文档内容
10.3 物体的浮沉条件及应用 （导学案）
【学习目标】
1. 能描述物体的浮沉条件，并运用其说明生产生活中的有关现象，发展运动与相互作用的观念。
2. 在得出物体浮沉条件的过程中，根据同一直线上二力合成的规则和力与运动的关系进行演绎推理，
发展推理论证的能力。
3. 设计实验改变物体的浮沉状态，发展科学探究的素养及使用科学证据的意识。
4. 运用物体的浮沉条件解释和解决生产生活中的一些现象和实际问题，了解我国古代和现代利用浮沉
条件的科技成就，感受物理学对人类生活和社会发展的影响，激发学习科学的兴趣和探究的热情，培养民
族自豪感与使命感。
【学习重点】
能根据同一直线上二力合成的规则和力与运动的关系描述物体的浮沉条件，并能运用物体的浮沉条件说
明生产生活中的有关现象。
【学习难点】
将受力分析、力和运动的关系以及与浮力知识结合起来综合起来解决问题。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 物体的沉浮条件：物体的沉浮取决于物体所受的浮力和重力的大小；或比较物体与液体密度的大小。
浸没在液体中的物体：
①当F ＞G或ρ ＜ρ 时，物体上浮，最后漂浮（部分浸没）。
浮 物 液
②当F = G或ρ =ρ 时，物体悬浮，可停在液体内部任意位置。
浮 物 液
③当 F ＜G或ρ >ρ 时，物体下沉，最终沉在液体底部。
浮 物 液
2. 轮船：把轮船做成“空心”体后放在水里，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水的体积变大，
因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。轮船的大小通常用排水量表示，排水量是指轮船按照设计要
求满载货物时排开水的质量。例如，一艘轮船，它的排水量是1×104 t，说明此船满载时，货物质量和船身
质量之和为 1×10 4 t 。
3. 潜水艇：潜水艇浸没在水中时，所受浮力不变，是通过水舱充水和排水的方式，改变自身重力来实
施下沉和上浮的。
4. 气球和飞艇：气球和飞艇内部充有密度小于空气的气体（如氢气、氦气或热空气），使浮力大于重
力而升空。（均选填“大于”或“小于”）
5. 密度计：密度计在不同的液体中都是漂浮的，根据二力平衡条件可知，它受到的浮力始终等于它受
到的重力且不变，即F =G。根据F =ρ gV 可知，把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积就
浮 浮 液 排
会小一些，因此会上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积就变大一些，因此会下沉一
些。所以密度计的示数越靠下越大。（后三空均选填“大”或“小”）
【合作探究】
探究一、物体的浮沉条件
【想一想】浸没在液体中的物体都会受到浮力的作用，但是有的物体上浮，有的物体下沉，有的物体
还会悬浮在液体中。这是为什么?
【分析】根据力与运动的关系可知：由静止释放的物体如何运动，取决于它所受力的合力。要分析浸没在液体中的物体向哪个方向运动，需要分析它所受力的合力的方向。
1. 比较浮力与重力的大小判断浮沉
（1）物体浸在液体中时的受力分析
浸没在液体中的物体受到两个力：一个是竖直向下的 重力 G ；另一个是竖直向上的 浮力 F 。我们知
浮
道力是改变物体运动状态的原因，根据物体所受浮力与重力大小关系的不同，由静止释放的物体，其浮沉
存在三种情况。
（2）物体的浮沉条件
甲 上浮 乙 悬浮 丙 下沉
物体浸在液体中时：
①当浮力F 大于重力G时，二力的合力方向向上，物体由静止开始上浮；
浮
②当浮力F 等于重力G时，二力的合力为0，物体保持悬浮状态；
浮
③当浮力F 小于重力G时，二力的合力方向向下，物体由静止开始下沉。最终静止在底部。
浮
2. 比较物体密度与液体密度的大小判断物体的浮沉
（1）比较物体密度ρ 与液体密度ρ 的大小关系判断物体的浮沉。
物 液
当物体浸没在水中时，受到重力G与浮力F 两个力的作用。物体浸没在水中时V = V ；浮力的大
浮 排 物
小为F ＝ρ gV ；重力的大小为G＝ρ gV
浮 液 排 物 物
①当F ＞G时，得出ρ ＞ρ ，物体上浮；
浮 液 物
②当F =G 时，得出ρ = ρ ，物体悬浮；
浮 液 物
③当F ＜G时，得出ρ ＜ρ ，物体下沉。
浮 液 物
（2）物体的浮沉与密度大小有关的实例
①冰的密度小于水的密度，所以冰浸没在水中会上浮，最后漂浮在水面；
②当鸡蛋的密度等于水的密度时，鸡蛋会在水中悬浮；
③石块的密度大于水的密度，所以石块在水中下沉。
④盐水选种
【问题】在农业生产中，通过盐水选种可选出饱满、结实的种子，从而促进农作物产量的提高。农民
采用盐水浸泡法来选种时，把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种子就会上浮直至漂浮，而饱满
的种子则下沉到容器底部。请你说说这是为什么?
