2022年初中物理同步 8年级下册 第13课物体的浮沉条件及应用(教师版含解析).docx
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1、第13课 物体的浮沉条件及应用(解析版)目标导航课程标准课标解读1.认识什么是漂浮、悬浮和下沉;2.理解漂浮、悬浮和下沉的条件;3.会进行物体沉浮的计算;4.会解释生活中应用浮力的现象。1.知道物体在液体中三种不同的形式;2.理解漂浮、悬浮和下沉的条件以及三种情况下力的关系;3.会进行物体沉浮以及相关计算;4.物体沉浮条件在生活中的应用及计算。知识精讲知识点01 物体沉浮的条件1.前提条件:物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。2.示意图:重力与浮力的关系如图所示:如图所示,(1)当时,物体上浮;。当时,物体悬浮;。当时,物体下沉;。当(物体未完全浸没液体)时,物体漂浮;。3. 说明:(1) 密
2、度均匀的物体悬浮(或漂浮)在某液体中,若把物体切成大小不等的两块,则大块、小块都悬浮(或漂浮)。(2)物体漂浮在密度为的液体中,若露出体积为物体总体积的,则物体密度为。(3) 悬浮与漂浮的比较:相同点: ;不同点:悬浮时,;漂浮时,。(4)判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较与G或比较与。(5)物体吊在测力计上,在空中重力为G,浸在密度为的液体中,示数为F,则物体密度为:。(6)冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变;冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。4.漂浮问题“五规律”:规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;规律二:同一物体在不同液
3、体里漂浮,所受浮力相同;规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;规律四:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体增大的浮力。知识点02 浮力的应用1. 轮船(1)工作原理:要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。排水量:轮船满载时排开水的质量。单位是t,由排水量m 可计算出:排开液体的体积;排开液体的重力;轮船受到的浮力,轮船和货物共重。2. 潜水艇工作原理:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。3. 气球和
4、飞艇工作原理:气球是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度小于空气的气体如:氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。4. 密度计原理:利用物体的漂浮条件来进行工作。构造:下面的金属粒能使密度计直立在液体中。刻度:刻度线从上到下,对应的液体密度越来越大(上小下大)。【知识详解】浮力的应用1.浸没在液体中的物体,当它受到的浮力大于所受的重力时,物体上浮;当它受到的浮力小于所受的重力时,物体下沉;当它受到的浮力等于所受的浮力等于所受的重力时,物体悬浮在液体中。即 F浮=G物时,物体悬浮或漂浮,当F浮G物,物体上浮,直至漂浮。如何调节浮力的大小:木头漂浮于水面是因为木材
5、的密度小于水的密度。把树木挖成“空心”就成了独木舟,自身重力变小,可承载较多人,独木舟排开水的体积变大,增大了可利用的浮力。牙膏卷成一团,沉于水底,而“空心”的牙膏皮可浮在水面上,说明“空心”可调节浮力与重力的关系。采用“空心”增大体积,从而增大浮力,使物体能漂浮在液面上。2 轮船能漂浮在水面的原理:制造的轮船,由于船体做成空心的,使它排开水的体积增大,受到的浮力增大,这时船受到的浮力等于自身的重力,所以能浮在水面上。它是利用物体漂浮在液面的条件F浮=G来工作的,只要船的重力不变,无论船在海里还是河里,它受到的浮力不变。(只是海水、河水密度不同,轮船的吃水线不同)根据阿基米德原理,F浮=液gV
6、排,它在海里和河里浸入水中的体积不同。轮船的大小通常用它的排水量来表示。所谓排水量就是指轮船在满载时排开水的质量。轮船满载时受到的浮力F浮=G排=m排g。而轮船是漂浮在液面上的,F浮=G船+G货=m船g+m货g,因此有m排=m船+m货。3潜水艇浸没在水中的潜水艇排开水的体积,无论下潜多深,始终不变,所以潜水艇所受的浮力始终不变。潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现的(改变自身重力:排水充水)。若要下沉,可充水,使F浮G.在潜水艇浮出海面的过程中,因为排开水的体积减小,所以浮力逐渐减小,当它在海面上行驶时,受到的浮力大小等于潜水艇的重力(漂浮)。4密度计密度计是
