浮力的应用教学文案.doc

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浮力的应用
目标认知
学习目标
　　1．知道物体浮沉条件，知道浮力的利用。
　　2．通过观察分析，了解轮船是怎样浮在水面上的，通过收集、交流关于浮力应用的资料，
　　了解浮力应用的社会价值。

学习重点
　　物体的浮沉条件，轮船的漂浮原理。

学习难点
　　浮沉条件的应用。

知识要点梳理
知识点一　 物体的浮沉条件
　　1．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。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。
　　当时，合力方向向上　 上浮
　　当时，合力为零　　　 悬浮
　　当时，合力方向向下　 下沉
　　2．对于实心的物体，由，，浸没时，所以当时， 物体上浮；当时，， 物体悬浮；当，　 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
运动状态
条件
物液密度关系
与的关系
浮
上浮
在液体中向上运动
向上运动

漂浮
浮在液面上
静止在液面上

悬
悬浮
停留在液体中任何深度的地方
静止在液体中

沉
下沉
在液体中向下运动
向下运动

沉底
停留在容器底部
静止在容器底部

　　1、为探究物体的浮沉和有关因素的关系，小刚将一个鲜鸡蛋先放入一个装有大半杯清水的玻璃杯中，鸡蛋沉入杯底，然后向杯中逐渐加盐，在此过程中，下列分析正确的是(　 )
　　A．鸡蛋所受浮力不变　　　　 B．鸡蛋所受重力变大
　　C．杯底所受的压强不变　　　 D．鸡蛋可能会慢慢上浮

　　解析：在向杯中加盐的过程中，杯中液体的密度不断变大，由浮力公式知，鸡蛋所受的浮力不断变大，当浮力大于重力时，鸡蛋就会慢慢上浮，由液体内部压强公式知，杯底所受的压强也会不断变大，鸡蛋所受的重力与液体的密度无关，故重力不变。
　　答案：D

知识点二　 浮沉条件的应用
　　1．轮船
　　①轮船是采用“空心”法来增大体积从而增大浮力，使它浮于水面的，它们受到的浮力等于船的总重。
　　②轮船浮力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验浮沉的，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”。

规律方法指导
　　1．基本概念：轮船的排水量，轮船满载时排开水的质量。
　　2．基本规律：
　　①物体的浮沉条件：
　　②物体漂浮特点：
　　3．基本原理：
　　①轮船的漂浮原理：利用浮沉条件，将钢铁做成空心的，增大浮力。
　　②潜水艇的浮沉原理：通过改变自重来实现上浮下沉。
　　③气球和飞艇的升空和落地原理靠改变自身体积，从而改变浮力来实现升空和落地。

经典例题透析
一、基础例题
　　1、把重5N、体积为的物体投入水中。若不计水的阻力、当物体静止时，下列说法中正确的是
　　A．物体漂浮　　　　　B．物体漂浮
　　C．物体悬浮　　　　　D．物体沉底

　　解析：
　　把物体投入水中，浸没时所受浮力为，物体的重力，，物体沉底，受到的浮力为4N。
　　答案：（D）
　　总结升华：比较物重和浮力大小，确定运动状态，关键是先假设。

　　举一反三
　　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

　　解析：物体浸没在水中，排开液体的体积不变，当向水中添加物质时，液体密度变化，加盐时液体密度变大，由知变大。当时，鸡蛋上浮。而加水、酒精、食用油都使液体密度变小，浮力变小，，不会浮起来。
　　答案：（A）

　　2、在远洋轮船的船舷上都漆着五条“吃水线”又称“载重线”，如图所示，其中标有W的是北大西洋载重线，标有S的是印度洋载重线。当船从北大西洋驶向印度洋时，轮船受到的浮力变化以及北大西洋与印度洋的海水密度和的关系有（　 ）
　　A．浮力增大
　　B．浮力减小
　　C．浮力不变
　　D．浮力不变

　　解析：轮船在北大西洋和印度洋中均漂浮在水面上，满足，轮船重力不变，从北大西洋驶向印度洋所受浮力相等。由图可知，北大西洋载重线W在印度洋载重S下方，即轮船在北大西洋中排开水的体积小于在印度洋中排开水的体积。由公式，，得。
　　答案：（C）
　　总结升华：解此题关键是从选项中知需要比较船在两种液体中浮力和密度大小。两种情况都漂浮，都等于船重，故浮力不变。根据知，大的小，，故。