【分析】根据浮沉条件，当物体的密度比液体的密度大时，物体将下沉，反之，则漂浮。不饱满的种
子密度小于盐水的密度则漂浮，而饱满的种子密度大于盐水的密度则下沉。3. 【想想议议】
如图所示，将新鲜的鸡蛋分别浸没在盛有水和盐水的容器中，观察鸡蛋在容器中的位置并解释。
【分析】将鸡蛋放入水中，由于其所受的浮力小于它所受的重力，从而下沉；放入浓盐水中时，由于
浓盐水密度较大，其所受的浮力大于它所受的重力，从而上浮，最终漂浮在浓盐水中。
【例题1】如图所示，将一枚鸡蛋放在一杯盐水中，鸡蛋刚好处于悬浮状态，往杯中缓慢加入纯净水
并适当搅拌，则在此过程中下列判断正确的是（ A ）
A．鸡蛋将下沉，所受浮力在减小
B．鸡蛋将下沉，所受浮力在增大
C．鸡蛋将上浮，在未露出水面之前，所受浮力不变
D．鸡蛋将保持悬浮，所受浮力不变
【解析】依题意得，鸡蛋在盐水中，刚好悬浮，则鸡蛋的密度等于盐水的密度；在盐水中加水，盐水
的密度减小，小于鸡蛋的密度，则鸡蛋将下沉，鸡蛋排开盐水的体积不变，由F =ρ gV 得，鸡蛋所受
浮 液 排
浮力在减小，故A正确，BCD错误。所以选A。
【例题2】质量相等，体积不等的甲、乙两个实心正方体物块在水中静止时的情景如图所示，下列说
法正确的是（ C ）
A．甲受到的浮力小于乙受到的浮力
B．甲的密度小于乙的密度
C．甲下表面受到的压力比乙的大
D．甲下表面受到的压强比乙的小【解析】A．甲、乙两实心正方体物块分别悬浮、漂浮在水中，根据漂浮和悬浮条件可知：
F =G ，F =G ，由于两物块质量相等，重力相等，所以浮力相等，故A错误；
浮甲 甲 浮乙 乙
B．由图可知，甲物块在水中悬浮，乙物块在水中漂浮，由ρ =ρ 时物体悬浮、ρ <ρ 时物体漂浮或
物 液 物 液
上浮可知：ρ =ρ >ρ ，故B错误；
甲 水 乙
C．根据F =F -F 可知：F =F +F ，由于甲悬浮，乙漂浮，则F >0，F =0，且F
浮 向上 向下 向上 浮 向下 甲向下 乙向下 浮甲
=F ，所以，F >F ，故C正确；
浮乙 甲向上 乙向上
D．由图可知，甲下表面比乙下表面所处的深度大，由p=ρgh可知，甲下表面受到水的压强大于乙下
表面受到水的压强，故D错误。 所以选C。
探究二、浮力的应用
【问题】在生活生产中，人们常常利用浮力，改变浮力有哪些方法？
1. 增大或减小浮力的方法
【分析】根据阿基米德原理F =ρ gV 可知，浸在液体中的物体，受到的浮力大小是由液体密度和排
浮 液 排
开液体的体积决定的，因此增大或减小浮力应从这两方面入手。
（1）增大浮力的方法
①增大液体的密度。如在水中加盐并搅拌，当盐水的密度大于鸡蛋的密度时，沉底的鸡蛋会浮起来；
②増大物体排开液体（或气体）的体积。如飞艇、万吨巨轮等。
（2）减小浮力的方法
①减小液体的密度。如漂浮在盐水中的鸡蛋，可以采用加清水的方法来减小液体的密度，当液体密度
小于鸡蛋的密度时，鸡蛋下沉；
②减小物体排开液体(或气体)的体积。如飞艇降落时，通过将辅助气囊中的气体放出，使飞艇排开空
气的体积减小，减小空气浮力，当浮力小于飞艇的重力时，飞艇降落。
2. 浮力的应用
（1）轮船
【问题】轮船是钢铁制成的，钢铁的密度远大于水的密度，为什么可以漂浮在水面上，还能承载那么
多货物呢？
【想想做做——制作橡皮泥小船】橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉。根据阿基米德原理，怎样
把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面，并能承载重物?