7、利用物体浮在液面的条件来工作的,用密度计液体的密度时,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,密度计浸入液体中的体积则越小,露出部分的体积就越大;反之待测液体密度越小,密度计浸入液体中的体积则越大,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”。5. 煮汤圆汤圆刚放入水中时,汤圆受到的浮力小于重力;汤圆煮熟时,它的体积增大,浮力也随之增大。汤圆刚放入水中时:6.汽艇和热气球(1) 气球和飞艇内充有密度小于空气的气体、热空气等。(2)原理:利用空气的浮力,通过改变自身体积来实现上升和下降的
8、。(3)气球上升过程中,空气的密度逐渐变小,当浮力等于重力时,气球就不再上升了。(4)气球上升过程中,大气压逐渐减小,会导致气球内气压大于气球外气压,气球膨胀,若超过了气球外壳承受的能力,气球就要破裂。【知识拓展】本节知识导图知识点1:物体的浮沉条件【例题1】把体积为210-3m3、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 B漂浮,F浮=12NC沉底,F浮=20N 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=水gV排=1.0103kg/m310N/kg210-3m3=20N
9、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。【例题2】一重为0.6N的鸡蛋先后放入甲、乙两液体中,如图所示,鸡蛋在甲中悬浮,在乙中漂浮,则鸡蛋在甲中受到的浮力为N,甲的密度乙的密度(选填“”、“”或“=”)【答案】0.6;【解析】根据物体的漂浮和悬浮条件判断出所受浮力的大小关系,由图得出排开液体的体积关系,然后根据阿基米德原理解开判断甲乙液体的密度大小关系因为鸡蛋(重为G)在甲液体悬浮,所以鸡蛋受到甲液体的浮力:F甲=G=0.6N,鸡蛋在乙液体漂浮,所以鸡蛋受到乙液体的浮力:F乙=G=0.6N,所以F甲=F乙,据F浮=液v排g,
10、V排甲V棑乙,所以甲乙,知识点2:物体的浮沉条件的应用【例题3】体育、娱乐活动用的热气球如图所示。当热气球静止在空中某高度时,如果将燃烧器的火焰调小一些,热气球就会下降,下降过程中气囊的体积不变。请分析说明热气球从静止位置下降的原因。气囊火焰燃烧器【答案】见解析。【解析】热气球静止在空中时,重力等于浮力,且气囊内、外气体压强相等;火焰调小一些后,气囊内气体温度降低,压强变小,小于外部气体压强,气囊外空气进入气囊内,热气球重力变大;因为浮力不变,所以重力大于浮力,热气球就会下降。【例题4】如图所示为杭州西湖孤山草坪上的一只观光用的载人升空气球。(可看作球体,体积)球的半径为4m,球内充有氦气、气
11、球能搭载物体的最大质量为125kg 空气密度为,问:若该气球只搭载一个质量为55kg的人观光,则当气球搭载此人匀速升至高空时,需要多大的力才能将气球拉住?气球的球壳和所配重物的质量为多少千克?【答案与解析】 拉住气球的所用的力为:气球的体积为气球所受的浮力为气球内氦气的重力球壳及所配重物的总质量分层提分题组A 基础过关练1.小明和小强分别把体积相同的实心木块和实心铁块同时浸没在水中,松手后发现木块上浮,铁块下沉;对上述现象他两展开讨论,你认为他们的说法中错误的是()。A铁块的密度大于水的密度,木块的密度小于水的密度;B在铁块下沉的过程中,铁块受到的浮力小于铁块受到的重力;C当两物体都处于静止状
12、态时,铁块受到的浮力大于木块受到的浮力;D因为木块受到的浮力比铁块受到的浮力大,所以木块上浮,铁块下沉【答案】D。【解析】A:实心木块和实心铁块同时浸没在水中,根据物体的浮沉条件,木块上浮说明木块的密度小于水的密度,铁块下沉说明铁块的密度大于水的密度,故A正确。B:在铁块下沉的过程中,根据物体的浮沉条件,铁块受到的浮力小于铁块受到的重力,故B正确。C:当两物体都处于静止状态时,由于木块上浮则,木块排开的水的条件小于铁块排开的条件,根据阿基米德原理可知:木块受到的浮力小于铁块受到的浮力,故C正确。D:当都浸没在水中时,根据阿基米德原理可知,此时与木块受到的浮力相等;木块上浮是由于木块受到的浮力大
