1、1探究浮力的大小一、浮力的大小跟哪些因素有关 1.实验探究 利用“称重法”可以测量浮力的大小，那么浮力大小跟哪些因素有关呢？ 我们把空的矿泉水瓶慢慢浸入水中，感觉浮力会越来越大；装有清水的烧杯中放入鸡蛋，再加入足够多的盐，起初沉底的鸡蛋会上浮，说明鸡蛋受到的浮力也增大了。结合已有的生活经验，可以对影响浮力大小的因素提出猜想，即浮力的大小可能跟以下因素有关：物体浸没在液体中的深度、液体的密度、物体排开液体的体积、物体的形状等。 验证以上猜想时要注意控制变量。验证猜想的方案有： （1）利用“称重法”测量浸没于水中不同深度的石块所受浮力大小，验证浮力的大小是否与浸没时所处的深度有关。 （2）利用“称
2、重法”测量石块浸入水中的体积不同时所受浮力的大小，验证浮力的大小是否与排开水的体积大小有关。 （3）利用“称重法”分别测量同一个石块浸没水中和浸没酒精中所受浮力大小，验证浮力大小是否与物体所排开液体的密度有关。 （4）将同一橡皮泥做成两个不同的形状，然后用“称重法”分别测量它们浸没到水中的浮力大小，进而看出浮力的大小和物体的形状是否有关。 22.实验结论的理解 总结上述各个实验的验证结论得出：物体所受浮力的大小与排开液体的体积和排开液体的密度有关，跟物体浸没时所处的深度及物体的形状无关。 有同学觉得浮力跟物体浸入液体的深度有关，这其实是错误的。因为用弹簧测力计悬吊一铁块，慢慢浸入水中时，发现弹
3、簧测力计的示数逐渐减小，就认为浮力随深度的增加而增大。其实，当铁块完全浸没在水中后继续下潜，就会发现弹簧测力计的示数不变，这说明浮力大小与深度无关。原因是浸没后弹簧测力计的示数并未改变，所以浮力不变。在铁块没有浸没水面之前，随着浸入深度的增加，物体排开液体的体积也增加，所以浮力增大。可见，此时浮力的增大是排开液体的体积增大的缘故，并非深度增加而引起的。 二、浮力的大小等于什么 1.验证阿基米德原理 “浮力的大小与排开液体的体积和排开液体的密度有关”这一结论说明浮力的大小与什么力有关呢？注意联系学过的密度、重力等知识，先利用“推导法”来解决这一问题。 利用已有知识进行推导，因为 V=m，mg=G
4、，所以 液 V 排=m 排，m 排 g=G 排,所以 F 浮=G 排。 最后可以假设浮力的大小等于排开液体的重力。 如何设计实验来验证上述假设正确与否呢？利用“称重法”可以测量出物体所受浮力的大小，而测排开液体重力可以有以下几种方法： 3（1）先用弹簧测力计测量小空桶重，然后用弹簧测力计测出桶和溢出水的总重，再相减即得 G 排。 （2）将排开的液体放入量筒中，利用公式 m=V 求解排开液体的质量。 （3）直接用塑料袋接取溢出的液体，用测力计测出塑料袋和溢出水的总重即相当于 G 排。 （此方案中塑料袋质量忽略不计） 实验时按照仪器的使用方法来使用弹簧测力计和量筒，石块不能碰溢水杯的底或壁，并在实
5、验操作时要保证物体排开的水要全部进入小桶中。 分析数据可得：F 浮G 排。即浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于被物体排开液体受到的重力的大小。这就是著名的阿基米德原理。它的数学表达式是：F 浮=G 排= 液 V 排 g。 2. 阿基米德原理的理解 对阿基米德原理及其公式的理解，应注意以下几点： （1）阿基米德原理阐明了浮力的三要素：浮力作用在浸入液体（或气体）的物体上，浮力的方向是竖直向上的；浮力的大小等于物体排开液体（或气体）受到的重力，即 F 浮= G 排。 （2）浸入的含义，是指物体部分进入或浸没在液体中两种情况。这两种情况下，排开液体体积不同，前一种情况 V 排V 物，
6、后一种情况 V排=V 物。阿基米德原理对这两种情况都是适用的。 （3）公式中的排开液体的体积，即 V 排和物体的体积 V 物，它们在数值上不一定相等。当物体完全浸没在液体里时，V 排=V 物，此时，物4体所受到的浮力最大。如果物体只有一部分体积浸入液体里，则 V 排V物，这时 V 物=V 排+V 露。当液体的密度一定时，根据 F 浮= 液 V 排g，物体排开液体的体积小，物体受到的浮力就小；物体排开液体的体积大，物体受到的浮力就大。物体受到的浮力跟它排开液体的体积成正比，由此看出浮力的大小跟物体体积的大小无关。 （4）根据阿基米德原理公式 F 浮= 液 V 排 g，当物体排开液体的体积 V 排
7、一定时，浮力的大小跟液体的密度成正比，而与物体自身的重力、体积、密度、形状均无关。完全浸没在液体里的物体受到的浮力大小也不随物体在液体中的深度变化而改变。 3. 阿基米德原理计算公式的推导 为了更好地理解阿基米德原理计算公式，我们也可以进行公式推导。假设浸没在液体中的物块为正方体，如图 1 所示，则有上表面受到液体对其向下压力的大小为 F 下= 液 gh1a2，下表面受到液体对其向上压力的大小为 F 上= 液 gh2a2，两者之差就是浮力大小 F 浮=F 上-F 下=液 gh2a2 - 液 gh1a2= 液 g(h2?h1)a2 = 液 ga3= 液 gV 排。 三、应用举例 例 1 某地在江
8、面上修建一座大桥，如图 2 所示，甲是使用吊车向江底投放长方形石料的示意图。在整个投放过程中，石料以恒定速度下降。乙是钢绳的拉力 F 随时间 t 变化的图像（从开始投放到石料刚好接触湖底前） 。t=0 时刻吊车开始下放石料，忽略水的摩擦阻力。则下列说法错误的是（） 5A石料在 t=20 s 时开始浸没于水中 B石料的重力是 1 400 N C石料受到的浮力始终是 500 N D石料完全浸没水后钢绳的拉力为 900 N 解析由图像可以看出，物体在第 20 s 开始浸没于水中,故 A 正确；在前 20 s，物体的重力等于受到的拉力为 1 400 N,故 B 正确；在第 20 s30 s 的过程中，
9、物体排开水的体积不断增大，由公式 F 浮= 液 gV排知，浮力不断增大,故 C 错误；石料完全浸没后，浮力不变，钢绳的拉力不变，始终为 900 N,故 D 正确。 答案 C。 例 2 一合金块用弹簧测力计在空气中称重为 3.92 N；浸没在水中称重时，弹簧测力计上的示数为 2.94 N；如将它浸没在待测液体中，受到的浮力是 1.176 N， （g=9.8 N/kg）求： （1）合金块在水中受到的浮力； （2）在待测液体中弹簧测力计的示数； （3）待测液体的密度。 解析（1）合金在水中的浮力 F 水=G-F=3.92 N-2.94 N=0.98 N； （2）在待测液体中弹簧秤的示数 F=G-F 液=3.92 N-1.176 N=2.744 N； （3）设液体的密度为 ，根据题意得 V 物= 解得 =1.2103 kg/m3。 6