　　举一反三
　　一艘5000t的货轮从我国东海驶入长江的南京港，该货轮受到的浮力________(选填“变大”“变小”或“不变”)，货轮在水面以上的高度将___________。(选填“增加”“减小”或“不变)

　　解析：货轮在东海和长江都是漂浮的，它受到的浮力都等于货轮的重力，所以货轮受到浮力也不变，但由于，根据知，在长江中的较大，所以在水面以上的高度将减小。
　　答案：（不变，减小，）

　　3、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、气球能搭载物体的最大质量为125kg 空气密度为，问：
　　①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？
　　②气球的球壳和所配重物的质量为多少千克？

　　解析：
　　①拉住气球的所用的力为：

　　②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

　　总结升华：解此题的关键是受力分析，受到向上的力是浮力，受到所有受下的力，平衡时都等于浮力。

　　举一反三
　　某人用一根绳子系住水中的一个物体，试图将这个物体打捞出水，若物体的密度为，体积为，g取10N/kg，
　　求：①要将物体提出水面，所用的绳子至少应能承受多大的拉力。
　　②在从水中向上提升物体的过程中，绳子承受的最小拉力是多大？

　　解析：
　　①将物体提出水面，所用的绳子承受的拉力T至少应等于物体的重力

　　②在从水中向上提升物体的过程中，物体受到三个力作用即重力G、拉力T和浮力F，
　　。
　　答案：①300N 　　②200N

二、综合型例题
　　4、①如图甲所示，一体积为的实心物体A悬挂在弹簧测力计下，弹簧测力计的读数为2.8N，物体A的密度为___________(g取10N/kg)，当把物体完全浸没在某种液体中时，弹簧测力计的读数变为1.8N(如图乙所示)物体在这种液体中受到的浮力是_________N。

　　②现有水银，水，酒精，把物体A(不改变形状)分别放入上述三种液体中(三种液体足够)A会在其中的________ 处于漂浮状态。
　　③右图是水、水银、酒精的质量——体积图像，其中_________是水银质量——体积图像。(选项“a”“b”“c”)

　　解析：
　　①A的密度，
　　。
　　②不改变A的形状时，它的密度也不会改变，而水银的密度比它大，其他液体密度都比它小，故只能在水银中处于漂浮状态。
　　③由公式知，图像中的a应为水银的质量—体积图像。
　　答案：①　 1.0　 ②水银　　 ③
　　总结升华：这是“称重法”测浮力的典型例题，浮力等于物体的重力减去弹簧测力计的拉力。在分析图像时，根据可知体积相同时，有，质量大的密度也大，从而确定哪条是密度大的液体图像。

　　举一反三
　　一个空心球，空心部分体积为整个体积的一半，它漂浮在水面上，有一半体积露出水面，若将空心部分注满水，放入水中再静止时将（水足够深）（　 ）
　　A．漂浮　 B．悬浮　 C．沉底　 D．无法确定

　　解析：当空心球漂浮在水面上时，，此时，故；当空心部分注满水时，球的重力等于空心球的重力和水的重力之和，，则注满水的总重力为，即此时球的密度与水的密度相同，所以球将悬浮在水中。
　　答案：（B）

　　5、（2011苏州）如图所示是“探究同一物体所受的浮力大小与哪些因素有关”的实验过程图。

　　实验中保持物体处于静止状态，图甲和图乙中物体露出液面的体积相等，弹簧测力计测得的拉力大小的关系是：F1＜F2，F2＞F3＝Ｆ4.则：
　　(1)由图甲和图乙的探究可以得出的结论是：_______________；
　　(2)由图乙和图丙的探究可以得出的结论是：_______________；
　　(3)由图丙和图丁的探究可以得出的结论是：_______________。

　　解析：（1）物体排开液体的体积相等时，所受浮力大小与液体密度有关；液体密度大，浮力也大
　　（2）物体浸在同一种（密度相同的）液体中时，所受浮力大小与物体排开液体的体积有关；排开液体的体积大，浮力也大
　　（3）物体浸没在液体中时，所受浮力的大小与深度无关
　　总结升华：此题主要从表中获得信息，概括总结出规律。

