小球在甲、乙兩杯中分別處于漂浮和懸浮狀態(tài)，根據(jù)浮沉條件可知，1球，2球所以12，故正確；兩杯中液面相平，12，所以根據(jù)p液gh可知，燒杯底受到液體的壓強(qiáng)：p1p2，故正確。由于兩球漂浮或懸浮，排開液體的重力等于球的重力，則兩種情況下容器內(nèi)的總重力等于等高的液體產(chǎn)生的壓力，所以可以認(rèn)為甲杯內(nèi)液體的體積等于乙杯內(nèi)液體的體積，且12，由GmgVg可知，甲杯內(nèi)總重力較大，甲、乙兩燒杯相同，所以甲杯對(duì)桌面的壓力較大，故錯(cuò)誤；由此分析可知：只有正確。3（2019山東威海）一個(gè)質(zhì)量為80g的圓柱形瓶身的空玻璃瓶，內(nèi)裝10cm高的水密封后放在水平地面上，如圖甲所示，再將玻璃瓶分別倒置在盛有水和某種未知液體的容器中，靜止后，瓶?jī)?nèi)、外液面的高度差如圖乙和圖丙所示（水1×103kg/m3，g10Nkg，瓶壁厚度忽略不計(jì)）。下列說法正確的是（）A玻璃瓶在水中受到的浮力小于在未知液體中受到的浮力B玻璃瓶底的面積為50cm2C未知液體的密度為0.75g/cm3D玻璃瓶在水中受到的浮力為4.8N【答案】CD【解析】A圖乙和丙中，玻璃瓶都處于漂浮狀態(tài)，則F浮水F浮液G瓶總，故A錯(cuò)誤；B圖乙中玻璃瓶處于漂浮狀態(tài)，浮力等于其總重力，G杯m杯g0.08kg×10N/kg0.8N，F(xiàn)浮水G杯+G水，水gS（h1+h2）G杯+水gSh1，水gSh2G杯，玻璃瓶底面積S4×103m240cm2，故B錯(cuò)誤；C設(shè)玻璃瓶的底面積為S，玻璃瓶在水中和在液體中受的浮力相等，F(xiàn)浮水F浮液，水gV排液gV排，水g（V水+Sh2）液g（V水+Sh3），因?yàn)樗捏w積V水Sh1，圖中h10.10m，h20.02m，h30.06m，解得：液0.75×103kg/m30.75g/cm3；故C正確；D玻璃瓶中水的體積V水Sh14×103m2×0.10m4×104m3，根據(jù)Gmg和可得：G水水V水g1.0×103kg/m3×4×104m3×10N/kg4N，則F浮水G杯+G水0.8N+4N4.8N，故D正確。二、填空題4（2019湖北荊州）2018年10月20日，全球最大水陸兩棲飛機(jī)“鯤龍”AG600在湖北荊門成功實(shí)現(xiàn)水上首飛起降。若某次AG600漂浮停在水面上時(shí)，飛機(jī)排開水的體積為45m3，飛機(jī)底部距水面2m深處受到水的壓強(qiáng)為 Pa，飛機(jī)所受重力為 N（g10N/kg，水1.0×103kg/m3）【答案】2×104；4.5×105?！窘馕觥浚?）飛機(jī)底部距水面2m深處受到水的壓強(qiáng)：p水gh1.0×103kg/m3×10N/kg×2m2×104Pa；（2）飛機(jī)漂浮停在水面上時(shí)，由漂浮條件和阿基米德原理可得飛機(jī)所受重力：G飛機(jī)F浮水gV排1.0×103kg/m3×10N/kg×45m34.5×105N。5.（2019湖南懷化）一個(gè)重為0.5 N的木塊放入裝有水的燒杯中，木塊處于漂浮狀態(tài)，則木塊受到的浮力是 N；若再沿?zé)谕鶡芯徛氐谷霛恹}水，則木塊受到的浮力將 （選填“變大”、“不變”或“變小”）【答案】0.5；不變?！窘馕觥浚?）將重為0.5N的木塊放入裝有水的燒杯中，靜止時(shí)木塊處于漂浮狀態(tài)，所以木塊所受浮力的大小為F=G=0.5N；（2）木塊漂浮，所以木塊的密度小于水的密度，如果再沿?zé)谕鶡芯徛氐谷霛恹}水，木塊的密度不變，水的密度變大，所以，木塊仍然漂浮，所受浮力F=G=0.5N，所以浮力不變。