橡皮泥沉底 橡皮泥漂浮 能承载重物的橡皮泥船
【分析】橡皮泥做成瓢状，它所受的重力没变，但排开的水的体积变大了，因而受到较大的浮力，所
以能浮在水面上，轮船就是根据这个道理制成的。
①轮船的工作原理：把轮船做成“空心”体后放在水里，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水
的体积变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。②轮船的排水量m ：表示轮船的大小，指轮船装满货物时排开水的质量，等于轮船和货物的总质量。
排
即 m = m +
排 船 m物
如一我国首艘航空母舰辽宁舰的排水量约为6万吨，表明辽宁舰满载时，舰载机和舰身的质量之和约
为6万吨。
（2）潜水艇
潜水艇能潜入水下航行。它的艇身内有水舱。当潜水艇浸没在水里时，排开水的体积不变，根据阿基
米德原理F =ρ gV 可知，所受浮力基本不变，所以只能靠改变自身重力实现浮沉的。
浮 液 排
①下潜时，在两侧的水舱内充入水，艇重增大，重力大于浮力，潜艇就会下沉。
②当水舱充水后潜水艇所受的重力等于浮力时，它可以悬浮在水中。
③当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，从而上浮。（以上均选填“上浮”、“悬
浮”或“下沉”）
实际航行时，上浮和下潜过程中潜水艇总要开动推进器加快上浮和下潜的速度。
（3）气球和飞艇
①气球：如果气球里充的是密度小于空气的气体，则气球受到的浮力大于自身的重力，气球就会上升，
可以飘在空中。例如，节日放飞的气球、携带气象仪器的高空探测气球，充的是氦气；体育、娱乐活动用
的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气（均选填“小于”或“大于”）。
②飞艇：为了能定向航行，人们还制成了飞艇：在大气囊下面装了带螺旋桨的发动机和载人、装货的
吊篮。
（4）密度计
①用途：图是一种密度计，它可以漂浮在不同液体中测量液体的密度，在酿酒、石油、化工以及农业
选种等方面有广泛应用。
②主要构造：这种密度计通常中间有一个体积较大的玻璃泡。密度计下方装着金属颗粒作为配重，使
密度计漂浮时能保持竖直姿态。密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据液面所处的位置直接读出液体的密度值。
③原理：密度计放在液体中都是漂浮的，因此受到的浮力始终等于它受到的重力且不变，即F =G。
浮
根据F =ρ gV 可知，F 不变时，把它放在密度比较大的液体里，则V 变小，即它浸入液体的体积变小，
浮 液 排 浮 排
所以会上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，则浸入液体的体积大，会下沉一些。
密度计的刻度不均匀，且从下往上的刻度数是越来越小的。
【例题3】如图，是我国055型万吨级驱逐舰“延安”号。该舰满载时，排水量约12000吨，吃水深
度6.6m。下列说法正确的是（ C ）
A．排水量指的是舰船满载时排开水的重力
B．“延安”号漂浮在海面上，所受重力小于浮力
C．“延安”号漂浮在海面上，所受浮力方向竖直向上
D．“延安”号不能与其他舰船近距离并排航行，是因为流体流速越大，压强越大
【解析】A．排水量指的是驱逐舰满载时排开水的质量，故A错误；
B．驱逐舰在海上航行时处于漂浮状态，所受的浮力等于它的重力，故B错误；
C．驱逐舰所受浮力的方向是竖直向上的，故C正确；
D．两艘驱逐舰若近距离同向航行，两驱逐舰之间的水流速加快、该处的压强变小，小于两驱逐舰外
面的压强，产生了一个向内的压力差，将两驱逐舰压向中间，易发生两驱逐舰相撞事故，故D错误。
所以选C。
【例题4】如图所示，用同一支密度计分别测量甲、乙两种液体的密度，下列说法正确的是（ D ）