成果测评
基础达标
　　一、填空题
　　1．元宵节是我国的传统节日，这一天小华全家团聚，煮汤圆以示庆祝，小华在帮妈妈煮汤圆时发现，生汤圆放入锅中由于浮力___________重力而下沉，在煮的过程中，汤圆受热膨胀，浮力_________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，致使浮力_______重力而上浮。

　　2．潜水员在水下工作时，要靠身上背的氧气瓶给自己供氧，开始时他感到氧气瓶“拉着”他下沉，过一段时间后感到氧气瓶“托着”他上浮，开始时氧气瓶能“拉着”潜水员下沉的原因是________。

　　3．水面上漂浮着一个物体且物体的体积露出水面，则此物体的密度为________。

　　4．（2011江西）刚倒入玻璃杯中的雪碧会产生很多小气泡。此时，将一些葡萄干加入杯中，有些葡萄干会沉入杯底，这些葡萄干表面因吸附足够的小气泡，受到的浮力________________重力，从而上浮；上浮到液面后，由于小气泡破裂，导致它们受到的浮力________________重力，于是又沉入杯底。

　　二、选择题
　　5．小梅帮妈妈做饭时，把一个质量为100g的土豆放进盛满水的盆里，有90g的水溢出，则(　 )
　　A．土豆会浮在水面上　　　　　 B．土豆会沉入盆底
　　C．土豆会悬浮在水中　　　　　 D．不能据此判断出土豆的浮沉

　　6．如图所示，是高空中的一只热气球，以下有关它的说法正确的是(　 )
　　A．为使静止的热气球下降，必须继续给热气球中的空气加热
　　B．为使静止的热气球下降，只需把热气球上的物体抛掉一部分
　　C．热气球正在匀速下降，假如有一物体从热球上掉下来，热气球将立即上升
　　D．热气球正在匀速下降，假如有物体从热气球上掉下，热气球将先下降后上升

　　7．游泳潜入海底观光，在水面下不断下潜的过程中受到的浮力和压强的变化情况是(　 )
　　A．浮力逐渐变大　　　　　 B．浮力逐渐变小
　　C．压强逐渐变大　　　　　 D．压强逐渐变小

基础达标答案与解析
　　1．
　　答案：小于　 增大　 大于
　　解析：汤圆下沉说明浮力小于重力，汤圆受热膨胀体积变大，排开液体的体积变大，浮力变大，当浮力大于重力时上浮。

　　2．
　　答案：氧气瓶受到的重力大于受到水的浮力
　　解析：开始时氧气瓶受到的重力大于受到水的浮力，氧气瓶在水中下沉，随着氧气的逐渐使用减小，氧气瓶的重力减小，当重力小于浮力时，氧气瓶托着潜水员上浮。

　　3．
　　答案：
　　解析：物体漂浮在水面上，

　　　即

　　4．
　　答案：大于　 小于
　　解析：葡萄干表面因吸附足够的小气泡，排开水的体积增大，当浮力大于重力时上浮；上浮到液面后，由于小气泡破裂，导致排开水的体积减小，当浮力小于重力时会沉入杯底。

　　5．
　　答案：B
　　解析：根据阿基米德原理知，
　　而，
　　，故下沉。

　　6．
　　答案：D
　　解析：热气球的升降靠改变气球内气体的多少来完成升降，充气时气球上升，放气气球下降。热气球匀速下降，假如有一物体从热气球上掉下，热气球由于惯性先向下运动，由于浮力大于重力，速度减小至零然后上升。

