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初中物理人教版八年级下册第十章 浮力10.3 物体的浮沉条件及其应用导学案
展开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都处于不同的浮沉状态。
2. 运用物体的浮沉条件解释生产、生活中的一些现象,认识浮力知识在生产、生活中的应用价值。
【学习重点】
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,并能运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。
【学习难点】
应用受力分析、力和运动的关系以及与浮力知识结合起来解决问题等。
【自主预习】
阅读教材,完成以下问题:
1. 物体的沉浮取决于物体所受的 力和 力的大小;或比较物体与液体密度的大小。
浸没在液体中的物体:
①当F浮>G或ρ液 ρ物时,物体 ,最后物体 (部分浸没)。
②当F浮 = G或ρ液 ρ物时,物体 ,可停在液体内部任意位置。
③当 F浮<G或ρ液 ρ物时,物体 ,最终沉在水底。
2. 轮船是利用“ ”的方法,增大排开水的体积,从而增大可以利用的_ _;轮船的大小用 表示,排水量是指轮船按照设计要求满载货物时排开液体的_ _。
3. 潜水艇是通过水舱吸水和排水的方式,改变_ 来实施下沉和上浮的(浸没时浮力不变)。
4. 气球和飞艇内部充有密度 空气的气体(如氢气、氦气或热空气),使浮力 重力而升空(小于/大于)。
5. 密度计是根据 时受力平衡及阿基米德原理制成、用来测定液体密度的仪器;密度计的示数越靠下越 。
【合作探究】
探究一、物体的浮沉条件
1. 物体在液体中的三种状态
【做一做】盐水浮鸡蛋
取一枚新鲜鸡蛋,放在清水中,观察它在水中沉浮的情况。向水中慢慢加些盐,并轻轻搅拌,观察鸡蛋在水中沉浮的情况;继续加盐并观察鸡蛋沉浮的情况。
现象:鸡蛋放在清水中是沉底的;向水中慢慢加些盐,并轻轻搅拌,鸡蛋可能悬浮在水中;继续加盐后,鸡蛋会上浮直至漂浮在水面上。
①物体在液体中有 、 和 三种状态。
②物体在液体中三种状态的受力分析:
漂浮 悬浮 沉底
漂浮时,受到重力G与浮力F浮的作用,根据二力平衡条件知,这两个力是一对 力,F浮 G
悬浮时,受到重力G与浮力F浮的作用,根据二力平衡条件知,这两个力是一对平衡力,F浮 G
沉底时,受到重力G、浮力F浮与 的作用,这三个力平衡: F浮= .
2. 物体的浮沉条件
①根据物体的受力情况分析判断物体的浮沉条件:
以浸在水中的鸡蛋为例分析:
把鸡蛋浸入水中时,受到 力G与 力F浮两个力的作用,这两个力的方向 、作用在同一直线上,鸡蛋的浮沉就取决于这两个力的大小。
根据二力平衡条件进行分析:
(a)若浮力F浮 G,则鸡蛋会上浮,最后漂浮。
(b)若浮力F浮 G,则鸡蛋会悬浮,可停在液体内部任意位置。
(c)若浮力F浮 G,则鸡蛋会下沉,静止在水底。(以上均选填“>”、“<”或“=”)
②比较物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉
当物体浸没在水中时,受到重力G与浮力F浮两个力的作用且V排 = V物= V;
浮力的大小:F浮=ρ液g V排=ρ液gV
重力的大小:G=ρ物g V物=ρ物gV
(a)当F浮>G时,得出ρ液 ρ物,物体上浮;
(b)当F浮= G 时,得出ρ液 ρ物,物体悬浮;
(c)当F浮<G时,得出ρ液 ρ物,物体下沉。(以上均选填“>”、“<”或“=”)
③悬浮和漂浮的比较:
(a)相同点:都是静止的平衡状态,所受力是平衡力:F浮=G物.