6（2019福建省）如圖，氣球下面用細(xì)線懸掛一石塊，它們恰好懸浮在水中。已知石塊與氣球的總重力為G總，則氣球受到的浮力F浮 G總（選填“”“”或“”）；若水溫升高，石塊將 （選填“上浮”“下沉”或“保持懸浮”）?！敬鸢浮浚簧细??！窘馕觥浚?）氣球下面用細(xì)線懸掛一石塊，它們恰好懸浮在水中。則F浮氣球+F浮石塊G總，所以則氣球受到的浮力F浮氣球G總；（2）水溫升高時(shí)，氣球內(nèi)空氣的體積變大，排開水的體積變大，由F浮水V排g，氣球受到的浮力將變大；石塊受到的重力不變，此時(shí)氣球和石塊受到的浮力大于自重，石塊將上浮。7（2019四川內(nèi)江）質(zhì)量為8kg的木塊漂浮在水面上，它受到的浮力大小為 N浮力的方向是 。（g10N/kg）【答案】80；豎直向上?！窘馕觥磕緣K漂浮在水面上，則木塊受到浮力F浮Gmg8kg×10N/kg80N；浮力的方向是豎直向上的。8（2019四川達(dá)州）將密度為0.9×103kg/m3、體積為V的冰塊放入盛有適量水的圓柱形容器中（無水溢出），冰塊靜止時(shí)露出水面的體積V露 V，當(dāng)冰塊完仝熔化后（總質(zhì)量不變）容器中的水面將 （選填“升高”、“降低”或“不變”）?！敬鸢浮?；不變。【解析】由題意可知冰浮在水面上，則F浮G冰，由阿基米德原理和重力公式可得：水gV排冰gV，則V排×VV，所以露出水面的體積：V露VV排VVV；當(dāng)冰塊完全熔化后，熔化為水的質(zhì)量和冰的質(zhì)量相同，即水V冰化水冰V，所以V冰化水V，即熔化為水的體積與原來排開水的體積相同，故液面高度不變。9（2019四川巴中）兩個(gè)完全相同容器內(nèi)分別盛滿不同的液體，現(xiàn)將兩個(gè)完全相同的小球輕輕放入容器中，小球靜止后的狀態(tài)如圖所示，則液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)關(guān)系是p甲p乙；兩小球所受的浮力關(guān)系是F甲F乙（選填“”、“”或“”）?！敬鸢浮?；?！窘馕觥坑深}意可知，兩個(gè)完全相同容器內(nèi)盛滿不同的液體時(shí)，液體的深度相同，由圖可知，兩個(gè)完全相同的小球輕輕放入容器中靜止后，甲中小球沉底，乙中小球漂浮，因物體的密度大于液體的密度時(shí)下沉，物體的密度小于液體的密度，所以，甲中液體的密度小于乙中液體的密度，由pgh可知，甲液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)小于乙液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)，即p甲p乙；因物體沉底時(shí)受到的浮力小于自身的重力，物體漂浮時(shí)受到的浮力和自身的重力相等，所以，甲中小球受到的浮力小于乙中小球受到的浮力，即F甲F乙。三、綜合應(yīng)用題10（2019貴州貴陽）小明運(yùn)用浮力相關(guān)知識(shí)制作了可以用來測(cè)量物體質(zhì)量的“浮力秤”其構(gòu)造如圖所示，在水平支架的左端固定刻度盤，支架橫梁兩端各固定一個(gè)滑輪，將一根無彈性的細(xì)繩跨過兩個(gè)滑輪，細(xì)線的一端懸掛砰盤，另一端連接裝有適量細(xì)沙的圓柱形浮筒（浮筒自重不計(jì)），在線的適當(dāng)位置固定一根大頭針作為指針，把浮筒浸入裝有適量水的水槽中，稱量時(shí)，把待測(cè)物體放入砰盤后，指針下降浮筒上升，靜止后，待測(cè)物體的質(zhì)量就可以通過指針在刻度盤上的位置反映出來。