A．密度计在乙液体中所受的浮力大
B．乙液体的密度大于甲液体的密度
C．密度计上的刻度值上大下小
D．密度计在甲、乙两种液体中所受的浮力相等
【解析】AD．因为同一支密度计在甲、乙两种液体中都是漂浮，根据物体的浮沉条件得，在甲、乙
两种液体中浮力都等于重力，即浮力相等，故A错误，D正确；
B. 根据F =ρ gV ， 因为浮力相等，V ＞V ，所以液体的密度ρ ＞ρ ，故B错误；
浮 液体 排 乙排 甲排 甲 乙
C．由B知，甲所示的刻度大于乙图所示的刻度，所以密度计的刻度是上小下大，故C错误。所以选D。
【归纳整理】
第3节 物体的沉浮条件及应用
【精讲点拨】
1. 判断物体的浮沉既可以根据物体受到的重力与浮力的大小判断；也可以比较物体的密度和液体密度
的大小关系判断。
（1）比较重力与浮力
①若浮力F ＞G，则上浮，最后漂浮；
浮
②若浮力F =G，则悬浮，可停在液体内部任意位置；
浮
③若浮力F ＜G，则下沉，静止在水底。
浮
（2）比较物体密度ρ 与液体密度ρ
物 液
①当ρ ＞ρ ，物体上浮；②当ρ = ρ ，物体悬浮；③当ρ ＜ρ ，物体下沉。
液 物 液 物 液 物
2. 漂浮是一种非常重要的现象。分析计算有关物体的漂浮问题时，往往要综合运用力的平衡知识和阿
基米德原理。例如轮船满载航行时，根据二力的平衡条件可知，浮力不变；再根据阿基米德原理F =ρ
浮 液体
gV 分析，在密度不同的液体中，排开液体的体积不相等，因此会上浮或下沉一些。
排
3. 改变浮力的方法
（1）改变液体的密度：如在水中加盐并搅拌，增大浮力，可以使沉底的鸡蛋浮起来。
（2）改变排开液体（或气体）的体积：如飞艇降落时，将辅助气囊中的气体放出，使飞艇排开空气
的体积减小，浮力将小。
【课堂练习】
1．一个小球所受的重力为10N，将它浸没在水中时，所排开的水的重力为20N。那么小球浸没时受到
的浮力大小为 N，放开手后，物体将 （填“上浮”“下沉”“悬浮”），最终小球的浮力为
N。
【答案】 20，上浮，10。
【详解】由题知，小球浸没在水中，小球排开的水重为20N。
由阿基米德原理知F =G =20N
浮 排又因为G =10N，F ＞G ，则放手后小球将上浮，最终漂浮在液面上，根据浮沉条件条件可知，此
球 浮 球
时小球受到的浮力等于重力F′ =G =10N
浮 球
2．如图所示，在家庭小实验中，某同学想让沉底的鸡蛋漂浮在水面上，下列操作可行的是（ ）
A．向杯子中加盐 B．向杯子中加水
C．倒出少量的水 D．轻轻摇晃杯子
【答案】A
【详解】A．要使沉底的鸡蛋漂浮在水面上，鸡蛋的重力不变，需增大浮力。根据F =ρ gV 可知，
浮 液 排
鸡蛋的体积不能改变，所以可以增大液体的密度，故向杯子中加盐，盐溶解后，液体密度变大，浮力变大，
鸡蛋就能漂浮在水面上，故A符合题意；
BCD．向杯子中加水、倒出少量的水、轻轻摇晃杯子，都不能改变液体的密度，也就不能改变浮力，
所以不能鸡蛋漂浮在水面上，故BCD不符合题意。
故选A。
3．将新鲜度不同的甲、乙两鸡蛋放入水中，静止时的状态如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．若甲、乙体积相等，甲受到的浮力小
B．若甲、乙质量相等，甲受到的浮力小
C．向杯中加盐水后，乙受到的浮力变大
D．向杯中加酒精后，乙受到的浮力变大
【答案】B
【详解】A．若甲、乙体积相等，乙排开液体的体积小，根据公式F =ρ gV 可知，乙受到的浮力比
浮 液 排
甲小，故A错误；
B．若甲、乙质量相等，由G=mg可知，甲、乙重力相等，乙漂浮，浮力等于重力，甲沉底，浮力小
于重力，则甲受到的浮力小，故B正确；
C．原来乙漂浮，说明乙密度小于水的密度，加入盐水后，液体密度变大，乙密度依旧小于液体密度，
仍然漂浮，乙受到的浮力仍然等于重力，故乙受到的浮力不变，故C错误；
D．向杯中加酒精，液体密度会变小，乙会下沉一些，可能漂浮或悬浮，此时浮力仍然等于重力；也
