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考點18 浮沉條件的應用
1.理解用排水量法計算沉浮問題。 2.掌握浮力相關計算。 3.認識浮力在生活中的應用。
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。
【母題1】（真題來源：廣陽區校級開學）2020年11月10日，如圖所示中“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底， 坐底深度約，創造了中國載人深潛的新記錄。若忽略海水密度的變化，關于 “奮斗者”號潛水器下潛和上浮過程，下列說法正確的是　　 A．“奮斗者”號浸沒在海水中，下潛深度越深，它受到的浮力越大 B．“奮斗者”號浸沒在海水中，下潛深度增加，它受到海水的向上、向下壓力差不變 C．“奮斗者”號從浮出水面開始到靜止在海面過程中，它受到的浮力逐漸增大 D．“奮斗者”號在海面下懸停時受到的總重力等于它漂浮在海面時受到的總重力 【分析】（1）“奮斗者”號浸沒在海水中，潛水器在下潛過程中，體積不變，所處的深度變大，根據可知潛水器所受浮力的大小變化，根據浮力產生的原因判斷出它受到海水的向上、向下壓力差的變化； （2）“奮斗者”號從浮出水面開始到靜止在海面過程中，排開水的體積變小，根據可知它受到的浮力的變化； （3）“奮斗者”號在海面下懸停和漂浮在海面時，處于平衡狀態，受平衡力的作用，根據浮力的變化判斷出總重力的變化。 【解答】解：、“奮斗者”號潛水器在水面下下潛過程中，排開液體體積不變，液體密度不變，由知，受到水的浮力不變，根據浮力產生的原因可知，下潛的越深，潛水器上下表面受到海水的壓力差不變，故錯誤，正確； 、“奮斗者”號從浮出水面開始到靜止在海面過程中，排開水的體積變小，由知，受到水的浮力變小，故錯誤； 、“奮斗者”號在海面下懸停時處于平衡狀態，受平衡力的作用，“奮斗者”號受到的總重力等于它受到的浮力； 當“奮斗者”號在海面上漂浮時處于平衡狀態，受平衡力的作用，“奮斗者”號受到的總重力等于它受到的浮力，由于懸浮時排開水的體積大于漂浮時排開水的體積，由知懸浮時潛水器受到的浮力大于漂浮時受到的浮力，所以“奮斗者”號在海面下懸停時受到的總重力大于它漂浮在海面時受到的總重力，故錯誤。 故選：。
1．（真題來源：叢臺區校級開學）小明把一個吸管的一端封口并纏繞細鐵絲制作了一支簡易密度計，將自制密度計直立在水中漂浮，在水面所對的位置做一個標記。兩個相同的燒杯中盛有甲、乙兩種液體，將自制密度計分別放入甲、乙兩種液體中，靜止時如圖所示，且兩液面相平。下列說法正確的是　　
A．甲液體的密度比乙液體的密度大
B．密度計排開甲液體的質量大于排開乙液體的質量
C．密度計在甲液體中受到的浮力與在乙液體中受到的浮力相等
D．甲液體對燒杯底的壓強等于乙液體對燒杯底的壓強
【分析】（1）從圖可知，密度計放在甲、乙液體中都漂浮，受到的浮力都等于密度計受到的重力，從而可以判斷受到浮力的大小關系；根據阿基米德原理分析液體密度的大小和排開液體質量的關系；
（2）根據判定容器底部壓強的大小。
【解答】解：、同一支密度計放在甲、乙兩種液體中都漂浮，則，即浮力是相同的；由圖可知，密度計在乙液體中排開的液體的體積小，根據可知，乙液體的密度大，故錯誤，正確；
、由知同一支密度計放在甲、乙兩種液體中的浮力相同，由阿基米德原理知密度計排開甲液體的質量等于排開乙液體的質量，故錯誤；
、深度相同，由于乙液體的密度大，根據可知，乙杯中液體對容器底的壓強更大，故錯誤。
