初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）物体的浮沉条件及应用教案

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【课题】第3节 物体的浮沉条件及应用
【学习目标】
1.能根据二力平衡条件和力与运动的关系描述物体的浮沉条件，并能通过改变物体所受的重力或浮力的大小，使物体在液体或气体中处于不同的浮沉状态。
2.运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的有关现象，认识浮力知识在生产、生活中的应用。
【学习重点】
运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的有关现象。
【学习难点】
能通过改变物体所受的重力或浮力的大小，控制物体在液体或气体中处于不同的浮沉状态。
【新课导入】
【播放视频】浸没在液体中的物体的浮沉情况
问题： 浸没在液体中的物体都会受到浮力的作用，但是有的物体上浮，有的物体下沉，有的物体还会悬浮在液体中。这是为什么?
由静止释放的物体如何运动，取决于它所受的合力。要分析浸没在液体中的物体向哪个方向运动，需要分析它所受合力的方向。
【板书课题】第3节 物体的浮沉条件及应用
一 物体的浮沉条件
力是改变物体运动状态的原因，浸没在液体中的物体，一般受到两个力的作用：一个是方向竖直向下的重力G；另一个是方向竖直向上的浮力F浮.
根据物体所受浮力F浮与重力G大小关系的不同，由静止释放的物体，其浮沉存在三种情况。

1.上浮（运动状态变化过程）：F浮＞G，F合＝F浮-G，方向竖直向上；
F浮= G排=m排g = ρ液V排g
G = m物g = ρ物V物g
V排 = V物
ρ液V排g＞ ρ物V物g
ρ液＞ ρ物
浸没在液体中的物体，所受浮力F浮大于重力G时，所受合力F合=F浮-G，合力的方向和浮力的方向相同，竖直向上，物体上浮（向上做加速直线运动）；
物体露出水面后，排开液体的体积和所受浮力减小，当F浮=G时，所受合力F合=0，物体漂浮（处于平衡状态）。
物体漂浮(平衡状态）：F浮＝G
V排 ＜ V物 ，ρ液V排g＝ ρ物V物g，ρ液＞ ρ物
2.悬浮：F浮＝G，F合＝F浮-G=0；
F浮= G排=m排g = ρ液V排g
G = m物g = ρ物V物g
V排 = V物
ρ液V排g＝ ρ物V物g
ρ液＝ ρ物
浸没在液体中的物体，所受浮力F浮等于重力G（或液体密度ρ液等于物体密度ρ物）时，所受合力F合=0，物体漂浮（处于平衡状态）。
3.下沉（运动状态变化过程）：F浮＜G，F合＝G-F浮，方向竖直向下。
F浮= G排=m排g = ρ液V排g
G = m物g = ρ物V物g
V排 = V物
ρ液V排g＜ρ物V物g
ρ液＜ρ物
浸没在液体中的物体，所受浮力F浮小于重力G时，所受合力F合=G-F浮，合力的方向和重力的方向相同，竖直向下，物体下沉（向下做加速直线运动）；
物体沉底(平衡状态）：F支持+F浮＝G，F合=0，
物体沉底时，排开液体的体积和所受浮力不变，F浮+F支持=G，所受合力F合=0，物体处于静止平衡状态。
【小结】一 物体的浮沉条件
物体在液体中的沉浮取决于物体所受的浮力和重力的大小，即浮力和重力的合力。
通过改变重力或浮力的大小，可以改变物体的浮沉状态。
浸没在液体中的物体（V排=V物）只受重力G和浮力F浮时，
当F浮＞G （ρ液＞ρ物）时， 物体上浮，最终会漂浮；
当F浮＜G（ρ液＜ρ物） 时， 物体下沉，最终沉底；
当F浮＝G （ρ液＝ρ物）时， 物体处于悬浮状态。
物体漂浮在液体中（V排＜V物，ρ液＞ρ物）时，物体处于静止平衡状态，F浮＝G ， 物体所受合力F合=0.
悬浮和漂浮的比较
浸没在液体中的物体由静止释放，如果它的密度小于液体的密度，物体将上浮，最终漂浮;
如果它的密度等于液体的密度，物体可以悬浮在液体内;
如果它的密度大于液体的密度，物体将下沉。
根据这个原理，在用盐水选种时，清除掉漂浮的不饱满的种子，保留下沉的饱满种子。
【小结】盐水选种
不饱满种子：ρ种子＜ρ盐水→上浮→漂浮（不饱满的种子密度小于盐水的密度，漂浮）
饱满种子：ρ种子＞ρ盐水→下沉→沉底（饱满的种子密度大于盐水的密度，沉底）
【想想做做】
将新鲜的鸡蛋分别浸没在盛有水和盐水的容器中，观察鸡蛋在容器中的位置。
ρ鸡蛋＞ρ水，鸡蛋沉在水底，F浮=G-F支持＜G；
ρ鸡蛋=ρ盐水，鸡蛋悬浮在盐水中，F浮=G.