　　7．
　　答案：C
　　解析：下潜过程中，排开水的体积不变，受到的浮力不变，随着深度增加受到水的压强增大。

能力提高与综合测试
　　1．甲、乙两实心球放在同一种液体中，静止后甲球有的体积露出液面，乙球有的体积露出液面，则甲乙两球的密度之比是____________。

　　2．一个小池塘中，停着一只载着石块的船，如果把船上的石块全部投入水中，水面的高度得(　 )
　　A．上升　 B．下降　 C．不变　 D．无法判断

　　3．在盛有水的杯子里放一块冰，如果冰全部熔化则液面(　 )
　　A．上升　　　 B．下降
　　C．不变　　　 D．无法确定

　　4.（2011年杭州市）如右图所示，一船在某水域作业时，将装满金属工具的大铁箱用绳子悬放入水。第一次放，因水太深，铁箱没触碰到水底，此时船的吃 水线在A处。换个地方第二次再放，铁箱才接触到水底。下列说法正确的是;
　　A．铁箱在船上时，船的吃水线在A处下方
　　B．铁箱接触到水底时，船的吃水线仍在A处
　　C．铁箱接触到水底时，船的吃水线在A处之下
　　D．铁箱接触到水底时，船的吃水线在A处之上

　　5．物理老师给每个学生发了一段相同的金属丝，要求课下用涂蜡的圆柱形松木棍一端缠绕上金属丝自制一支能够测量盐水密度的“密度计”，第二节课同学们拿出了自己的作品，小芳的密度计如图甲所示，小丽的如图乙所示。请你判断用哪只“密度计”测量时会更精确？并简述理由。

　　6．如图所示是“物体的浮沉条件”一节课的实验，小芳很受启发，她认为用这种方法可粗略测出牙膏皮的密度，请你借鉴图中实验方法，再增加一种实验器材，粗测牙膏皮的密度。要求写出
实验
把铝质废牙膏皮底部剪掉，卷成一团，照图甲那样放入水中，它能浮在水面上吗？照图乙那样，使它成为空心筒状放入水中，它能浮在水面上吗？

　　①增加实验器材名称；
　　②实验步骤；
　　③所测密度表达式。

　　7．小晨同学注意到新闻经常报道国际原油价格涨到多少美元一桶，又报道我国进口1吨原油提高了多少元，他不知道原油的单位“桶”和质量常用单位“吨”之间有什么关系，他设法获取原油样品若干，将密度为，体积为的木块放入原油中木块浮在油面上，有的体积露出油面，求：
　　①木块受到的浮力，
　　②若每桶原油的体积为，1吨原油等于多少桶？(g取10N/kg)

能力提高与综合测试答案及解析
　　1．
　　答案：6：5
　　解析：由物体的浮沉条件知，可得
　　，，而　 ，
　　故，　 则。

　　2．
　　答案：B
　　解析：石块在船上时，漂浮
　　石块在水中时，
　　，
　　即，
　　故 ，　 水面下降。

　　3．
　　答案：C
　　解析：当把冰放入水中，由于，所以冰漂浮在水面上，，，
　　， 则，。
　　即冰排开水的体积等于冰熔化成水的体积，故液面不变。

　　4．答案：C
　　解析：对船和铁箱进行受力分析知，第一次船所受浮力等于船重加绳子的拉力，第二次船所受的拉力等于船重（铁箱接触到水底后绳子拉力为零），第二次所受浮力小，排开水的体积也小，故铁箱接触到水底时，船的吃水线在A处之下，C正确。

　　5.答案：小丽的会精确。因为在该题限定的情况下，当横戴面积S越小时，相同刻度间距离越大。
　　解析：密度计是利用物体漂浮的特点测量液体密度的，密度计自身重力一定，在不同液体中所受浮力相同，液体的密度越大，物体浸入液体中的体积越小。在该题限定的情况下，两只密度计浸入同种液体中，在所受浮力相同的情况下，排开液体的体积相等，乙密度计更细，刻度间的距离较大。

　　6．
　　解析：
　　①量筒(或烧杯与刻度尺)
　　②1)将适量的水倒入量筒(或烧杯)中，记下牙膏皮未入时，水面所对的刻度值(或水面高度)；
　　2)将牙膏皮制成空心筒状，放在量筒(或烧杯)的水面上，使之漂浮，测出水面所对的刻度值
　　(或水面高度)；
　　3)将牙膏皮卷成一团浸没在水中，测出水面所对的刻度值(或水面高度)。
　　③(或)

