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專題18浮沉條件的應用
一、物體的浮沉條件
判斷物體浮沉的條件：通常情況下，判斷物體的浮沉有兩種方法：一是根據力的關系來判斷，即根據浮力和重力的大小關系，結合浮沉條件來判斷；二是根據物體密度與液體密度的關系來判斷。
判斷方法 比較F浮和G物 比較ρ液和ρ物
上浮 F浮>G物 ρ液>ρ物
懸浮 F浮=G物 ρ液=ρ物
下沉 F浮注意：總有同學認為“上浮的物體受到的浮力大，下沉的物體受到的浮力小”，這種說法是不正確的。事實上物體的沉浮決定于物體受到的浮力和物體重力的大小關系，而不是只決定于物體受到的浮力大小。大石塊受到的浮力再大，只要還小于自身的重力，就不會上浮；小木塊受到的浮力再小，只要還大于自身的重力，就不會下沉。
懸浮與漂浮有相似之處，也有重要區別。相似之處是：物體都處于平衡狀態，各自所受重力和浮力是大小相等的一對平衡力。重要區別是：（1）它們在液體中的位置不同，懸浮是物體可以靜止在液體內部任一地方，而漂浮則是物體靜止在液體表面上；（2）處于懸浮狀態的物體，其密度與液體密度相等，處于漂浮狀態的物體，其密度小于液體的密度，其體積大于物體排開液體的體積。
二、浮力的應用
（1）輪船是采用空心的方法來增大浮力的。輪船的排水量：輪船滿載時排開水的質量。輪船從河里駛入海里，由于水的密度變大，輪船浸入水的體積會變小，所以會上浮一些，但是受到的浮力不變（始終等于輪船所受的重力）。
（2）潛水艇是靠改變自身的重力來實現上浮或下潛。
（3）氣球和飛艇是靠充入密度小于空氣的氣體來實現升空的；靠改變自身體積的大小來改變浮力的。
（4）密度計是漂浮在液面上來工作的，它的刻度是“上小下大”。
注意：輪船在不同的水中（如江水、海水）都處在漂浮狀態所受浮力相等；潛艇靠改變自身重力實現浮與沉，在沒有露出水面之前潛水艇受到的浮力不變。氣球升空時氣球里充密度小于空氣的氣體。
計算浮力的基本思路 1．仔細審題，注意抓住隱含條件的關鍵詞，如浸入、浸沒、裝滿、未裝滿、溢出、未溢出、漂浮、懸浮、上浮、下沉等。 2．確定研究物體，并對物體進行受力分析(重力、浮力、拉力或壓力等)。 3．在受力分析的基礎上，列出關系式，比如物體在液體中漂浮或懸浮時F浮＝G物；用線吊在液體中時：F浮＝G－G示；被強制壓(按)入液體中時，F浮＝G＋F(F為壓力或拉力)，若有幾個物體連接在一起，可以將它們視為一個整體進行研究。 4．把阿基米德原理公式或密度、重力的計算公式代入關系式，代入已知量解出未知量，這種思維方式不僅對較難題適用，對解較容易的浮力題也適用。
考點1 物體的沉浮條件
【例1】（2023 曲阜市一模）如圖所示的是我國自主研發的極目一號Ⅲ型浮空艇，從青藏高原海拔的中科院珠峰站附近升空，順利升至，超過珠峰高度，創造了浮空艇大氣科學觀測世界紀錄。該浮空艇通過一條纜繩與地面的錨泊設備連接，利用所受的浮力和纜繩的拉力控制可實現升空和駐空。忽略浮空艇體積的變化，在其勻速直線上升過程中，下列說法正確的是　　
A．浮空艇周圍的大氣壓變大 B．浮空艇受非平衡力的作用
C．浮空艇所受浮力大小不變 D．艇內氣體密度比空氣的小
【答案】
【分析】（1）大氣壓隨高度增加而減小；
（2）受力的物體如果處于靜止或勻速直線運動狀態時，一定受平衡力作用。
（3）根據分析浮空艇受到的浮力情況；
（4）浸在液體（或氣體）中的物體都受到液體（或氣體）對它施加的豎直向上的浮力，當物體受到的浮力大于重力或者物體密度小于液體（或氣體）密度時，物體上浮。
【解答】解：、海拔越高、氣壓越低，浮空艇上升過程中周圍的大氣壓越來越小，故錯誤；
、浮空艇在勻速直線上升過程中，處于平衡狀態，受到平衡力的作用，故錯誤；
、海拔越高，空氣的密度越小，浮空艇排開空氣的體積不變，根據可知浮空艇上升過程中受到的浮力越來越小，故錯誤；
、物體密度小于液體（或氣體）密度時，物體上浮，故艇內氣體密度比空氣的小，故正確。
故選：。
1．（2023春 安溪縣期末）兩個相同的容器分別盛放密度為、的甲、乙兩種液體。將同一密度計分別放在甲、乙兩種液體中，靜止時所處的位置如圖。將密度計從液體中取出后，容器底部所受液體壓強的變化量為△、△，則　　
A．，△△ B．，△△