可能沉底，此时浮力小于重力，浮力变小；故乙受到的浮力不会变大，故D错误。
故选B。
4．盐水选种是一种常用的选种方法，将待选的种子放入浓度适当的盐水中，良种沉入水底、次种则
漂浮于水面，如图甲所示。农民为了方便检验自制的盐水浓度是否合适，在一端封闭的吸管内放入一些铁砂制成了简易密度计。首先将密度计放入标准盐水中，在吸管上标出水面的位置，如图乙所示，再将密度
计放入自制的盐水中，如图丙所示。下列说法正确的是（ ）
A．良种的密度小于次种的密度
B．图丙中密度计所受的浮力大于图乙中密度计所受的浮力
C．图丙中的自制盐水需要通过加水配成标准盐水
D．若只换用更细的吸管制作密度计可以提高密度计的测量精度
【答案】D.
【详解】次种密度小于水的密度；故良种密度大于次种密度，故A错误；
B．图乙和图丙中，密度即都处于漂浮状态，所受浮力都等于自身重力，重力不变，浮力不变，所以
图丙中密度计所受的浮力等于图乙中密度计所受的浮力，故B错误；
C．图丙与图乙比较，浮力相等，密度计浸入液体的体积较多，排开液体体积较大，根据F =ρ gV
浮 液 排
可知丙中液体密度较小，所以应往丙中加盐增加盐水的密度，达到标准盐水的密度，故C错误；
D．换用更细的吸管制作密度计，在排开液体体积相同的情况下，密度计浸入水的深度变化比较大，
可以提高测量精度，故D正确。故选D。
5．在施工过程中，需要运送一定数量的石块放入海底施工。据此，如图所示，小明做了一个橡皮泥
“船”，在“船”中放入一定数量的石块后放入水中，待船静止后，逐渐将石块取出并放入水中，下列说
法正确的是（ ）
A．小船受到的浮力不变 B．小船浸在水中的体积变小
C．水面将上升 D．小船底部受到水的压强不变
【答案】B
【详解】A．小船漂浮在水面上，受到的浮力等于它的总重力，逐渐将石块取出并放入水中，船的总
重力变小，受到的浮力变小，故A错误；
B．小船受到的浮力变小，根据阿基米德原理可知，小船浸在水中的体积变小，故B正确；
C．石块取出并放入水中后，受到的浮力变小，则它排开水的体积变小，水面将下降，故C错误；
D．小船受到的浮力变小，则它排开水的体积变小，会上浮一些，小船底部在水中深度变小，小船底
部受到水的压强变小，故D错误。故选B。
6. 2022年4月28日，“巅峰使命”珠峰科考全面启动。5月15日凌晨1点26分，中国自主研发的
“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4300m的科考营地顺利升空，4点40分达到海拔9032m，超过珠峰8848.86m的高度，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。
（1）已知海拔4300m处的空气密度约为0.8kg/m3。如图所示，该浮空艇在营地升空前体积达
9060m3，此时浮空艇受到的浮力大小约为 N；
（2）“极目一号”浮空艇内部有三层：上层装有氦气（相同条件下氦气密度比空气小得多），中间
隔开，下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要 （填“上浮”或“下降”）的时候，可以用上层的氦
气排出下层的部分空气，以此改变自身重力，同时使整个浮空艇的压差在安全范围内。
【答案】7.25×104，上浮。
【详解】（1）由F =ρ gV 知道，该浮空艇在营地升空前受到的浮力大小约为
浮 液 排
F =ρ gV =0.8kg/m3×10N/kg×9060m3≈7.25×104N
浮 空气 排
（2）由于氦气密度比空气小得多，当用上层的氦气排出下层的部分空气时，自身重力减小，由于悬
于空中的浮空艇受到的浮力等于重力，所以此时浮力会大于重力，合力的方向竖直向上，故浮空艇会上浮。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