請(qǐng)你回答下列問題（不計(jì)細(xì)線、砰盤、指針的質(zhì)量以及線與滑輪的摩擦）（1）為了制作量程為1kg的浮力秤，向砰盤添加1kg的砝碼，逐漸向空浮筒內(nèi)加入細(xì)沙，當(dāng)浮筒的_（選填“上”或“下”）表面剛好與水面齊平并保持靜止時(shí)，在刻度盤上將指針?biāo)傅奈恢脴?biāo)定為最大刻度線。（2）取下砝碼，當(dāng)浮筒受到_力和_力是一對(duì)平衡力時(shí)，浮筒能直立地浮在水面上靜止，此刻度所指的位置應(yīng)標(biāo)定為零刻度線，在均勻地標(biāo)定其余刻度線。（3）若將質(zhì)量為m（m<1kg）的待測(cè)物體放在砰盤上，當(dāng)浮筒靜止時(shí)其下表面距離水面的距離是h，若細(xì)沙的質(zhì)量是M，浮筒的橫截面積是S，水的密度為水，請(qǐng)寫出待測(cè)物體質(zhì)量的表達(dá)式m=_。（4）若將原來的浮筒更換為長(zhǎng)度相同、橫截面積更小的另一個(gè)浮筒，細(xì)沙的質(zhì)量和細(xì)線的長(zhǎng)度等不變，則重新標(biāo)定的刻度線與原來刻度線相比發(fā)生變化的是_（選填“零刻度線上升”或“最大刻度線下降”），請(qǐng)你分析帶來這一變化的原因是：_?！敬鸢浮浚?）下 （2）重 浮 （3）M水Sh （4）零刻度線上升 當(dāng)浮筒受至重力和浮力是一對(duì)平衡力時(shí)，指針指的是零刻度線，根據(jù)題意，即是要使浮力不變，也就是在水中的V排不變，根據(jù)V=Sh可知，當(dāng)浮筒橫截面積變小，那h越大，也就是指針會(huì)上升。【解析】（1）為了制作量程為1kg的浮力稱，向秤盤添加1kg的砝碼，即最大質(zhì)量，此時(shí)細(xì)線對(duì)浮簡(jiǎn)的拉力最大，則浮內(nèi)加入細(xì)沙，則浮簡(jiǎn)浸在水中的深度最小，可為0；故當(dāng)浮簡(jiǎn)的下表面剛好與水面齊平并保持靜止時(shí)，在刻度盤上將指針?biāo)傅奈恢脴?biāo)定為最大刻度線。（2）取下砝碼，細(xì)線對(duì)浮筒的拉力為0，當(dāng)浮簡(jiǎn)受到重力和浮力是一對(duì)平衡力時(shí)，浮簡(jiǎn)能直立地浮在水面上靜止，此刻度所指的位置應(yīng)標(biāo)定為零刻度線，在均勻地標(biāo)定其余刻度線；（3）若將質(zhì)量為m（m<1kg）的待測(cè)物體放在秤盤上，重力為G=mg，對(duì)細(xì)線的拉力為T=mg，即線對(duì)簡(jiǎn)的拉力；若細(xì)沙的質(zhì)量是M，當(dāng)浮筒靜止時(shí)其下表面距離水面的距離是h，浮筒的橫截面積是S，水的密度為水，根據(jù)阿基米德原理，則浮筒受到的浮力，F(xiàn)=水gV=水gSh，浮筒處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)力的平衡有：F+T=Mg，即水gSh+mg=Mg，測(cè)物體質(zhì)量的表達(dá)式m=M-水Sh；（4）當(dāng)浮簡(jiǎn)受到的重力和浮力是一對(duì)平衡力時(shí)，指針指的是零刻度線，根據(jù)題意，即是要使浮力不變，也就是在水的V排不變，根據(jù)V=Sh，當(dāng)浮筒橫截面積變小，h變大，也就是指針會(huì)上升。9