C．，△△ D．，△△
【答案】
【分析】同一密度計的重力不變，密度計在不同液體中都處于漂浮狀態，根據漂浮條件可知密度計在兩種液體中所受浮力的關系；由圖可知密度計排開兩種液體的體積關系，根據可知甲、乙兩種液體的密度關系；
因容器為柱形容器，且原來密度計在液體中都處于漂浮狀態，則將密度計取出后，容器底部所受液體壓力的變化量都等于密度計的重力，可知液體壓力減小量的關系，兩容器的底面積相同，由△可知△與△的大小關系。
【解答】解：同一密度計的重力不變，密度計在不同液體中都處于漂浮狀態，由漂浮條件可知，密度計受到的浮力都等于自身的重力，則密度計在兩種液體中所受浮力相同；由圖可知，密度計排開甲液體的體積大于排開乙液體的體積，根據可知甲、乙液兩種液體的密度關系為，故錯誤；
因容器為柱形容器，且原來密度計在液體中都處于漂浮狀態，則將密度計取出后，容器底部所受液體壓力的變化量都等于密度計的重力，則減小的壓力△相等，又因為兩容器的底面積，則由△可知容器底部所受液體壓強的變化量△△，故正確，錯誤。
故選：。
2．（2023春 安溪縣期末）一個裝有水的圓柱形容器（底面積為，不計容器壁厚度）放在水平桌面上，往容器中放入用細線相連，邊長均為的正方體物體和，二者靜止后的狀態如圖甲所示，此時物體露出水面高度為。剪斷細線后，二者靜止后的狀態如圖乙，此時物體露出水面高度為。則　　
A．物體的重為
B．剪斷細線后水面下降
C．物體的密度為
D．圖甲中細線對物體的拉力為
【答案】
【分析】（1）圖乙中物體處于漂浮狀態，且物體露出水面的高度為，根據可求出物體排開水的體積，根據求出物體受到水的浮力，根據物體的漂浮條件可知物體的重力；
（2）先求出剪斷繩子后的減小量，根據求出水面下降的高度；
（3）圖甲中，把正方體物體和看成一個整體，整體漂浮在水面上，根據題意和公式可求出和排開水的總體積，利用根據阿基米德原理求出和受到的浮力之和，根據漂浮條件可知和的總重力，據此求出的重力，根據可求出物體的質量，根據可求出物體的密度；
（4）圖甲中，根據題意求出排開水的體積，根據阿基米德原理求出此時受到的浮力大小；對物體進行受力分析，根據力的平衡條件求出細線對物體的拉力。
【解答】解：、圖乙中物體處于漂浮狀態，且物體露出水面的高度為，
此時物體排開水的體積：，
此時物體受到的浮力：，
根據物體的漂浮條件可知，物體的重力，故錯誤；
、由題意可知，剪斷細線后，物體排開水的體積減小量：△△；
根據可知，水面下降的高度：△，故錯誤；
、圖甲中，把正方體物體和看成一個整體，整體漂浮在水面上，此時物體露出水面高度為，
和排開水的總體積：，
和受到的浮力之和：，
和整體漂浮在水面上，根據物體的漂浮條件可知，和的總重力；
則物體的重力：，
根據可知，物體的質量：，
物體的密度：，故錯誤；
、圖甲中物體露出水面高度為，物體排開水的體積：，
此時受到的浮力：，
此時物體受到豎直向上的浮力、豎直向下的重力和細線對的拉力作用，且物體處于平衡狀態，
則繩子對的拉力：，故正確。
故選：。
3．（2023 襄陽）把一個材質均勻的正方體，分別投入、、三種液體中，靜止后的狀態如圖所示，下列說法正確的是　　
A．在液體中正方體受到浮力最大
B．三種液體中液體密度最接近正方體的密度
C．三種液體中的密度最大
D．正方體的密度大于三種液體中的任意一種
【答案】
【分析】物體在液體中漂浮或懸浮時，受到的浮力等于自身的重力；根據阿基米德原理分析液體密度的大小關系。
【解答】解：、根據圖示可知，正方體在、、三種液體中都處于漂浮狀態，受到的浮力都等于自身的重力，所以正方體在三種液體中受到的浮力是相同的，故錯誤；
、由圖中可以看出，物體排開液體的體積最小的是在中，其次是、；因為所受浮力相等，根據公式可知，排開液體的體積越大，這種液體的密度越小，所以液體密度最小的是，其次是，液體密度最大的是；正方體漂浮，正方體的密度小于液體的密度，所以三種液體中液體密度最接近正方體的密度，故正確、錯誤。
故選：。
考點2 浮力的應用
【例2】（2023春 宜昌期末）下列關于浮力應用說法中錯誤的是　　
A．輪船采用“空心”的辦法，能排開更多的水，增大浮力，從而能夠漂在水面上
B．潛水艇是通過改變自身重力來實現浮沉的
C．輪船的“排水量”表示的是按設計的要求裝滿貨物時排開水的體積
