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物体的浮沉条件

比较 F浮 与 G;潜水艇与密度计原理(教材共性)

浮力(初中)阿基米德原理与物体的浮沉条件。

从这里开始

物体的浮沉条件

物体浮沉条件:比较 F浮 与 G(或 ρ物 与 ρ液)。漂浮与悬浮静止时都有 F浮=G,但浸入体积与密度关系不同。可切换潜水艇压载,联系轮船、密度计等应用。

速记:F浮?G · 漂浮静止仍 F浮=G · 潜水艇改重力。

关键公式

  • 浸没:F浮 ? G → 上浮 / 悬浮 / 下沉
  • 实心:ρ物 ? ρ液
  • 漂浮或悬浮静止时 F浮 = G

操作提示

  1. 先读本页「相关知识」思维导图与浮沉条件各节。
  2. 调节 ρ物、ρ液,重新投放,对照力箭头与状态。
  3. 切换潜水艇,改变压载水量,观察平均密度与上浮下潜。

接着学

相关知识

按「浮沉条件 → 密度比较 → 漂浮与悬浮 → 应用」精读;边读边投放物块或切换潜水艇压载,比较 F浮 与 G。

思维导图

1. 浮沉条件(受力分析)

浸没在液体中的物体同时受到竖直向下的重力 G 和竖直向上的浮力 F浮。比较二者大小,可判断运动趋势。

  • F浮>G:物体上浮,最终漂浮;漂浮稳定后仍有 F浮′=G。
  • F浮=G:物体可以悬浮在液体中任何深度。
  • F浮<G:物体下沉,最终沉底;沉底后 F浮 + F支 = G。
  • Fb ? G用浮力与重力的大小关系判断上浮、悬浮或下沉。

2. 密度比较法(实心物体)

实心物体完全浸没时 V排 = V物,由 F浮 = ρ液 g V、G = ρ物 g V 可得:比较密度即可判断浮沉。

  • ρ物<ρ液:上浮 → 漂浮。
  • ρ物=ρ液:悬浮。
  • ρ物>ρ液:下沉。
  • 空心物体(轮船):用密度更大的材料也可靠增大体积增大 V排,从而漂浮。

3. 漂浮与悬浮的异同

  • 相同点:静止时都有 F浮=G。
  • 漂浮:物体部分露出液面,V排<V物,ρ物<ρ液;常见于液体表面。
  • 悬浮:物体完全浸没,V排=V物,ρ物=ρ液;可停留在液体内部任意深度。
  • 易错:不要以为漂浮时 F浮>G——那是上浮过程;稳定漂浮时已重新平衡为 F浮=G。

4. 潜水艇原理

潜水艇靠改变自身重力(平均密度)实现上浮和下潜:向水舱充水使总重增大而下潜;排水使总重减小而上浮。浸没后浮力几乎不变(V排≈V物),改变的是重力。

  1. 本实验切换到「潜水艇」模式,拖动压载水量。
  2. 观察平均密度相对 ρ液 的变化,以及上浮 / 下潜。

5. 浮力的应用

  • 轮船:空心法增大排开水的体积,从而增大浮力。从河里驶入海里,总重不变则浮力不变,海水密度更大,排开体积变小(上浮一些)。
  • 气球和飞艇:充入密度小于空气的气体(氢、氦、热空气),利用空气浮力升空。
  • 密度计:漂浮时 F浮=G;液体密度越大,同样重力下需要的 V排 越小,露出越多。刻度常「上小下大、上疏下密」。
  • 盐水选种:饱满种子密度大下沉,干瘪种子密度小上浮。

应用

  • 判断物体漂浮、悬浮或下沉,指导救生衣与浮标设计。
  • 选矿、盐水浮蛋等现象用密度关系解释浮沉。

常见问题

漂浮时浮力大于重力吗?

上浮过程中 F浮>G;稳定漂浮后重新平衡,仍有 F浮=G(此时 V排<V物)。

潜水艇怎样下潜?

向水舱充水增大自身重力(平均密度);浸没后浮力几乎不变,重力变大则下潜。

漂浮时浮力与重力什么关系?

漂浮或悬浮时 F浮 = G;下沉过程中若 F浮 < G 会继续下沉。

空心铁船为什么能浮?

平均密度小于水,排开足够体积使浮力等于总重。

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