细品教材

同学们，你知道怀丙捞牛的故事吗？
1066年，在我国宋朝的河中府这个地方，怀丙叫人招来两艘大船，拴在一起，装满泥沙，并在两艘船上搭上结实的木架去捞沉入水中重几万斤重的铁牛．当大船驶到大铁牛上方的水面后，让人下水将铁牛用很粗的绳索拴牢，一切安排妥当后，怀丙招呼大家把船上的泥沙卸下，泥沙一点点减少，船一点点向上浮升，船身升高，两端绑了大船和铁牛的绳索也拉着铁牛一点点地往上提，最后终于把几万斤的铁牛从淤泥里拔了出来．
几万斤重的铁牛为什么会被打捞上来？物体的浮沉条件有许多应用，本节将向你一一展示！
一、物体的浮沉条件★★★★
问题探究
1．潜水艇在水中能够自由自在上浮、下潜或水平航行，这是为什么呢？
2．铁块放入水中后，能够下沉到水底，而用钢铁制成的轮船却能够漂浮在水面上，这又是为什么？
探究分析
我们知道力是改变物体运动状态的原因，物体浸在液体中运动状态的改变也应和它的受力情况有关，而物体浸在液体中只受到重力和浮力的作用，通过分析重力和浮力的合力可找到原因．

(1)当浸没在液体里的物体受到的浮力大于重力时，即，则物体就上浮，如图甲．
(2)当物体受到的浮力小于重力时，即，物体就下沉，直到接触容器底部，如图乙．
(3)当物体所受合力为零时，其运动状态不发生改变，物体将保持静止状态(漂浮或悬浮)或匀速直线运动状态(在液体中匀速上升或匀速下降)；若静止在液面下任何位置，则有F_浮＝G，称为物体悬浮，如图丙．
(4)当图甲中物体上浮后，露出水面，最终就成为漂浮，由于此时排液体积变小，重力也与浮力平衡，所以漂浮时，也有F_浮＝G，如图丁．
规律总结
浸在液体中的物体，只受重力和浮力时，其浮沉条件为：
上浮：F_浮＞G
漂浮：F_浮＝G
悬浮：F_浮＝G
下沉：F_浮＜G
状元笔记
利用浮力的关键是调节重力与浮力的关系，若保持浮力不变，可改变自身重力；若重力不变，可改变排开液体或气体的体积．
规律说明
1．物体浸没在液体中时，所受浮力是最大值，当时，物体在重力和浮力的共同作用下，合力的方向是竖直向上的，物体在这个合力作用下，在液体中向上运动——上浮，随着物体的不断上升，最终物体将有一部分体积露出液面，物体受浮力也就随之减小，一直减小到F_浮＝G_物时，物体受浮力与重力合力为零，就不再上浮，物体的上浮运动就此结束．而处于平衡状态，即漂浮在液面上．
2．物体浸没在液体中，当时，物体所受到的浮力与重力合力方向是竖直向下的，物体在这个合力的作用下向下做加速运动——下沉，直到容器底部对物体产生一定的支持力为止，这时物体在重力、浮力、支持力的作用下处于平衡状态，下沉运动就此结束．由此可知，下沉运动是由不平衡演变为平衡状态的过程，个别情况下，也可能出现物体的下表面与容器底密合，这时物体的下表面不可能再受到液体向上的压强，因而浮力为零，物体只受重力、压力和支持力的作用处于平衡状态，物体好像被容器底牢牢地“吸住”一样，如在河床上砸木桩，木桩的下表面则不受液体的压强．
3．悬浮：首先悬浮的物体是浸没状态，同时它可以停留在液面下任何位置，随时都能保持F_浮＝G_物的平衡状态．
4．悬浮和漂浮有相似之处，也有重要区别．相似之处是：物体都处于平衡状态，各自所受重力G和浮力F_浮的大小相等是一对平衡力．重要区别是：a.它们在液体中的位置不同，悬浮是物体可以静止在液体内部任一地方，而漂浮则是物体静止在液体表面上；b.处于悬浮状态的物体，其密度与液体密度相等，其体积等于物体排开液体的体积，处于漂浮状态的物体，其密度小于液体的密度，其体积大于物体排开液体的体积．
示例：(2007·太原)一个0.05 kg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10 N/kg)
解析：由于鸡蛋悬浮在盐水中，根据悬浮条件可知，鸡蛋所受的浮力与其重力相等，即F_浮＝G＝0.05kg×10 N/kg＝0.5 N，当向水中加盐时，盐水的密度增大，鸡蛋排开的水的重力增大，浮力增大，大于鸡蛋的重力，故鸡蛋会上浮，直至漂浮在水面上．
答案：0.5　上浮
二、物体浮沉条件的应用★★★
根据物体的浮沉条件可知，物体在液体中的浮与沉取决于浮力和重力的大小关系．这样就给了我们一个思路，要改变物体的浮沉情况，就应该从物体受到的浮力和重力两个方面入手．
(1)轮船
工作原理：空心法，即把密度比水大的钢材制成空心的能使它排开更多的水，增大可利用的浮力，从而漂浮在水面上．这是浮沉条件的应用．同一艘轮船，不论在海里航行，还是在河里航行，F_浮均等于G，所以F_浮不变，由阿基米德原理和F_浮＝ρ_液gV_排，由于不同海水或河水的密度不同，所以V_排不同，ρ_液大则V_排小，ρ_液小则V_排大．因此轮船在海水里比在河水里浸入的体积小．
轮船的大小通常用排水量表示，排水量即轮船满载货物时排开水的质量．如果将上述质量转换成重力也就是船满载后受到水的浮力(即船受到的最大浮力)．
排水量＝船自身质量＋满载时货物的质量，即m_排＝m_船＋m_货．
(2)潜水艇
工作原理：是靠充放水来改变自身的重力来实现上浮和下潜的．当时，潜水艇上浮，当水箱中充水时，自身重力增大，增大到F_浮＝G时，可悬浮于某一位置航行；水箱中再充水，至时，则潜水艇下潜．
(3)气球和飞艇
气球和飞艇就是利用空气浮力升空的．热气球的升降是一个比较复杂的过程，与热气球体积及热气球内部气体的密度变化有关，当热气球的大气袋中充满空气(忽略体积变化)，用喷嘴加热气球中的空气，热气球内部气体的温度升高，密度减小，当热气球内部气体的密度比其外部气体的密度小到一定程度时，热气球便上升．
(4)密度计
用途：它是用来测定液体密度的仪器；
构造：它是一根上部标有刻度、形状特殊的玻璃管，管下部的玻璃泡内封装入小铅丸或汞(如下图所示)；

