浮力
第2节 物体的浮沉条件及应用
【知识梳理】
一、物体的浮沉条件
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F浮。而物体的运动状态取决于受力情况，物体的浮沉就取决于它所受的浮力与重力的关系。 1．当F浮>G时，合力方向竖直向上 上浮 当F浮=G时，合力为零 悬浮 当F浮 2．对于实心的物体，由F浮=ρ液gV排，G = mg =ρ物gV物，浸没时V排=V物，所以当ρ液>ρ物 时， F浮>G 物体上浮；当ρ液= ρ物时， F浮=G， 物体悬浮；当ρ液<ρ物，F浮 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(F浮=G)。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V排< V物；悬浮时，物体的体积等于排开液体的体积V排=V物。 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 V排与V物的关系 浮 上浮 漂浮 悬 悬浮 下沉 沉 沉底 在液体中向上运动 浮在液面上 停留在液体中任何深度的地方 在液体中向下运动 停留在容器底部 向上运动 静止在液面上 静止在液体中 向下运动 静止在容器底部 F浮>G物 F浮=G物 F浮=G物 F浮 二、物体浮沉条件的应用 从浮力利用的角度看，采用“空心”的办法可以增加可利用的浮力。即使现代化的轮船，也采用的是这种古老的办法。 1．轮船 ①轮船浮于水面，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现浮沉的，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。 【诊断自测】 1. 气球和飞艇都是利用充入密度比空气 的气体来实现升空的。 2. 潜水艇是靠 来改变它的浮沉情况的。在潜水艇的两侧装有水舱，通过 来实现它的浮沉。 3. 历史悠久的龙岩沉缸酒，因其在酿造过程中，酒醅经“三浮三沉”，最后酒渣沉落缸底而得此名。若把酒醅看成一个物体，酒醅在酒液中漂浮不动时，所受的浮力 其重力；当酒渣沉于缸底时，其密度 酒液密度。（填“大于”、“等于”或“小于”） 4. 一个0.05kg的鸡蛋悬浮在一杯盐水中不动时，它受到的浮力是 N，当向杯中加盐时，鸡蛋将 （选填“上浮”“悬浮”或“下沉”）。（g取10N/kg）。 5. 死海是著名的咸水湖，当人完全浸入海水中时，人受到的浮力 人受到的重力，所以人就会向上浮起；当人漂浮在海面上时，人受到的浮力 人受到的重力。（以上均选填“大于”“等于”或“小于”） 6. 当一艘轮船从东海驶入长江时，它所受的浮力 等于 （填“大于”、“小于”或“等于”），所受浮力的方向是 。 【考点突破】 类型一：浮力的本质 例1同一只鸡蛋先后放入甲、乙两杯不同浓度的盐水中，鸡蛋在甲杯中处于悬浮状态，在乙杯中处于漂浮状态，可以肯定的是 ( ) A. 甲杯盐水密度比乙杯盐水密度小 B. 甲杯盐水密度比乙杯盐水密度大 C. 甲杯中的鸡蛋受到的浮力比乙杯中的鸡蛋受到的浮力小 D. 甲杯中的鸡蛋受到的浮力比乙杯中的鸡蛋受到的浮力大 <答案>C <解析>由于鸡蛋在甲杯中处于悬浮状态，故鸡蛋受到的浮力等于鸡蛋的重力，鸡蛋的密度等于甲杯盐水的密度；鸡蛋在乙杯中处于漂浮状态，故鸡蛋受到的浮力等于鸡蛋的重力，鸡蛋的密度小于乙杯盐水的密度。综上可知，甲杯盐水密度比乙杯盐水密度小，甲杯中鸡蛋受到的浮力和乙杯中鸡蛋受到的浮力一样大。故选A. 类型二：阿基米德原理 例2如图所示，把一小球先后放入盛有不同液体的甲、乙两个容器中，在甲容器中小球漂 浮在液面上，在乙容器中小球加速下沉到容器底部.