(b)不同点:悬浮是物体完全浸没在液体中,V排=V物,ρ物=ρ液;
漂浮是部分浸没,V排 V物,ρ物 ρ液。
漂浮与悬浮 例题1图 沉底
【例题1】如图,碗可以漂浮在水面上,也可以沉入水底,下列说法正确的是( )
A.碗沉入水底时比漂浮在水面上时的浮力小
B.碗沉入水底时受到的浮力等于它的重力
C.碗沉入水底时比漂浮时所受的浮力变大了
D.碗沉入水底时容器底部受到水的压强变大了
探究二:浮力的应用
【想一想】在前面做的“盐水浮鸡蛋”实验中,为什么鸡蛋的状态发生了变化(沉底、悬浮或漂浮)?
分析:鸡蛋受到的重力不变。鸡蛋的状态发生了变化,是因为浮力发生了变化,而浮力变化的原因是液体的密度ρ液变化。
结论:通过改变重力或浮力的大小,可以改变物体的浮沉状态。
1. 轮 船
【想一想】轮船是钢铁制成的,钢铁的密度远大于水的密度,为什么可以漂浮在水面上,还能承载那么多货物呢?
【实验】制作橡皮泥小船
橡皮泥的密度比水的密度大橡皮泥放入水中会下沉。怎么使它漂浮在水面?看看谁做的船能承载更多的重物?
橡皮泥漂浮 能承载重物的橡皮泥船
橡皮泥做成瓢状,它所受的重力没变,但排开水的体积变大了,因而受到的浮力变大了,所以能浮在水面上,轮船就是根据这个道理制成的。
①轮船的工作原理:利用“ ”的方法,增大可以利用的 力,漂浮在水面上,F浮=G
②轮船的排水量m排:指轮船 时排开水的质量.
∵轮船漂浮, ∴浮力与轮船的总重力是一对平衡力: F浮 G物船
根据阿基米德原理,浮力等于排开水的重力: F浮 G排水
所以轮船总的重力等于排开水的重力: G排水= G物船 m排水= m物船
即轮船的排开水量 等于轮船和货物的总质量。
【例题2】一艘轮船的排水量是104t,在密度是1.0×103kg/m3的河水中航行,它满载时排开水的体积是多大?如果该轮船从长江驶入大海(海水密度为1.03×103kg/m3)中航行,它排开海水的体积是多大?它从江河驶入海中是上浮一些还是下沉一些?
2. 潜水艇
【做一做】按图用注射器、试管、软管、短玻璃管等器材自制一个潜艇模型,把模型浸在水中,从管中抽气,模型将怎样运动?向管中打气,模型又会怎样?
①实验现象:吸气时,水逐渐进入“潜水艇”中,“潜水艇” 。吹气时,“潜水艇”内的水被排出,“潜水艇” 。
②分析:“潜水艇”在水面以下时,排开水的体积不变,根据阿基米德原理,“潜水艇”受到的浮力大小 (变/不变)。吸气时,水进于“潜水艇”,重力变大,F浮<G物,所以 ;吹气时,水从“潜水艇”中排出,重力变小,F浮>G物,所以 。
③潜水艇的浮沉原理:是靠改变自身的 上浮和下潜的。
潜水艇模型 热气球
3. 气球和飞艇
①原理:内部充有密度 空气的气体(如氢气、氦气或热空气),使浮力 重力而升空(小于/大于)。
②飞艇:通过改变自身 ,从而改变排开气体的体积实现上升和下降。
③热气球:体育、娱乐活动中用的热气球,充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气。利用热空气密度小,空气受热膨胀,热气球体积增大,也就是增大V排达到增大 的作用,调节气囊中的空气的温度,可控制气球的升降。
【想想做做】做一个塑料袋热气球
取一个大的薄塑料袋,袋口用很细的铜丝框成一个圆口,开口朝下,用电吹风向袋内吹热空气。放手以后,塑料袋热气球便冉冉上升。
4. 密度计
①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,管的下部装有少量密度较大的铅丸。
③原理:密度计放在液体中都是 浮的,因此受到的浮力始终 它受到的重力且不变,即F浮=G。根据F浮=ρ液gV排可知,F浮不变,把它放在密度大的液体里,它浸入液体的体积 ,会 一些;把它放在密度小的液体里,浸入液体的体积就 , 一些。