13、于木块受到的重力;铁块下沉是由于铁块到的浮力小于铁块受到的重力;故D错误。2.物理小组制作的潜水艇模型如图所示。通过胶管A从烧瓶中吸气或向烧瓶中吹气,就可使烧瓶下沉、上浮或悬浮。当烧瓶处于如图所示的悬浮状态时,若从A管吸气,烧瓶将会()。A上浮,它受到的浮力增大;B下沉,它受到的浮力减小;C下沉,它受到的浮力不变;D上浮,它受到的浮力不变【答案】C。【解析】若从A管吸气,液体进入烧瓶内,自身重增大,但浮力不变,所以将下沉,在下沉过程中排开液体体积不变,所以浮力不变。故选C。3.将重为4 N、体积为6104 m3的物体投入一装有适量水的溢水杯中,溢出水300g。若不计水的阻力,当物体静止时,下列
14、判断正确的是()。A物体上浮,F浮6 N B物体悬浮,F浮4 NC物体漂浮,F浮4 N D物体沉在水底,F浮6 N【答案】C。【解析】因为G=mg=Vg,所以物体的密度:,因为水,所以物体在水中将漂浮。物体在水中受到的浮力:F浮=G=4N。故选C。4.质量分布均匀的A、B两个实心正方体(VAVB),放置在盛水的容器中。静止时如图所示:现将A、B捞起后放置在水平桌面上,比较A、B在水中受到的浮力FA、FB,和它们对水平桌面的压强pA、pB的大小关系,正确的是()。AFAFB,pApB;BFAFB,PAPB;CFA=FB,pAPB;DFAFB,pApB【答案】D。【解析】A、B两个正方形物块,A悬
15、浮在水中,说明物块密度与水相同;物块A排开水的体积大,它所受的浮力大。B漂浮在水面上,说明物块B的密度比水小;由密度公式:可知,(lB为B的边长);A、B对桌面的压强分别为:、,所以pApB。5.普通潜水艇从海面下潜但未全部没入海水的过程中,它所受的浮力逐渐_(填“变大”“不变”或“变小”);若潜水艇悬浮在海水中,当用压缩空气把水舱中的海水排出一部分时,潜水艇将_(填“上浮”或“下沉”);在露出海面之前,潜水艇所受的浮力将_(填“变大”“不变”或“变小”)。【答案】变大;上浮;不变。【解析】普通潜水艇从海面下潜但未全部没入海水的过程中,V排不断增大,由F浮=水gV排可知它所受的浮力逐渐增大,当
16、将水舱内的水排出一部分后,潜水艇的重力减小,故重力小于浮力,潜水艇将上浮,在未露出水出之前,由于排开水的体积不变,故潜水艇所受到的浮力不变。故答案为:变大;上浮;不变。6.某课外活动小组在探究物体的“浮沉条件”时,将一个质量为100 g的物体浸没在装满水的深桶中,溢出90 g水,物体受到的浮力是_N(取g10 N/kg);这个物体在水中将会_(填“上浮”“下沉”或“悬浮”)。放入物体后水对桶底的压强_(填“大于”“小于”“等于”)放入物体前水对桶底的压强。【答案】0.9、上浮、不变。【解析】90g水的重力:;物体质量是100g,物体的重力大于它所受到的浮力,故物体下沉;放入物体后,部分水溢出,
17、但水桶底部到液面的距离不变,故其压强也不变。7如图所示,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上方连有正方体木块A,容器侧面的底部有一个由阀门B控制的出水口,当容器中水深为20cm时,木块A有3/5的体积浸在水中,此时弹簧恰好处于自然状态,即没有发生形变(已知水的密度为1.0103kg/m3,不计弹簧所受的浮力,g取10N/kg)。(1)求此时容器底部受到水的压强;(2)求木块A的密度;(3)先向容器内缓慢加水,直至木块A刚好完全浸没在水中,此时弹簧对木块的作用力为F1,再打开阀门B缓慢放水,直至木块A完全离开水面时,再关闭阀门B,此时弹簧对木块A的作用力为F2,求F1与F2之比。【解析】(1)当容器
18、中水深为20cm时,容器底部受到水的压强:p=水gh=1103kg/m310N/kg0.2m=2103Pa;(2)弹簧恰好处于自然状态时没有发生形变,则此时木块漂浮,所以,F浮=G,即:水gV排=木gV木,已知V排=V木。所以,木=水=1.0103kg/m3=0.6103kg/m3。(3)木块完全浸没时,物体A受到向上的浮力、向下的重力、弹簧向下的弹力而处于平衡状态,根据力的平衡条件可得,F浮=G+F1,则弹簧对木块的作用力:F1=F浮G=水gV木木gV木=水gV木水gV木=水gV木;木块A完全离开水面时,物体A受到竖直向上的弹力和竖直向下的重力处于平衡状态,则弹簧对木块的作用力:F2=G=木
19、gV木=水gV木,所以F1:F2=水gV木:水gV木=2:3。【答案】(1)此时容器底部受到的水的压强为2103Pa;(2)木块A的密度为0.6103kg/m3;(3)F1与F2之比为2:3。题组B 能力提升练1.如图所示,两个完全相同的柱形容器放在水平桌面上,分别装有甲,乙两种不同的液体。a、b是体积相等的两个小球,a球漂浮在液面上,b球沉没在容器底。甲液面高于乙液面,且两种液体对容器底的压强相等。则( )。A两种液体的密度甲乙;B两种液体的质量m甲m乙;C两个小球所受的重力GaGb;D两个小球所受的浮力FaFb【答案】D。【解析】A、两种液体对容器底的压强相等,根据pgh,因为h甲h乙,所
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