
1. 能根據(jù)二力平衡條件和力與運動的關系描述物體的浮沉條件.2. 會用物體的密度與液體密度的大小關系判斷物體的浮沉情況.3. 能運用物體的浮沉條件,說明生產(chǎn)生活中的有關現(xiàn)象。
浸在水中的物體都會受到豎直向上的浮力作用,當我們把實心的木塊、泡沫塑料塊、鐵塊、石塊沒入水中釋放后,為什么不論其質量大小,木塊和泡沫塑料塊總會在水中浮起,而鐵塊和石塊則會下沉呢?
本節(jié)課,我們將一起學習物體在水中的浮沉條件。
1. 物體沉浮的原因 浸沒在液體中的物體,一般受到兩個力的作用:一個是豎直向下的重力G;另一個是豎直向上的浮力F浮。物體在液體中是上浮還是下沉,取決于二者之間的大小關系。
2. 物體沉浮條件及判斷
浸沒在液體中的實心物體,如果液體的密度大于物體的密度,物體將上浮。
浸沒在液體中的實心物體,如果液體的密度小于物體的密度,物體將下沉。
浸沒在液體中的實心物體,如果液體的密度等于物體的密度,物體將處于懸浮狀態(tài)。
【視頻欣賞:鹽水浮雞蛋】
3. 漂浮和懸浮的理解與區(qū)分
歸納總結:漂浮問題的“六規(guī)律”規(guī)律一:“二力平衡”,即物體漂浮在液體中,所受浮力大小等于它的重力。規(guī)律二:“浮力恒等”,即同一物體在不同液體里漂浮,所受浮力相同。規(guī)律三:“密大浸少”,即同一物體在不同液體里漂浮,在密度大的液體里浸入的體積小。規(guī)律四:“比例相等”,即漂浮物體浸入液體的體積是它總體積的幾分之幾,物體密度就是液體密度的幾分之幾。規(guī)律五:“加力增浮”,即將漂浮物體全部浸入液體里,需施加的豎直向下的外力等于液體對物體增加的浮力。規(guī)律六:“質量相等”,即排開液體的質量等于自身的質量(m排=m物)。
【例1】將重為4N,體積為6×10-4m3的物體投入一個裝有適量水的燒杯中,溢出200g水。當物體靜止時,下列判斷正確的是( ?。〢.物體漂浮,F(xiàn)浮=2NB.物體懸浮,F(xiàn)浮=6NC.物體漂浮,F(xiàn)浮=4ND.物體沉在水底,F(xiàn)浮=2N
1. 增大或減小浮力的方法
由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,浸在液體中的物體受到的浮力大小由液體密度和排開的液體的體積決定,故可以從改變液體密度和改變排開的液體體積兩方面改變浮力。(1)增大浮力的方法:增大液體的密度(在水中加鹽并攪拌,可以使沉底的雞蛋浮起來);增大物體排開液體(或氣體)的體積(如,飛艇、萬噸巨輪等)。
二、物體浮沉條件的應用
由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,浸在液體中的物體受到的浮力大小由液體密度和排開的液體的體積決定,故可以從改變液體密度和改變排開的液體體積兩方面改變浮力。(2)減小浮力的方法:減小液體的密度(如,可以采用加清水的方法減小鹽水的密度,使懸浮在鹽水中的雞蛋下沉);減小物體排開液體(或氣體)的體積(如,通過將輔助氣囊中的氣體放出,減小飛艇排開空氣的體積,使飛艇降落)。
人類從遠古時代就開始利用浮力了,最初可能是抱住或騎在一段樹干上順水漂流,這是人類最早的航行方式。后來人們發(fā)明了船它能承載更多的人和物。據(jù)記載,1405 年鄭和下西洋時乘坐的木船長約 147 m,是當時世界上最大的木船。
2. 浮力的應用實例——輪船
輪船是用鋼鐵制造的,鋼鐵的密度遠大于水,鋼鐵在水中是下沉的,但是用鋼鐵制成的輪船為什么能漂浮在海面上呢?
活動:想辦法讓橡皮泥漂浮在水面上,并讓橡皮泥承載“貨物”,比比哪個小組的小船裝得更多。
把橡皮泥捏成瓢狀放在水里,雖然它所受的重力沒有改變,但是排開的水較多,因而受到較大的浮力,所以能漂浮在水面上。輪船就是根據(jù)這個道理制造的。
輪船的排水量:輪船裝滿貨物時排開水的質量,等于輪船和貨物的總質量。
②輪船的排水量——表示輪船的大小
舷號17的國產(chǎn)第一艘航空母艦“山東艦”,滿載排水量為6.5萬噸。表示航空母艦滿載時,航空母艦的質量和全部其他艦載物體(例如艦載機、武器、彈藥、物資等等)的質量之和是6.5萬噸。
∵輪船漂浮, ∴浮力與輪船的總重力是一對平衡力: F浮=G物船根據(jù)阿基米德原理,浮力等于排開水的重力: F浮=G排水 所以輪船總的重力等于排開水的重力: G排水= G物船 m排水= m物船 即輪船的排開水量等于等于輪船和貨物的總質量
③推導:輪船的排開水量等于等于輪船和貨物的總質量。
【典例4】輪船是采用挖 的辦法使船漂浮在水面上。一油輪滿載時排水量為5500t的輪船在長江中航行,所受江水的浮力是 N,當它從長江駛向東海時,船身會 (選填“上浮些”、“下沉些”或“不變”)。
潛水艇能潛入水下航行,進行偵查和襲擊,隱蔽性強,是一種很重要的軍用艦艇。
因為潛水艇浸沒在水里時,排開水的體積不變,根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液gV排 可知,所受浮力基本不變,故潛水艇通過靠改變自身重力實現(xiàn)浮沉的目的。
2. 浮力的應用實例——潛水艇
若G>F浮,則下潛
若G<F浮,則上浮
視頻欣賞——《潛水艇的浮沉》
【典例5】如圖所示為潛水艇的示意圖,當潛水艇在水中下潛過程其所受浮力與重力的大小關系為:F浮 G(選填“>”、“<”或“=”),潛水艇所受浮力 ,海水壓強 。(均選填“變大”、“變小”或“不變”)。
【詳解】[1]潛水艇能夠上浮和下沉是通過改變自身重力來實現(xiàn)的;潛水艇在水中下潛過程中浮力小于重力。
升空原理:通過充入(或排出)密度小于空氣的氣體(氫氣、氦氣、熱空氣等),使其受到的浮力大于(或小于)自身的重力而升(或降)。
2. 浮力的應用實例——氣球和飛艇
①密度計是測量液體密度的儀器。
②構造:密度計是一根粗細不均勻的密封玻璃管,管的下部裝有少量密度較大的鉛丸。
③原理:密度計放在液體中都是漂浮的,因此受到的浮力始終等于它受到的重力,F(xiàn)浮=G,且不變。
密度計的刻度不均勻,數(shù)值是上小下大
根據(jù) F浮=ρ液gV排可知, F浮不變,把它放在密度比較大的液體里,它浸入液體的體積小,上浮一些;把它放在密度比較小的液體里,浸入液體的體積就大,下沉一些。所以密度計的刻度從下往上的示數(shù)是越來越小的。
2. 浮力的應用實例——密度計
F浮>G物(合力:豎直向上)、ρ液>ρ物
F浮
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