【课堂练习】
【例题1】（2025年甘肃中考题） 小栋了解到伽利略温度计的测温原理后，想自己动手设计一个粗略测温的装置，他的设计思路如下：在密闭的玻璃容器中装上一种密度会随温度升高而减小的特殊液体，液体中有5个体积相等、密度不同且标有温度示数的小球，小球不吸收液体且热胀冷缩可以忽略不计，当有小球悬浮时，悬浮小球上标有的温度值就是当前环境的温度。如图所示，是这个测温装置的示意图。其中小球3上所标温度值为25℃，相邻标号的小球上所标的温度值间隔为2℃，则下列说法正确的是【 】

A. 27℃时，小球2处于漂浮状态
B. 小球2在27℃时所受的浮力小于25℃时所受的浮力
C. 若有3个小球漂浮，2个小球沉底，则环境温度在23℃至25℃之间
D. 若要增大该装置能测得的最高温度，可增加一个与小球5体积相等但质量更大的小球
【答案】C
【解析】A．由题意知，液体的温度升高时，密度变小，原来漂浮的小球因液体的温度升高而下沉一些，小球3上所标温度值为25℃，相邻标号的小球上所标的温度值间隔为2℃，则小球2上所标温度值为27℃，所以当27℃时，小球2处于悬浮状态，故A错误；
B．小球2上所标温度值为27℃，则27℃时小球2处于悬浮状态，浮力与重力相等；小球2在25℃时处于漂浮状态，浮力也等于重力，则小球2在27℃时所受的浮力等于25℃时所受的浮力，故B错误；
C．若有3个彩球漂浮，2个彩球沉底，则4、5两个彩球沉底，3号球标示25℃、4号球标示23℃、2号球标示27℃，表明当前环境温度在23℃到25℃之间，故C正确；
D．当环境温度升高时，液体的密度减小，当前1号球标示温度最高，若想测量更高的温度，应增加一个密度更小的彩球，所以与彩球1体积相等、质量更小，故D错误。
故选C.
二 浮力的应用
人类从远古时代就开始利用浮力了，最初可能是抱住或骑在一段树干上顺水漂流，这是人类最早的航行方式。后来人们发明了船，它能承载更多的人和物。据记载，1405年郑和下西洋时乘坐的木船长约为147m.是当时世界上最大的木船。
1.轮船
轮船是用钢铁制造的，钢铁的密度远大于水的密度，怎样用沉重的钢铁制成可以承载很多货物的船呢?
【播放视频】能承载重物的橡皮泥船
【想想做做】物体在液体中受到的浮力F浮与物体排开的液体所受的重力G排什么样的定量关系呢？
橡皮泥的密度比水的密度大，它在水中会下沉。根据阿基米德原理，怎样把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面上，并能承载重物。
把橡皮泥捏成瓢状放在水面，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水的体积变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。轮船就是根据这个道理制造的。
（1）轮船的大小通常用排水量来表示。排水量就是轮船装满货物时排开水的质量。
m排=m船+m货最大
轮船装货时，m总增大、G总、F浮、G排、V排和吃水深度增大，轮船下沉一些；
卸货时，m总减小、G总、F浮、G排、V排和吃水深度减小，轮船上浮一些。
（2）原理：用密度大于水的钢铁制成空心结构，增大排开水的体积，从而获得足够大的浮力，实现漂浮。
（3）轮船漂浮在水面
F浮=G总=G船+G货物=m船g+m货物g
F浮=G排=m排g=ρ水V排g
ρ水V排 =m船+m货物
（4）轮船从内河（密度小的水域）航行到大海（密度大的水域），总重G总不变，所受浮力不变，由于海水的密度大于河水（江水）的密度，轮船排开水的体积V排减小，吃水深度减小，轮船上浮一些。
轮船从大海（密度大的水域）航行到内河（密度小的水域），总重G总不变，所受浮力不变，由于海水的密度大于河水（江水）的密度，轮船排开水的体积V排增大，吃水深度增大，轮船下沉一些。
【课堂练习】
【例题2】（2025年四川遂宁中考题）2024年12月，我国自主研制建造的076型两栖攻击舰首舰——“中国人民解放军海军四川舰”正式下水，该舰满载排水量（排开水的质量）4万余吨。若以满载排水量4万吨来计算，该舰满载时所受浮力大小为_____________ N.不考虑燃料质量变化，该舰由海水密度较小的近海驶向海水密度较大的远海区域时，排开海水的体积将___________ （选填“变大”、“变小”或“不变”）。（g取10N/kg）
【答案】4×108N 变小
【解析】 根据阿基米德原理，浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体所受的重力，四川舰满载时所受浮力 F浮＝G排＝m排g＝4×107kg×10N/kg＝4×108N
因为四川舰在海水中始终处于漂浮状态，所以它受到的浮力始终等于自身所受的重力。当舰由海水密度较小的近海驶向海水密度较大的远海区域时，浮力不变，根据F浮＝G排＝m排g＝ρ液gV排可知，ρ液增大，g是常数，F浮不变，所以排开海水的体积V排将变小。