已知：小球在甲容器中受到的浮力为F1，小球在乙容器中受到的浮力为F2，甲容器中的液体密度为ρ1，乙容器中的液体密度为ρ2，则下列判断正确的是 ( ) A. F1 > F2B. F1 < F2C. ρ1>ρ2D. ρ1<ρ2 <答案>AC <解析>由图可知，小球在甲、乙两杯中分别处于悬浮和下沉状态，因为物体漂浮或悬浮时，受到的浮力和自身的重力相等，下沉时受到的浮力小于自身的重力，所以 F1>F2 ,故A 正确，B 错误； 因为 ρ1>ρ球 时小球漂浮， ρ2<ρ球 时小球下沉，所以乙杯中液体的密度大于甲杯中液体的密度，所以 ρ1>ρ2，故 C正确，D 错误。故选：AC. 类型三：综合应用 例3如图所示烧杯中盛有水，将一块冰放入水中，冰漂浮在水面，此时水面恰好与杯子口相平．则在冰块熔化的过程中 ( ) A. 将有水从烧杯中溢出 C. 烧杯中的水面会下降 <答案>D B. 水面先下降后上升 D. 水面始终与杯子口相平 <解析>由于冰漂浮于水面上，则 F浮=G冰， 即：ρ水gV排=G冰，﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣① 又因冰熔化成水后，其质量不变，重力不变，G水=G冰， 即：ρ水gV水=G冰，﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣② 由①②可得：ρ水gV排=ρ水gV水， 所以，V排=V水， 即：冰熔化为水的体积等于冰排开水的体积． 所以，不会有水从烧杯中溢出，杯中水面也不会下降，始终与杯子口相平． 【易错精选】 1. 如图所示，一铅块用细线挂在一个充气的小气球下面，把它放入水中某处恰好处于静止状态，如果往池中缓慢注入一些水，则铅块及气球 ( ) A. 仍能静止 C. 向上运动 B. 向下运动 D. 静止、向上或向下运动都有可能 2. 质量相同的两个实心物体甲和乙，体积之比V甲：V乙=2:3，将它们轻轻放入水中，静止时所受的浮力之比F甲：F乙=8：9，ρ水=1×103kg/m3，下列说法正确的是 ( ) A. 甲，乙两物体都漂浮在水面上 B. 甲物体漂浮在水面上，乙物体浸没于水中 C. 乙物体的密度ρ乙=0.75×103kg/m3 D. 乙物体的密度ρ乙=0.85×103kg/m3 3. 如图所示，将一薄塑料瓶瓶底剪去，用瓶盖将瓶口密封，倒入适量的水，使其竖直漂浮在水面上，测出内外水面高度差h1，再将木块放入瓶内，测出内外水面高度差h2。已知瓶身圆柱横截面面积为s，忽略瓶和瓶盖的体积，则下列说法中错误的是： ( ) A. m瓶=ρ水sh B. h2 > h1 C. 图B中，若在瓶内继续加入部分水（塑料瓶仍漂浮），h2不变 D. 图B中，若取出木块，放入实心铁球（塑料瓶仍漂浮），h2变大 【精华提炼】 【本节训练】 训练【1】 如图所示，把一个苹果放入浓盐水中，苹果处于漂浮状态。如果把水面以上的部分切去，则余下的部分 ( ) A. 沉入水底B. 仍然漂浮C. 刚好悬浮D. 无法判断 训练【2】 分别用木头、铜、铁制成甲乙丙三个小球，将它们放入水中，三个小球静止时位置如图所示，以下判断正确的是（ρ木头<ρ水<ρ铁<ρ铜） ( ) A. 甲小球一定是空心的 B. 乙小球一定是空心的 C. 丙小球一定是空心的 D. 三个小球都是实心的 训练【3】 如图所示，三个完全相同的容器内装有适量的水后，在乙容器内放入木块漂浮在水面上，丙容器内放一个小球悬浮在水中，此时，甲、乙、丙三个容器内水面高度相同，下列说法正确的是 ( ) A. 三个容器中，水对容器底的压强相等 B. 三个容器中，水对容器底的压力不相等 C. 如果向乙容器中加入盐水，木块受到的浮力变大 D. 如果向丙容器中加入酒精，小球将上浮 训练【4】 在两个完全相同的容器中分别盛有A、B两种不同的液体，将甲、乙两个体积相同且密度分别为ρ甲和ρ乙的小球分別放入两容器中，当两球静止时，液面相平。且甲球有一半体积浸入A液休中，乙球全部浸入B液体中.如图所示。此时A、B两种液体对容器底压强的