所以密度计的刻度从下往上的示数是越来越 的。
密度计 例题3图
【例题3】如图所示,用同一支密度计分别测量甲、乙两种液体的密度,下列说法正确的是( )
A.密度计在乙液体中所受的浮力大
B.乙液体的密度大于甲液体的密度
C.密度计上的刻度值上大下小
D.密度计在甲、乙两种液体中所受的浮力相等
【精讲点拨】
1. 判断物体的浮沉既可以根据物体受到的重力与浮力的大小判断;也可以比较物体的密度和液体密度的大小关系判断。
2. 漂浮是一种非常重要的现象。分析计算物体的漂浮问题时,注意:一是运用力的平衡知识;再就是运用阿基米德原理。例如轮船满载航行时,根据二力的平衡条件可知,浮力不变;再根据阿基米德原理
F浮=ρ液体gV排分析,在密度不同的液体中,排开液体的体积不相等,因此会上浮或下沉一些。
3. 改变浮力的方法:①改变液体的密度:如在水中加盐并搅拌,增大浮力,可以使沉底的鸡蛋浮起来。②改变排开液体(或气体)的体积:如飞艇降落时,将辅助气囊中的气体放出,使飞艇排开空气的体积减小,浮力将小。
【归纳整理】
浮力的
应用
①轮船:轮船靠挖“空心”的方法增大浮力。
排水量:轮船满载时,排开水的质量。
②潜水艇:是靠改变自身的重力,实现上浮和下潜的。
③气球:充入密度小于空气的气体,使受到空气的
浮力大于自身的重力而上浮。
④密度计: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且不变。
物体的浮沉
条件及应用
①若F浮>G,则上浮
②若F浮=G, 则悬浮
③若F浮
浮沉条件
比较浮力
和重力
比较物体
和液体密度
①若ρ物<ρ液,则上浮
②若ρ物=ρ液, 则悬浮
③若ρ物>ρ液,则下沉
【课堂练习】
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( )
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
2. 如图所示,同一潜水艇浮在水面时受到的浮力为F1,底部受到水的压强为P1。潜入水中时受到的浮力为F2,底部受到水的压强为P2。下列选项中正确的是( )
A.F1=F2 P1
4. 如图所示,木头、鱼、水底的石头均处于静止状态,下列说法正确的是( )
A.水对石头的压强比对木头的小 B.木头受到的浮力大于它自身的重力
C.鱼受到的浮力等于它自己的重力 D.石头受到的浮力等于它自身的重力
5. 如图所示,A、B两物体静止在水中,则( )
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
6. 把一块实心金属放入盛满酒精的杯中,从杯子中溢出8g酒精;若将该金属放入盛满水的同样的杯子中,从杯中溢出水的质量是( )
A.大于8g B.等于8g C.小于8g D.无法确定
7.如图所示,质量相等的物体A、B分别漂浮在水、酒精中,已知ρ水>ρ酒精,两物体所受浮力分别为FA、FB,则FA FB;两物体所排开液体的体积分别为V水、V酒精,则V水______V酒精(均选填“大于”、“等于”或“小于”)。
8. 2019年12月17日,我国自主建造的第一艘国产航母——山东舰(如图),正式交付海军。该舰满载时标准排水量为5万吨,可同时停放36架歼15舰载机。若每架舰载机质量为25吨。求:(海水的密度取1.03×103kg/m3,g取10 N/kg)
①在标准排水量时,航母所受的浮力。
②当36架舰载机全部飞离航母后,航母排开海水的体积减少了多少?(结果保留一位小数)
【课后反思】本节课学习中,你有哪些收获,还有哪些问题?
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