原理：它是根据漂浮时的受力平衡及阿基米德原理制成的，密度计在任何液体里都呈漂浮状态，所受浮力大小不变，都等于它的重力．根据浮力公式F_浮＝ρ_液gV_排，液体密度较大的时候，密度计露出部分多，反之就少，所以密度计上的刻度数是上面较小而下面较大，密度计上的数值表示待测液体密度是水密度的倍数．如“1.8”表示该液体密度是1.8×10³kg/m³.
示例：一艘远洋轮船装上货物后，发现船身下沉了一些，则它受到的浮力________ (填“变大”“变小”或“不变”)．当船由内河驶入大海后，船受到的浮力________ (填“变大”“变小”或“不变”)，船身相对于水面将________(填“上浮”“下沉”或“不变”)．
解析：轮船装上货物后，重力增大，发现船身下沉一些，说明排水的体积增大，受到的浮力也变大，重力仍然等于浮力，轮船浮在水面上；当轮船由内河驶入大海后，重力不变，因为轮船仍然浮在水面上，说明重力仍然等于浮力，即轮船受到的浮力保持不变；但由于海水的密度大于河水的密度，由阿基米德原理，F_浮＝ρ_液gV_排，船的排水体积应变小，所以船身相对于水面将上浮．
答案：变大　　不变　　上浮

梳理整合
本节主要学习了物体的浮沉条件及浮沉条件的应用，如轮船、潜水艇、气球和飞艇等，同时涉及了测量液体密度的工具——密度计，通过学习我们知道决定物体浮沉条件的是物体所受到的重力与浮力的大小关系，并且我们可以通过调节物体的重力或物体所受的浮力改变物体的浮沉状态．

 
思维感悟
1. 物体的浮沉可归纳总结如下：

2．浮力大小的计算方法：
浮力的大小一般有以下几种计算方法：
(1)压力差法(浮力产生的原因)：F_浮＝F_向上－F_向下
(2)称重法：F_浮＝G－F_示
(3)公式法(阿基米德原理)：F_浮＝G_排＝m_排g＝ρ_液gV_排
(4)平衡法(物体漂浮或悬浮条件)：F_浮＝G
在解决有关浮力问题时，要熟练运用这几种方法，看用哪种方法求浮力更简便，有时还要注意这几种方法的综合应用．