2.潜水艇
潜水艇能潜入水下航行。它的艇身内有水舱，向水舱充水时，潜水艇变重，逐渐潜入水中。
当水舱充水后潜水艇重等于同体积的水重时，它可以悬浮在水中。
当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，从而上浮。
实际航行时，上浮和下潜的过程中潜水艇要开动推进器加快上浮和下潜的速度。
因为潜水艇浸没在海水里时，排开海水的体积不变，根据阿基米德原理F浮=G排=m排g=ρ海水gV排 可知，所受海水的浮力基本不变，所以只能靠水舱的充水和排水改变自身重力，从而改变所受合力大小实现下潜、悬浮和上浮的。
【课堂练习】
【例题3】（2025年广西贺州中考模拟题）（多选题）2025年初，我国096型核潜艇横空出世，各项性能指标均达到了世界领先水平，它是我国海军的又一战略利器，下列对核潜艇分析正确的是【 】
A.核潜艇在水中快速上浮时受到的液体压强变小
B.核潜艇在水中快速上浮时受到的浮力变大
C.核潜艇在水中下沉过程中所受水的压力变小
D.核潜艇通过改变自身重力来实现上浮和下沉
【答案】AD
【解析】A、B.核潜艇在水中快速上浮时所处的海水深度变小，排开海水的体积等于潜艇的体积，保持不变，海水的密度一定，核潜艇受到海水的压强变小，受到海水的浮力不变。A分析正确，B分析错误。
C.核潜艇在水中下沉过程中，所处海水深度变大，海水密度一定，受到海水的压强变大，受力面积一定，核潜艇受到海水的压力变大。C分析错误。
D.核潜艇在海水中排开海水体积一定，海水密度一定，所受海水的浮力一定，只能通过水舱充水和排水改变自身重来实现上浮和下沉。D分析正确。
3.气球和飞艇
（1）气球：气球里充的是密度小于空气的气体，气球可以飘在空中。
节日放飞的气球、携带气象仪器的高空探测气球，充的是氦气;体育、娱乐活动用的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气。
F浮=G排=m排g=ρ空气gV排，
G总= G气+ G壳
热气球加热时内部空气膨胀，一部分空气排出，球内空气密度变小，使F浮＞G总 而升上天空；停止加热热空气冷却（或放出一部分气体），使F浮＜G总 而降落回地面.
（2）飞艇
为了能定向航行，人们制成了飞艇:在大气囊下面装了带螺旋桨的发动机和载人、装货的吊篮。20世纪20一30年代，飞艇曾盛极一时，用来进行军事侦察、轰炸敌方目标或作为空中交通工具。后来连续发生了几次气囊中氢气爆炸的事故，飞艇的飞行速度又不及飞机，便逐渐被飞机取代。近年来由于能源危机，且可以用不会爆炸的氦气代替氢气，人们对造价低廉、消耗燃料少、装载量大的飞艇又重新重视起来。
F浮=G排=m排g=ρ空气gV排，
G总= G篮和货+G气+ G艇
当F浮＞G总 时，飞艇升上天空；要使飞艇降回地面，可以放出一部分气体，使F浮＜G总 .
4.密度计
【播放视频】用密度计测量液体的密度
（1）作用：密度计是测量液体密度的仪器。
（2）构造：密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管，管的下部玻璃泡中装有少量密度较大的铅粒。
（3）原理：密度计放在液体中都是漂浮的，因此受到的浮力始终等于它受到的重力，F浮=G，并且不变。
根据 F浮=G排=m排g=ρ液gV排可知， F浮=G不变，把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积小，上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积就大，下沉一些。
密度计的刻度不均匀，从下往上的刻度值越来越小。
【课堂练习】
【例题4】(2026年上海徐汇区中考一模题）将同一支密度计分别放置在甲和乙液体中，静止后如图所示，密度计在液体中受到的浮力F浮甲____(选填“大于”、“等于” 或“小于”)F浮乙，液体的密度ρ甲____(选填“大于”、“等于” 或“小于”)ρ乙，液体对容器底部的压力F甲_______(选填“大于”、“等于” 或“小于”)F乙.
【答案】等于 小于 小于
【解析】同一支密度计分别放置在甲和乙液体中，静止后密度计在甲、液体中受到的浮力相等，都等于密度计所受的重力，即F浮甲＝F浮乙＝G计.
由图知，密度计在液体中静止时，排开液体的体积V排甲＞V排乙，密度计所受甲、乙液体的浮力相等，由F浮=G排=m排g=ρ液V排g可得，液体的密度ρ甲小于ρ乙.
由图知，容器底所在处甲液体深度h甲小于乙液体深度h乙，根据p=ρ液gh可知，液体对容器底部的压强p甲小于p乙，容器底受液体压力的面积相同，由F=pS得，液体对容器底部的压力F甲小于F乙.
【课后作业】练习与应用： 1、2、3、4、5题
悬浮
漂浮
不同点
静止在液体内部任何位置
静止在液体表面上
V排=V物
V排＜V物
ρ物＝ρ液
ρ物＜ρ液
相同点
物体处于静止平衡状态 ， F浮=G，F合=0