水的浮力学习材料(1)

水的浮力

浮力的存在及其概念 一、浮力的存在

1.实验:将旋紧瓶盖的空矿泉水瓶压入水中时，手会感觉到 有一个力将手往上推 ，将瓶释放后，瓶将 上浮最后浮在水面上 。

[结论] 在水中会上浮的物体受到向上的浮力 。

2.实验:将一个钩码挂在弹簧秤下，记下弹簧秤读数，再将钩码浸入水中，记下弹簧秤的读数，会发现 钩码浸入水中后，弹簧秤读数变小了 。

[结论] 在水中会下沉的物体也受到向上的浮力 。不仅是水，所有的液体都会对浸入其内的物体产生一个向上的浮力。 3.实验证明:气体也会产生浮力。 二、浮力的测量——阿基米德原理

1.浮力的感觉。

提问：当你躺在浴缸的水中时，你会有什么感觉?水发生了什么变化?这说明了什么问题?

2.探究:浮力与物体排开水的关系。

(1)提出问题: 浮力与物体排开水的多少有关系吗?有什么关系 ? (2)建立假设: 浮力大小与物体排开水的多少成正比 。 (3)设计实验:

①实验器材:弹簧秤、烧杯、水、量筒、溢杯、物块。 ②实验步骤:

a.在溢杯中盛满水，将小烧杯放在溢杯的出水口下； b. 将物块悬挂在弹簧秤上，用弹簧秤测出物块的重G； c. 将物块浸没在溢杯的水中，读出弹簧秤的读数F； d.将溢杯溢出的水注入量筒内，测出它的体积V排水；

e.将上述数据填入下面的实验记录表中: 物块的重G 物块浸入物块排开水中后弹水的体积 簧秤的读V排水 数F 物块受到水的浮力F浮＝G-F 水物块排开的水受到的重力 G排水=ρ水gV排水 (4)分析实验数据，得出结论 F浮＝G排水=ρgV排水 (关系式)。

3.上述关系就是著名的阿基米德原理，它也适用于其他的液体。

(1)阿基米德原理的文字表达: 浸在液体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力 ； (2)数字表达式: F浮=G排液＝ρ液gV排液 ；

(3)阿基米德原理也适用于气体。

4.对阿基米德原理理解的几个注意问题:

(1)公式中的ρ液是液体的密度，而不是浸入液体的物体的密度。

(2)公式中的V排液是物体浸入液体时，排开液体的体积，而不是液体的总体积，也不是物体的体积。当物体完全浸入(即浸没)液体中时，V体只部分浸入液体中时，V排液

(3)浮力大小只跟物体排开的液体受到的重力有关，而与其他因素无直接关系。

(4)ρ液的单位只能是 千克／米 ，V排液的单位只能是 米 。

例1：将质量是2.34千克的钢块浸没在水中，受到的浮力是多大?(钢块的密度为7.8 ×103千克／米3)

例2：一只铁球在空气中重3.12牛，全部浸没在水中重为2.5牛，问这个铁球是实心的还是空心的?(ρ铁＝7.8×10千克／米)

物体沉浮条件：

一、实验

将装有不同质量的沙的乒乓球放入水中，观察现象，可以观察到 三只球在水中所处状态(深度)不同 。 二、物体浮沉条件

1.设想一物体浸没于液体中，如图1—25所示，对浸没在液体中的物体进行受力分析可能出现三种不同情况:

3

3

排液

恰好等于物体本身的体积V物；当物

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(1)当F浮>G时，根据力和运动的关系，可知物体将 上浮 ，当部分体积露出液面时，排开体积减小，受到浮力减小，最后F浮＝G，物体处于 漂浮 状态。

(2)当F浮＝G时，由于物体受平衡力作用，物体处于 悬浮 状态，此时物体可以停留

在液体内部任一位置。

(3)当F浮

2.对于实心物体来说，当物体全部浸没在液体内部时，有V排＝V物，由于F浮＝ρ

排

液

gV

，G物=ρ

物

gV物。则:

(1)ρ液>ρ物时，上浮，最后漂浮； (2)ρ液＝ρ物时，悬浮； (3)ρ液<ρ物时，下沉。

3.物体的浮沉是一个非常常见的现象，生活中有大量事件都可以用物体浮沉的条件作出合理的解释。

阅读p.24有关内容，然后要求同学讨论p.24的三幅图如何用物体浮沉条件来解释。 4.物体漂浮在液面上的条件: F浮＝G物，V排

如果是实心物体，则ρ液>ρ物，V排

例1：有一体积是2分米3、密度是0.6×103千克／米3的木块，用绳子将它拴在水池底部的钩子上，如图1—26所示。如果绳子断了，木块就上浮到水面。问:

(1)木块在上浮过程(未露出水面)中，受到浮力的大小是否会发生变化? (2)木块漂浮在水面时露出液面的体积多大?

例2：现有甲、乙两种实心物体已知ρ

3

甲

＝1.2×103千克／米3，ρ

乙

＝0.8×103千克／米

:F

是

，ρ水＝1.0×103千克／米3。

甲

乙

(1)当取相同质量的甲、乙两种固体，投入到水中，甲和乙两物体所受浮力之比F多少?

(2)当取相同体积的甲、乙两种固体投入到水中，则甲和乙两物体所受浮力之比F＇甲:F＇乙是多少?

密度计、浮力的应用：

一、实验：将一块橡皮泥放在水面上，可观察到橡皮泥下沉到容器底部 。将橡皮泥捏成碗状再放在水面上，又可观察到橡皮泥将 漂浮在水面上 。

1.轮船:用钢铁制成空心即可。其大小通常用排水量表示。排水量是轮船装满货物后排开水的质量，即为轮船满载时受到水的浮力，排水量可用吃水线来表示。 2.潜水艇：潜水艇的浮沉原理是靠改变自身重力来实 现的。需下沉时，水舱内充水，到G>F时，用压缩空气将水排出，到G

[思考] 你知道生活在水中的鱼靠什么来实现上浮和下沉的?它的原理是否跟潜水艇一样?

二、密度计

1.用途:测量液体的密度。 2.工作原理:漂浮原理即F浮＝G。

3.刻度值的特点:(1)上面读数小，下面读数大；(2)刻度不均匀，上疏下密。

例1：一艘质量为1500吨的轮船，装上5×103吨货物后刚好满载，它此时受到的浮力和轮船的排水量分别是 ( D )

A.1.47×10牛，1500吨 B.3.43×10牛，3500吨 C.4.9×10牛，5000吨 D.6.37×10牛，6500吨

例2：如图1—30所示，一只漂浮在水面上的碗中装有若干石子。现将石子全部投入水中后，水面将 ( C )

3

3

3

3

浮

；当G=F

浮

时，能停在任何位置(悬浮)；需上浮

A.保持不变 B.升高一些 C.降低一些 D.都有可能

例3：用同一支密度计测甲、乙、丙三种液体的密度，如图1—3l所示，则甲、乙、丙三种液体的密度及密度计在三种液体中所受浮力大小关系如何?

例4：如图1—32所示，一木块上面放着一实心铁块A，木块顶部刚好与水面相平，在同样的木块下挂另一铁块B，木块也刚好全部浸在水中，则A、B两铁块的体积比是多少?(ρ＝7.8×10千克／米，ρ水＝1.0×10千克／米)

3

3

3

3

铁