物体的浮沉条件及应用（提高）知识讲解

物体的浮沉条件及应用（提高）

责编：武霞

【学习目标】

1、知道物体的浮沉条件； 2、知道浮力的利用；

3、了解轮船的漂浮原理、潜水艇的浮沉原理、气球飞艇的升降。

【要点梳理】

要点一、物体的浮沉条件（高清课堂《浮力的应用》）

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所受的浮力与重力的关系。 要点诠释：

1．当 当 当

2．对于实心的物体，由

物体上浮；当

时，

，

，浸没时

， 物体悬浮；当

时，

，所以当

时，

时，合力方向竖直向上 上浮 时，合力为零 悬浮 时，合力方向竖直向下 下沉

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(

)。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 上浮 浮 运动状态 条件 物液密度关系 与的关系 。

在液体中向上运向上运动 动 静止在液面上 漂浮 浮在液面上 悬 悬浮 沉 下沉 停留在液体中任静止在液体中 何深度的地方 在液体中向下运向下运动 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，潜水艇为了实现升降，必须使浮力大小不等于重力，潜水艇在水下时，由于艇壳不能任意改变，因此浮力是不变的，要想控制上浮、下沉就只有改变自重，潜水艇两侧都有水舱，与高压气舱相连，高压气体能将水从水舱内排出，减小潜水艇重力，当其小于浮力时潜水艇就上浮；当浮力大小等于重力，潜水艇可在水中任一位置保持静止，即悬浮；关闭高压气舱使进水口打开，在水压作用下水舱进水，自重增大到大于浮力时，潜水艇开始下沉。

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，当浮力增大到大于其重力时，气球和飞艇就上升；反之，排出一部分氢气或氦气时，气球和飞艇就下降，因此它们是通过改变体积来实现上升和下降的。

热气球是通过加热的方式使气球内气体热膨胀，从而减小气体的密度，因此热气球只要停止加热，气球体积就会缩小，浮力减小，降回地面。

4．密度计

密度计是利用物体漂浮在液面的条件来工作的，用密度计测量液体的密度时，它受到的浮力总等于它的重力，由于密度计制作好后它的重力就确定了，所以它在不同液体中漂浮时所受到的浮力都相同，根据

可知：待测液体的密度越大，则

越小，密度计浸入液体中的体积越小，露出部分的

体积就越大；反之待测液体密度越小，则越大，密度计浸入液体中的体积越大，露出部分的体积就

越小，所以密度计上的刻度值是“上小下大”。

【典型例题】

类型一、物体的浮沉条件

1、（2015?广西中考）把体积为2×10-3m3、重为12N的物块放入水中，当它静止时所处的状态及受到的浮力大小分别为（g取10N/kg）（ ） A．漂浮，F浮=20N C．沉底，F浮=20N

B．漂浮，F浮=12N D．沉底，F浮=12N

【答案】B

【解析】由阿基米德原理可知，当物体浸没在水中，受到的浮力：F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3=20N＞12N，根据浮沉条件可知：物体会上浮，最后漂浮在水面上；根据漂浮的条件知：受到的浮力F浮′=G=12N。故选B。

【总结升华】本题考查物体沉浮状态的判断以及浮力大小的计算，物体的浮沉最终由物体所受重力及完全浸没时的浮力大小关系所决定。

举一反三：

【变式】一只鸡蛋沉没在杯中水底，添加下列哪种物质并搅拌，能使鸡蛋浮起来（ ） A．食盐 B．水 C．酒精 D．食用油 【答案】A

类型二、浮沉条件的应用

2、如图所示，相同型号的甲、乙、丙三艘潜水艇，甲漂浮，受到的浮力为F甲；乙悬浮，受到的浮力为F乙；丙沉入海底，受到的浮力为F丙。下列说法正确的是（ ） A．漂浮和悬浮时，受到的浮力等于重力，F甲=F乙

B．乙悬浮时，浮力等于重力，丙沉入海底时浮力小于重力，F乙＞F丙

C．甲漂浮排开水的体积最小，丙沉入海底排开水的体积最大，F甲＜F乙＜F丙 D．甲漂浮时V排＜V物，乙和丙浸没时V排′=V物，F甲＜F乙=F丙

【答案】D

【解析】三个潜水艇型号相同，说明其体积相等，设为V；甲潜水艇漂浮在水面上，所以排开的水的体积：V甲＜V；乙、丙潜水艇都浸没在水中，所以V乙=V丙=V。由此可知三者排开的水的体积关系是：V甲＜V乙=V丙。根据阿基米德原理可知其受到的浮力：F甲=ρgV甲，F乙=ρgV乙，F丙=ρgV丙。结合三者排开水体积的关系可以确定三个潜水艇受到的浮力大小关系：F甲＜F乙=F丙。

【总结升华】题目中告诉的型号相同隐含的是三个潜水艇的体积相等，由此可以确定三者V排的关系，而不是受到的重力相等。在A选择项中，两个潜水艇受到的浮力是都等于自身受到的重力，但两者的重力不相等，所以浮力也不相等。

举一反三： 【变式1】（2015?山西中考）在三个相同的烧杯里装入质量相等的甲、乙、丙三种不同的液体，把一支装有适量铁砂的平底试管先后放入这三个烧杯中，静止后如图所示。下列说法正确的是（ ） A．试管在甲液体中受到的浮力最大 B．甲液体的密度最大

C．丙液体对烧杯底部的压强最小

D．试管在三种液体中排开液体的重力一样大

【答案】D

【变式2】（高清课堂《浮力的应用》例3）用塑料瓶、透明胶带、螺母、麦管（或塑料管）、容器和水等，按图制作了一只潜水艇模型。为使潜水艇下沉，则必须从进排气管处 （填“吹气”或“吸气”）,

潜水艇在下沉的过程中所受到水的压强 （填“减小”“不变”或“增大”），浮力 （填“减小”“不变”或“增大”）。

【答案】吸气 ；增大 ；不变

3、如图所示，某同学在一薄壁平底玻璃管中装入沙子，管口密封，制成一个“密度计”，用来测量液体密度．已知，试管和沙子总质量为40g，试管底面积为2.5cm。当放入某未知密度的液体中静止时，

3

“密度计”漂浮在液面上，浸入液体中的体积为50cm。（提示：计算中取g=10N/kg） （1）“密度计”受到的浮力是多大？ （2）这种液体的密度是多大？

（3）液体对“密度计”底面的压强是多大？ 【思路点拨】（1）由于密度计漂浮在液面上，因此可以利用漂浮在液面上的物体受到的浮力等于其重力来求得浮力的大小。

（2）根据密度计的横截面积和浸入的深度，可以求得其排开液体的体积，利用阿基米德原理可以求得所在液体的密度。

（3）方法1：根据密度计下表面浸入的深度求出的液体密度，结合液体压强的计算公式，可以求得液体对密度计的底部压强；

方法2：根据浮力产生的原因可知，漂浮在液面上的物体受到的浮力等于液体对它向上的压力，由此可以求得此时液体对密度计的压力，又知道其横截面积，结合压强的计算公式可以求得其底部受到的液体压强。

【答案与解析】

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