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1、1 问题 31. 物体的浮沉条件是什么？ 学生提问 把重 5 N、密度为 0.9 103 kgm3的实心物体投入水中。当物体静止时，物体 处于状态 ( 填“漂浮”、“悬浮”或“沉在水底”)，物体所受的浮力是 N，物体排开的水重是N。( 水的密度为 1.0 10 3 kgm3) 老师，要判断物体处于什么状态，得用到物体的浮沉条件。听说浮沉条件归 纳成了两种比较方法，您能告诉我吗？ 问题探究 物体的浮沉条件一：重力与浮力是否平衡（重要性：） 老师： 好的，其实这两种方法涉及到的物理知识和规律你都学过。你可要用 心归纳呀！ 学生： 是吗？那您说说看，我先学习第一种方法吧。 老师： 别急，你先想想，浸
2、没在水中的物体受到哪些力的作用？ 学生： 受到重力与浮力这两个力的作用，重力方向竖直向下，浮力的方向竖 直向上。 老师： 很好， 那你再想想，力与运动的关系是什么？物体在平衡力作用下运 动状态是否改变？ 学生： 我想想， 力是改变物体运动状态的原因。物体在平衡力作用下运动状 态不变 。 老师： 好，如果浸没在水中的物体静止在某处，是什么原因呢？ 学生：静止的话物体处于平衡状态，它受到的两个力应该是一对平衡力。哦！ 我明白了： 物体悬浮的条件是浮力与重力大小相等！即 GF浮 老师： 你真棒！那你能分析出物体由静止开始上浮和下沉的条件吗？ 学生： 嗯，我试试，物体由静止开始上浮，运动状态改变了，说
3、明重力与浮 力不平衡。是因为受到的合力方向与物体运动方向相同，竖直向上；合力方向与 较大的力方向一致，那应该是竖直向上的浮力大于竖直向下的重力。那物体上浮 的条件是浮力大于重力！即 GF浮 同样的道理，如果物体下沉，也是运动状态改变了，应该是竖直向下的重力 2 大于竖直向上的浮力。所以物体下沉的条件是浮力小于重力！即 GF浮 老师： 很好，你再想想，有些物体静止时总漂浮在液体表面上，这类物体漂 浮的条件是什么呢？ 学生： 我想想， 漂浮的物体应该处于平衡状态，那它受到的浮力与重力是一 对平衡力，大小相等。物体漂浮的条件也是浮力等于重力！即 GF浮 老师： 那是不是浮力等于重力，物体既可以悬浮、
4、又可以漂浮呢？ 学生： 我想想，不可以！因为悬浮时物体浸没了，而漂浮时物体仅有一部分 浸入液体中。这两个浮力不同，悬浮时的浮力是物体浸没时受到的；漂浮时的浮 力是物体没有浸没时受到的。 如果漂浮的物体浸没了，它受到的浮力会增大，这样浮力会大于重力，它不 能悬浮。 如果悬浮的物体有一部分露出液面，它受到的浮力会变小，这样浮力会小于 重力，它不能漂浮。 老师： 你分析得真精彩！令老师刮目相看！ 学生： 谢谢老师夸奖！ 不过通过计算浸没时的浮力与物重确定浮沉情况来解 答上面的题还是太麻烦！另一个方法简单吗？ 物体的浮沉条件二：液体密度与物体密度是否等大（重要性：） 老师：下面我们就来看第二种判断方法
5、，也可以说是物体的第二种浮沉条件。 你能否用物体的密度和体积来表示物重？用阿基米德原理表达式来表示浮力？ 学生： 能啊？ 物体的重力gVgmG 物物物物 物体受到的浮力 排液排排 gVGF 老师： 那你再想想，物体浸没后物体体积与排开液体的体积有何关系？ 学生： 晕，这个细节我没注意，浸没后 排物 VV呀！我明白了： 3 物体悬浮时 GF浮，即gVgV 物物排液 ，则 物液 ； 物体上浮时GF 浮 ，即gVgV 物物排液 ，则 物液 ； 物体下沉时 GF 浮 ，即gVgV 物物排液 ，则 物液 ； 根据液体密度与物体密度的大小关系，就能确定浮沉情况！上面的题目 我会做了！非常简单！ 老师： 你