　　7．
　　答案：0.6N　 6.67桶
　　解析：
　　1. 木块受到的浮力
　　由于木块漂浮在油面上，。
　　2．由，
　　，
　　一桶油的质量，
　　。

探究园地
　　1、把橡皮泥、蜡烛、木块、加盖的小玻璃瓶、鸡蛋和若干大头针浸没在水中，上浮的物体有：加盖的小玻璃瓶___________；若要使小玻璃瓶沉到水底，你的做法是____________；若要使沉在水底的鸡蛋上浮，你的做法是___________，通过探究可以知道：要控制物体的浮与沉，可以通过改变物体所受的重力和__________来实现。

　　解析：根据物体的浮现条件可知，当物体的密度小于液体的密度时，物体在液体中上浮，故在水中上浮的物体有蜡烛、木块、加盖的小玻璃瓶，要使小玻璃瓶沉到水底，则必须使小玻璃瓶所受到的重力大于它所受到的浮力，故可往小瓶里装水，要使鸡蛋上浮，因鸡蛋受到的重力一定，可通过改变浮力来实现，如往水里加盐等。
　　答案：蜡烛，木块　 往小瓶里装水　 往水里加盐　 浮力

　　2．小明想探究“物体受到的浮力与其形状是否有关”他找来薄铁片，烧杯和水进行实验，实验步骤如下：
　　步骤一：将铁片放入盛水的烧杯中，铁片下沉至杯底，
　　步骤二：将铁片弯成“碗状”再放入水中，它漂浮在水面上。
　　①通过分析可知，第一次铁片受到的浮力________第二次铁片受到的浮力。(选填“大于”、“等于”或“小于”)
　　②小明得出：物体受到的浮力与其形状有关，小明得出错误结论的原因是他只关注了铁片________的改变，忽视了________对浮力大小的影响。

　　解析：第一次铁片排开水的体积小，第二次排开水的体积大，故第一次浮力小于第二次浮力，小明的分析注意到物体形状变化而没继续分析形状变化引起排开水体积变化，这才是引起浮力变化的原因。
　　答案：①小于　 ②形状　 排开水的体积

　　3．某课外小组在研究马铃薯在水中的浮沉情况时，通过往水中加盐，终于使马铃薯漂浮在水面上。由于时间关系，当时他们没有及时收拾实验器材，几天后他们来收拾时，惊奇地发现原来浮在水面的马铃薯又都沉到容器底部，如图所示，他们决定对这现象进行研究。对此现象，他们提出了以下几种猜想：

　　猜想1、可能由于水的蒸发，盐水的密度变大，导致马铃薯下沉；
　　猜想2、可能是马铃薯在盐水中浸泡几天后质量变大，导致马铃薯下沉。
　　猜想3、可能是马铃薯在盐水中浸泡几天后体积变小，导致马铃薯下沉。
　　经过一番讨论，他们马上否定了猜想1，你认为他们否定的理由是____________。接着他们就猜想2和猜想3进行如下的实验操作：①取三块马铃薯，编上A、B、C号，分别测出其质量和体积；②配制一大杯盐水；③将这三块马铃薯放在盐水中使其漂浮。几天后发现马铃薯都沉在容器底部，将其捞出擦干，分别测出其质量和体积。
　　实验数据记录如下表所示
马铃薯的编号
质量（g）
体积(cm3)
放入盐水前
在盐水中下沉后
放入盐水前
在盐水中下沉后
A
44.8
39.2
40
33
B
56.1
48.8
50
41
C
77.3
67.9
69
57
　　　　 　　请分析上述实验数据后回答，猜想2是_______(填“正确”或“错误”)的；你认为导致马铃薯下沉的原因是_____。

　　解析：盐水密度变大，马铃薯排开盐水的体积会变小，马铃薯仍漂浮在液面上，错误；马铃薯的密度增大，大于盐水的密度导致马铃薯下沉。
　　表中数据显示马铃薯在盐水中下沉后质量减小,显然猜想2是错误的,以编号A的马铃薯为例,放入盐水前的密度为,而在盐水中下沉后的密度为,马铃薯的密度变大了，可以得出结论，是由于马铃薯密度变大，大于盐水密度使其下沉的。
　　答案：盐水密度变大，马铃薯排开盐水的体积会变小，马铃薯仍漂浮在液面上。
　　错误
　　马铃薯密度变大，大于盐水密度使其下沉的。

只供学习与交流