第3節

物體的浮沉條件及應用教學目標1.能描述物體的浮沉條件，并運用其說明生產生活中的有關現象，發展運動

與相互作用的觀念。2.在得出物體浮沉條件的過程中，根據同一直線上二力合成的規則和力與運

動的關系進行演繹推理，發展推理論證的能力。3.設計實驗改變物體的浮沉狀態，發展科學探究的素養及使用科學證據的意

識。4.運用物體的浮沉條件解釋和解決生產生活中的一些現象和實際問題，了解

我國古代和現代利用浮沉條件的科技成就，感受物理學對人類生活和社會發

展的影響，激發學習科學的興趣和探究的熱情，培養民族自豪感與使命感。這是為什么?由靜止釋放的物體如何運動，取決于它所受力的合力。要分析浸沒在液體中的物體向哪個方向運動，需要分析它所受力的合力的方向。問題浸沒在液體中的物體都會受到浮力的作用但是有的物體上浮

有的物體下沉

有的物體還會懸浮在液體中物體的浮沉條件浸沒在液體中的物體受到兩個力：豎直向下的重力和豎直向上的浮力。根據物體所受浮力與重力大小關系的不同，由靜止釋放的物體，其浮沉存在三種情況。當浮力F浮大于重力G時(右圖)二力的合力方向向上物體由靜止開始上浮當浮力F

等于重力G

時(右圖)子二力的合力為0物體保持懸浮狀態當浮力F子小于重力G時(右圖)二力的合力方向向下物體由靜止開始下沉當F浮>G物時，ρ

液排g

>ρ

物

物g,

ρ

液

ρ

物，物體上浮當F浮=G物時，

ρ

液V排g=ρ

物

物g,

ρ

液=

ρ

物，物體懸浮當F浮<G

物時，ρ

液V排g<ρ

物

物g,ρ

液

ρ

物，物體下沉因此物體的浮沉情況也可以用物體的密度跟液體密度的大小關系來判斷當

ρ

液>ρ物時，

物體上浮當

ρ

液=

ρ

物時，物體懸浮當

ρ

液<ρ

物時，物體下沉由于浸沒在液體中的物體排開液體的體積跟物體自身的體積相等F浮=G排=

p

液排g

G物=

P

物

物g人們正是根據這個道理，在用鹽水選種時，清除掉漂浮的不飽滿的種子，保留下沉的飽滿種子。想想做做如右圖所示，將新鮮的雞蛋分別

浸沒在盛有水和鹽水的容器中，觀察

雞蛋在容器中的位置。浸沒在液體中的物體由靜止釋放如果它的密度小于液體的密度，物體將上浮如果它的密度等于液體的密度，物體懸浮如果它的密度大于液體的密度，物體將下沉物3同一個雞蛋，都讓它先浸沒在液體中，為什么最后

會出現漂浮、懸浮、沉底三種不同的結果呢?雞蛋最終漂浮，說明液體(濃鹽水)的密度

大于雞蛋的密度；浮力的應用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雞蛋最終懸浮，說明液體(較濃的濃鹽水)的密度等于雞蛋的密度；雞蛋最終沉底，說明液體(清水)的密度

小于雞蛋的密度。輪船是用鋼鐵制造的，鋼鐵的密度遠大于水，怎樣用沉重的鋼鐵制成可以承載很多貨物的船呢?想想做做橡皮泥的密度比水大，它在水中會下沉后來人們發明了船，它能承載更多的人和物。據記載，1405年鄭和下西洋時乘坐的木船長約為147

m,

是

當時世界上最大的木船(右圖)。輪船根據阿基米德原理，怎樣把橡皮泥做成一條小船，使它能漂浮在水面，并能承載重物(右圖)?橡皮泥漂浮，說明浮力F浮

等

于重力G,說明橡皮泥漂浮時受到的浮力F浮

大于橡皮泥沉底時受到的浮力F浮

也就是說，同一塊橡皮泥捏成瓢狀放在水面上漂浮時受到的浮力大于

橡皮泥沉底時受到的浮力它排開的水的體積變化嗎?橡皮泥漂浮，說明浮力F浮等

于重力G,P液排g=P

物物gP液排=

P

物物而橡皮泥的密度ρ物

大于水的密度ρ液所以，橡皮泥漂浮時排開水的體積

大

于橡皮泥的體積V物把橡皮泥捏成瓢狀放在水面它所受的重力沒有改變它受到的浮力變化嗎?橡皮泥下沉，說明浮力F浮小

于重力G所以，橡皮泥漂浮時排開水的體積V排大

于橡皮泥的體積V物M橡皮泥沉底時V排=

V物所以，橡皮泥漂浮時排開水的體積V排

大

于橡皮泥沉底時排開水的體積V排也就是說，同一塊橡皮泥捏成瓢狀放在水面上漂浮時受到的浮力

大于橡皮泥沉底時受到的浮力，排開水的體積大

于橡皮泥沉底時排開水的體積。一個密度大于液體密度的物體，如果做成瓢、盆、碗這樣空心的形狀，雖然它所受的重力沒有改變，但是它排開的液體的體積會變大，因而受到浮

力也變大，才能漂浮在液面上。輪船就是根據這個道理制造的輪船的大小通常用排水量來表示排水量就是輪船裝滿貨物時排開水的質量例如，我國首艘航空母艦遼寧艦(右上圖)的排水量約為6萬噸，表示遼寧艦滿載時，艦載機和艦身的質量之和約為6萬噸。向水艙充水時，潛水艇變重，逐漸潛入水中。當水艙充水后潛水艇所受的重力等于浮力時，它可以懸浮在水中。當用壓縮空氣將水艙里的水排出一