6、归纳的很好！能否再从密度的角度得出物体漂浮的条件？ 学生： 物体漂浮时GF浮，即gVgV 物物排液 ， 但是 物排V V ， 所以 物液 学生笔记 物体的浮沉条件：如下表所示， 分为力大小的关系与密度的大小关系 物体位置物体浮沉情况浮力与物重关系 液体与物体密度关 系 一部分露 出液面 漂浮 GF浮 物液 浸没 （全部在 液体中） 上浮 GF浮 物液 悬浮GF浮 物液 下沉 GF浮 物液 要点训练 1. 小明和小华利用如图所示的实验器材，探究物体的浮沉条件，他们探究活 动的过程如下： 4 （1）探究蜡块的上浮条件 测量蜡块的重力 小明设计的方案：用弹簧测力计测出蜡块的重力。 小华设计的方案：用
7、天平测出蜡块的质量，求出重力。 你支持 ( 小明 / 小华 )的方案，理由是。 测量蜡块受到的浮力 小明在量筒中放入适量的水，把蜡块放在水中浮在水面时，测出蜡块排开水 的体积， 用阿基米德原理求出浮力。你认为上述操作用存在的问题是 。 通过比较蜡块的重力和受到的浮力，可知物体上浮的条件。 （2）探究蜡块下沉的条件 测量石块的重力 用弹簧测力计测出石块的重力 测量石块受到的浮力 小明利用量筒测出石块浸没水中排开水的体积，用阿基米德原理求出浮力； 小华依据另一种原理， 采用不同的方法也测出了石块受到的浮力，其方法是： 。 通过比较蜡块的重力和受到的浮力，可知物体下沉的条件。 答案： （1）小华；蜡
8、块的重力小于弹簧测力计的分度值无法直接精确测 量（或蜡块的重力小于弹簧测力计的分度值；或蜡块的质量太小等）蜡块没 有浸没在水中（或测得的是蜡块漂浮时的浮力） （2）将石块浸没水中时读出弹簧测力计的示数算出浮力（或用石块的重力 5 减去石块浸没水中时弹簧测力计的读数；或 FGF浮 等） 解析：（1）由于蜡块的质量100g 左右，其重力约0.1N，而弹簧测力计的 分度值是 0.2N，如果用弹簧测力计将无法精确测量；小明这样操作测出的是 蜡块漂浮时的浮力，而不是浸没后的浮力；（2）小华采用的方法就是“称重法” FGF浮 。 2. 为了探究物体的浮沉条件，实验室提供了如下器材：弹簧测力计、量筒、 烧杯
9、、金属块、木块、细线、水及其他简单辅助器材。 第一小组：探究金属块的下沉条件。实验中， 他们用两种方法测量了物体受 到的浮力： 方法 1：称重法。测量过程及示数如图甲所示，则金属块所受的浮力为N。 方法 2：阿基米德原理法。测量过程与示数如图乙所示，则排开水的体积为 mL ，根据 gVGF 排液排浮 可计算出浮力。 第二小组：探究木块上浮的条件。要测量木块浸没时的浮力，你准备选用上 述两方法中的方法（选填“1”或“ 2”），并简要说明操作中还应采取的 措施：。 答案： 0.2 210 5 2 用细针等使木块完全浸没（或选填1 用金 属块将木块坠入水中；其他方法只要合理均可） 解析：第一小组方法1：称重法用 FGF浮 算出；方法2：排开水的 6 体积是浸没后的总体积与水的体积之差； 第二小组：探究木块上浮的条件时如果用“称重法”，还要用金属块将木块 坠入水中；如果用“原理法”可用细针使木块完全浸没。