故選：。
2．（真題來源：叢臺區校級開學）在水平桌面上有一個盛有水的容器，木塊用細線系住浸沒在入水中，如圖甲所示。將細線剪斷，木塊最終漂浮在水面上且有的體積露出水面，如圖乙所示。下列說法正確的是　　
A．甲、乙兩圖中，水對容器底部的壓強大小相等
B．甲、乙兩圖中，木塊受到水的浮力之比是
C．甲圖中容器對水平桌面的壓力小于乙圖中容器對水平桌面的壓力
D．甲圖中細線對木塊的拉力與木塊受到的浮力之比是
【分析】（1）將細線剪斷，木塊最終漂浮在水面上，木塊排開水的體積變小，容器內水的深度變小，根據可知容器底部受到水的壓強變化，然后判斷甲、乙兩圖中水對容器底部的壓強關系；
（2）根據題意得出甲中和乙中木塊排開水的體積，根據阿基米德原理求出兩種情況下受到的浮力關系，物體漂浮時受到的浮力和自身的重力相等；
（3）將細線剪斷，木塊最終漂浮在水面上，容器和容器內水、木塊的重力不變，對桌面的壓力等于總重力；
（4）甲中繩子的拉力等于受到的浮力減去木塊的重力，然后求出甲圖中細線對木塊的拉力與木塊受到的浮力之比。
【解答】解：、將細線剪斷，木塊最終漂浮在水面上，木塊排開水的體積變小，容器內水的深度變小，由可知，甲中水對容器底部的壓強大于乙，故錯誤；
、設木塊的體積為，則甲中排開水的體積，乙中排開水的體積，則甲、乙兩圖中木塊受到水的浮力之比為，故錯誤；
、將細線剪斷，木塊最終漂浮在水面上，容器和容器內水、木塊的總重力不變，對桌面的壓力仍等于總重力，故甲圖中容器對水平桌面的壓力等于乙圖中容器對水平桌面的壓力，故錯誤；
、因木塊漂浮時受到的浮力和自身的重力相等，所以木塊的重力：，
圖甲中繩子的拉力：，
則甲圖中細線對木塊的拉力與木塊受到的浮力之比：
，故正確。
故選：。
3．（真題來源：定州市期末）周末，小麗幫媽媽洗菜做飯時發現，放在盆中的茄子浮在水面，而西紅柿沉在盆底，如圖甲和乙所示，她用所學的物理知識對此現象做出一些分析，正確的是　　
A．茄子受到的浮力大于它受到的重力
B．茄子的密度大于西紅柿的密度
C．放入西紅柿前后水對盆底的壓強不變
D．西紅柿排開水的重力小于自身的重力
【分析】（1）根據物體的漂浮條件判斷茄子受到的浮力與它受到的重力大小關系；
（2）根據物體的浮沉條件判斷茄子和西紅柿密度的大小；
（3）根據分析判斷放入茄子前后水對盆底的壓強的變化；
（4）根據物體的下沉條件和阿基米德原理分析判斷西紅柿排開水的重力與它受到的重力大小關系。
【解答】解：、由圖可知，茄子漂浮在水面，由物體的漂浮條件可知，茄子受到的浮力等于它受到的重力，故錯誤；
、由物體的浮沉條件可知，茄子漂浮在水面，茄子的密度比水的密度小，西紅柿沉在水底，西紅柿的密度大于水的密度，所以茄子的密度小于西紅柿的密度，故錯誤；
、放入茄子后，水面上升，水的深度增加，由可知，放入茄子后水對盆底的壓強增大，故錯誤；
、由阿基米德原理可知，西紅柿受到的浮力等于它排開水的重力，由圖可知，西紅柿沉在水底，由物體的下沉條件可知，西紅柿受到的浮力小于它受到的重力，因此西紅柿排開水的重力小于它自身的重力，故正確。
故選：。