部分時，潛水艇變輕，從而上浮。實際航行時，上浮和下潛的過程中潛水艇要開動推進器加快上浮和下潛的速度。潛水艇潛水艇能潛入水下航行它的艇身內有水艙(右圖)氣球和飛艇如果氣球里充的是密度小于空氣的氣體，那么氣球就可以飄在空中。例如，節日放飛的氣球、攜帶氣象儀器的高空探測氣球，充的是氦氣；體育、娛樂活動用的熱氣球，充的是被燃燒器加熱而體積膨脹的熱空氣(右圖)。為了能定向航行，人們還制成了飛艇：在大氣囊下面裝了帶螺旋槳的發動機和載人、裝貨的吊籃。

20世紀20-30年代，飛艇曾盛極一時，用來進行軍事偵察、轟炸敵方目標或作為空中交通工具。后來連續發生了幾次氣囊中氫氣爆炸的事故，飛艇

的飛行速度又不及飛機，飛艇便逐漸被飛機取代。近年來由于能源危機，且

可以用不會爆炸的氦氣代替氫氣，人們對造價低廉、消耗燃料少、裝載量大

的飛艇又重新重視起來(如圖)。密度計右圖是一種密度計，它可以漂浮在不同液體中測量液體的密度，在釀酒、

石油、化工以及農業選種等方面有廣泛

應

用

。這種密度計通常中間有一個體積較大的玻璃泡。密度計下方裝著金屬顆粒

作為配重，使密度計漂浮時能保持豎直

姿態。密度計上方為細玻璃管，它的內

部標有刻度，測量時可以根據液面所處

的位置直接讀出液體的密度值。密度計上

0i911下小結浮沉條件物體的浮沉條件及應用應用從力的關系的角度從密度關系的角度輪船潛水艇氣球和飛艇密度計P

液>

P

物，P

液

P物，P

液

P

物，F

浮

>

G

物，F浮

=

G物，F

浮<G物，上浮懸浮下沉上浮懸浮下沉1.一個木塊的體積為200cm3,

密度為0.8x103kg/m3。

把它浸沒在水中

后由靜止釋放，這個木塊為什么不能懸浮在水中?木塊最終漂浮在水面上

時，浸在水中的體積是多少?木塊浸沒在水中時排=V木木塊所受的浮力F浮=

P水V排9木塊所受的重力G木=m

木9

=P木V木9=P木排9因為p

水>P木1

所以F浮>G

木因此，木塊會上浮，最終漂浮在水面。漂浮時，由二力平衡條件可知F'浮=G

木=m

木g=P

木Vg,

所以木塊浸在水中

的體V浸=練習與應用另

一

種

解

法因為木塊的密度小于水的密度，所以它浸沒在水中不會懸浮，而會上浮，最終漂浮在水面。由二力平衡條件可知F浮=G

木=m

木9又由阿基米德原理可知F浮=G

排=m

排9所以木塊漂浮時，

m

排=m

木=P木

木木塊浸在水中的體積木塊浸在水中的體積2.排水量為1000t的輪船在河水中航行，滿載時船及所裝貨物總共有多重?所受河水的浮力是多少?如果河水的密度為1×103kg/m3,

船排開河水的體

積是多少?g取10N/kg。因為輪船漂浮，由二力平衡條件可知F浮=G

船貨=m船貨9又根據阿基米德原理有F浮=G

排=m

排9所以F:浮=G

船貨=G

排=m

排9

=

1x10°kg

x10

N/kg

=1x10'NF浮=G排=m排9=P水排9船及貨物總重1x10?N;

所受浮力大小為1×10?N;船排開河水的體積大小為

1x103m。3.體積為120cm3

、

重1.8N的一塊固體，在密度為1.1×103kg/m3的鹽水中為

什么會下沉?當這塊固體浸沒在鹽水中靜止時，容器底部對它的支持力是多

少?g取10N/kg。浸沒時V排=V物所受的浮力F浮=G排=m

排9=P水排9=P水物9=1.1×103kg/m3×120×10??m3×10N/kg=1.32N這塊固體所受重力G=1.8N因為浸沒時，F浮<G物

所以該固體在鹽水中下沉。沉在鹽水底部時，固體受到豎直向下的重力，豎直向上的浮力和支持力，所以F支=G物-F浮=1.8N-1.32N=0.48N。第一問的另一種解法因為這個固體的密度大于鹽水的密度，所以浸沒時這個固體會在鹽水中下沉。這塊固體的體積V物T=120cm3=1.2×10??m3這塊固體的質量這塊固體的密度4.一個飛艇充入氣體后的質量是1.5t,

體積為1500

m3

。

當飛艇懸浮在空中時，它裝了多少貨物?空氣的密度取1.29

kg/m3。g

取10

N/kg。因為飛艇懸浮，由二力平衡條件可知F浮=G飛+G貨=(m飛+m貨)9根據阿基米德原理有F浮=G排=m

排9=P氣V排9所以有(m飛+m

貨)9=p氣V排9可得，m飛+m

貨=P氣V排又可得m貨=P氣排-m飛=1.29

kg/m3×1500m3-1.5×103kg=435kg5.如右圖所示的自制簡易密度計是把吸管的下端密閉并纏繞一段銅絲做