D．氣球和飛艇里充入比空氣密度小的氣體，從而可以自動升上高空
【答案】
【分析】（1）浮力中空心問題，將物體做成中空的可以通過增大排開液體的體積增大浮力；
（2）潛水艇靠通過改變自身的重力來實現上浮和下沉；
（3）輪船的排水量指輪船按設計要求裝滿貨物（即滿載）時排開水的質量；
（4）氣球和飛艇是靠改變球內氣體的密度來實現升空的，球內氣體密度小于空氣密度時，物體上升。
【解答】解：．輪船用密度大于水的材料制成，通過制成空心的，增大排開水的體積，所以受到的浮力變大，因此能夠漂在水面上，故正確；
．潛水艇浸沒在水中時，排開水的體積不變，受到的浮力不變，為了實現上浮和下沉，是通過改變自身的重力來實現的，故正確；
．輪船的排水量指輪船按設計要求裝滿貨物（即滿載）時排開水的質量，故錯誤；
．氣球和飛艇是利用其在空氣中的浮力來升空的，只有當所充氣體的密度小于空氣的密度時，才可以升空，故正確。
故選：。
1．（2023 臨澧縣模擬）如圖所示，為避免壓壞反射面板，在維修“中國天眼”時，用一個直徑固定的氦氣球將維修工人吊起，利用氦氣球浮力抵消維修工人自身的大部分體重，減少對反射面板的壓力，甚至形成“零重力”，下列對維修過程描述正確的是　　
A．“零重力”是指維修工人所受重力為零
B．“零重力”時浮力與總重力大小相等
C．上升時維修工人和球所受的浮力變大
D．下降時維修工人和球排開氣體所受重力變小
【答案】
【分析】（1）（2）地面附近的物體都受到重力的作用，據此根據物體的浮沉條件分析得出浮力與總重力的關系；
（3）根據阿基米德原理分析維修工人和球受到的浮力、排開氣體所受重力的大小變化。
【解答】解：
、把氣球和維修工人看作是一個整體，整體處于懸浮狀態，受到的浮力等于總重力，形成“零重力”，其所受重力不變，故錯誤、正確；
、用一個直徑固定的氦氣球將維修工人吊起，則維修工人和球排開空氣的體積不變，根據可知，無論上升還是下降，維修工人和球所受的浮力大小不變，則球排開氣體所受重力不變，故錯誤。
故選：。
2．（2023春 渝中區校級期中）中國人自古就有“上天入海”的夢想，隨著國家科技的飛速發展，這些夢想正在一步步變為現實。對于如圖所示的“國之重器”的分析，其中正確的是　　
A．甲圖，飛艇中充入氣體的密度小于空氣的密度
B．乙圖，093型核潛艇在浮出水面過程中，受到的浮力變大
C．丙圖，客機升空時，機翼上方空氣的流速大，壓強大
D．丁圖，“山東號”航母上的艦載機起飛后，航母受到的浮力不變
【答案】
【分析】（1）在體積相同時，物體的密度越小，其質量越小，據此做出判斷；
（2）根據可判斷浮力的變化；
（3）流體流速越大的位置，壓強越小；
（4）漂浮物體的浮力等于自身的重力。
【解答】解：、甲圖，飛艇中充入氣體的密度小于空氣的密度，這樣可使飛艇受到的浮力大于自身重力而升空，故正確；
、乙圖，093型核潛艇在浮出水面過程中，根據可知，變小，所以受到的浮力變小，故錯誤；
、丙圖，客機升空時，機翼上方空氣的流速大、壓強小，故錯誤；
、丁圖，“山東號”航母上的艦載機起飛后，航母的總重力減小，受到的浮力變小，故錯誤。
故選：。
3．（2023春 浦城縣期中）孔明燈俗稱許愿燈，放孔明燈是我國的一種民俗文化。如圖所示，孔明燈在點燃后加速上升的過程中，忽略其質量的變化，則　　
A．孔明燈離手后加速上升，慣性也增加
B．孔明燈能升空，是受到空氣的浮力
C．孔明燈上升速度越來越大，說明慣性大于重力
D．孔明燈離手后加速上升，是因為受到慣性力的作用
【答案】
【分析】我們把物體保持運動狀態不變的屬性叫做慣性，慣性代表了物體運動狀態改變的難易程度，慣性的大小只與物體的質量有關。
孔明燈上升速度越來越大，是因為浮力大于重力；重力是由于地球的吸引而使物體受到的力。
【解答】解：．因為慣性是物體本身具有的性質，與速度無關。孔明燈離手后加速上升，速度變化，慣性不變化，故不正確；
．孔明燈在點燃后，氣體膨脹，內部氣體的密度變小，重力小于浮力，所以孔明燈能升空，是因為受到空氣的浮力，故正確；
．孔明燈上升速度越來越大，是因為浮力大于重力，故不正確；
．慣性是物體本身具有的性質，不是力，故不正確。
故選：。

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