【母題2】（真題來源：曲陽縣期末）善于觀察和思考是學好物理的基本方法，以下是某同學對幾種現象的分析和認識，其中表述錯誤的是　　 A．飛艇和飛機獲得升力的原理相同 B．氫氣球在空中上升過程中受氣壓影響體積會變大 C．熱氣球充的是加熱后體積膨脹的熱空氣 D．潛水艇工作時是通過改變自身重力的方式來實現浮沉的 【分析】（1）流體在流速大的地方壓強小、在流速小的地方壓強大；飛艇是利用浮力升空的； （2）大氣壓強與高度有關，它隨著高度的增加而減小； （3）熱氣球上升的原因是：球內空氣受熱膨脹，體積變大，據阿基米德原理，即，故氣球此時所受的浮力變大，當氣球受到的浮力大于氣球的重力時，熱氣球就能上升； （4）潛水艇通過改變自身重力，改變浮力與重力的關系，實現浮沉。 【解答】解：、飛機的機翼能獲得向上的升力，是應用了流體的流速越大、壓強越小的原理；飛艇升空利用的是物體的浮沉條件，故錯誤； 、在氫氣球上升的過程中，隨著高度的增加，周圍大氣壓強不斷減小，氫氣球內的氣壓比外面的氣壓大，于是氫氣球內氣體膨脹，體積變大，故正確； 、向球內充入受熱膨脹后的熱空氣，熱氣球體積變大，排開空氣的體積變大，則熱氣球受到的浮力大于氣球的重力時，熱氣球就能上升，故正確； 、潛水艇靠自身水艙的吸水和排水，來改變自身的重力，從而改變重力與浮力的大小關系，實現上浮和下沉的，故正確。 故選：。
1．（真題來源：裕華區校級期末）以下關于浮力的應用表述錯誤的是　　
A．輪船是采用空心的辦法增大排開水的體積從而增大浮力的
B．潛水艇工作時是通過改變自身重力的方式來實現浮沉的
C．飛艇和飛機獲得升力的原理相同
D．熱氣球里充的是密度小于空氣的氣體
【分析】（1）浮力中空心問題，知道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）流體在流速大的地方壓強小、在流速小的地方壓強大；飛艇是利用浮力升空的；
（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。熱氣球是靠改變球內的空氣密度來實現上浮和下沉的，知道物體密度小于氣體密度時，物體上浮。
【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，因此可以浮在水面上，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。
、飛機的機翼能獲得向上的升力，是應用了流速越大流體的壓強越小的原理；飛艇升空利用的是物體的浮沉條件，故錯誤；
、熱氣球是利用其在空氣中的浮力來工作的，只有當充的是密度小于空氣的氣體時，才可以升空，故正確。
故選：。
2．（真題來源：永年區校級月考）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
【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：。
3．（2019春 豐南區期末）如圖所示，中國遼寧號航空母艦是中國人民解放軍海軍的第一艘航空母艦，艦長、艦寬，滿載時排水量達。下列說法正確的是　　
A．它滿載時的排水體積是
B．當艦載機著艦后，航母受到的浮力不變
C．輪船靠改變自身體積來改變浮力
D．遼寧號航空母艦返航駛進淡水區后浮力變小
【分析】（1）知道航母滿載排水量（排開水的質量），利用阿基米德原理求該艦滿載時所受浮力；
（2）根據漂浮時浮力與重力相等進行分析。當艦載機著艦后，航空母艦的總重力增大，則浮力增大。
【解答】解：、該艦滿載時所受浮力：
；
由可得，
滿載時的排水體積，故正確；
、當艦載機著艦后，航空母艦的總重力增大；因為航空母艦仍然漂浮，浮力與重力相等，所以浮力變大。故錯誤；
、輪船靠改變自身重力來改變浮力，故錯誤；
、遼寧號航空母艦返航駛進淡水區后，仍然漂浮，浮力與重力相等，所以浮力不變，故錯誤。
故選：。

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