8.5 学生实验：探究——影响浮力大小的因素-2023-2024学年北师大版物理八年级下册

第八章 压强与浮力 第 5 节 学 生 实 验：探 究 —— 影 响 浮 力 大 小 的 因 素 海洋中“辽宁舰” 破浪前行，巨大的冰山能在水上漂浮，鸭子能在水面游弋……是什么力量把它们托起来的呢？ 游弋的鸭子 漂浮的冰山 威武的“辽宁舰” “辽宁舰”、冰山、鸭子都受到重力的作用，但却没有因此而沉入水底， 这表明水对它们有一个向上托起的力，这就是浮力。 【观察思考】 新知导入 学习目标 1.认识浮力，知道浮力的方向总是竖直向上的。 2.知道浮力产生的原因。 3.知道浮力大小与液体密度和浸入液体体积的关系。 4.了解什么是阿基米德原理。 常常用符号F浮表示。 1.定义：浸在液体中的物体受到向上的力，这个力叫做浮力。 2.浮力方向： 小球静止于水面上，试分析小球的受力情况，并画图说明。 F浮 F浮 G G 分析：由二力平衡的条件可知，浮力的方向与重力的方向相反，即浮力的方向竖直向上。 浮力的方向：竖直向上。 新知学习 浮 力 一 思考：当物体全部浸入（浸没）水中时，还会受到浮力吗？ G F示 铝块受浮力的作用 演示实验：测量浮力的大小 G F浮 F示 F浮=G -F示 弹簧测力计测出浮力大小（称重法）: 1.用弹簧测力计测出铅块的重力记为G 2.把铅块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数记为F示 示数变小 说明浸没在水中的铅块受到了水的浮力作用。 【分析浮力产生的原因】 如上图进行操作，观察实验现象可以知道，浸在液体中的物体受到液体对物体向各个方向的压力。 四个侧面所受压力关系F合=0 假设边长为L的立方体位于水面下h 深处 上、下两面所受压力关系 ∵ p向上＞p向下 ∴ F向上＞F向下 F浮= F向上-F向下 (压力差法) F向下 F向上 浮力是液体对物体的压力的合力 h L 浮力产生的原因我们知道了，那么浮力的大小跟哪些因素有关？ 日常的生活经验能使我们对浮力大小的因素产生很多猜想…… 1.木块在水中漂浮，铁块在水中下沉。那么，是不是浮力的大小跟固体的密度有关？ 2.人在水中会下沉，在死海中却能漂浮于水面。那么，是不是浮力的大小跟液体的密度有关？ 3.把一个空的易拉罐慢慢压入水中，随着深度的增加，易拉罐浸入水中的体积越来越多，感受到浮力越来越大。那么，是不是浮力的大小跟物体浸入水中的深度有关？或跟物体浸在水中的体积有关？ 决定浮力大小的因素 二 木块在水中漂浮，铁块在水中下沉。那么，是不是浮力的大小跟固体的密度有关？ 人在水中会下沉，在死海中却能漂浮于水面。那么，是不是浮力的大小跟液体的密度有关？ 人在水中越往深处走就越觉得所受的浮力大。那么，是不是浮力的大小跟人浸入水中的深度有关？或跟人浸在水中的体积有关？ ①猜想：决定浮力大小的因素 ②设计实验方案 上面所说的固体的密度、液体的密度、固体浸入液体中的体积和固体浸入液体的深度这几个量是实验中的“变量”，在检验浮力与其中某一个量的关系时，必须使其他量保持不变，或者确认浮力跟这些量无关。 F浮 =F1 -F2 测量浮力的方法（称重法）： 实验方法：控制变量法 F2 F1 圆柱体 弹簧测力计 实验器材： 弹簧测力计、圆柱体、酒精、水、盐水、体积相等的铝块与铁块等。 铝块 铁块 ③探究浮力大小与物体浸没的深度的关系 把弹簧测力计悬挂的铝块缓慢浸没水中，并分别停在不同的深度，观察并记录弹簧测力计的示数。 1.2N 1.8N 1.2N 在空气中 1.2N 浸没在液体 中的深度h 较浅 较深 更深 重力G / N 1.8 1.8 1.8 弹簧测力计 示数F/ N 1.2 1.2 1.2 浮力F浮/ N 记录数据，计算浮力: 0.6 0.6 0.6 实验结论 浮力的大小跟物体浸没液体中的深度无关。 ④探究浮力大小与物体浸在液体中的体积的关系 部分浸入 大部分浸入 完全浸入 在空气中 用弹簧测力计提着柱状物体缓慢浸入水中，逐渐增大浸在水中的体积，读取弹簧测力计的示数并记录。 1.8N 1.4N 1.1N 1.6N 物体浸在液体 中的体积V 较小 较大 浸没 重力G / N 1.8 1.8 1.8 弹簧测力计 示数F/ N 1.6 1.4 1.1 浮力F浮/ N 记录数据，计算浮力: 0.2 0.4 0.7 浮力的大小跟物体浸在液体的体积有关，同种液体，物体浸在液体中的体积越大，浮力越大。 实验结论 ⑤探究浮力大小与液体密度的关系 酒精 水 把悬挂在弹簧测力计下的物块先后浸没在酒精、水、盐水中，观察并记录弹簧测力计的示数。 1.2N 0.9N 1.1N 1.8N 盐水 液体种类 酒精 水 盐水 重力G / N 1.8 1.8 1.8 弹簧测力计 示数F/ N 1.2 1.1 0.9 浮力F浮/ N 记录数据，计算浮力: 0.6 0.7 0.9 浮力的大小跟液体的密度有关，在浸入液体的体积相同时，液体的密度越大，浮力越大。 实验结论 ⑥探究浮力大小与物体密度的关系 把体积相等的铝块、铁块悬挂在弹簧测力计下端，分别浸没在水中，观察并记录弹簧测力计的示数。 铝块 1.6N 空气中 水 铝块 0.6N 4.8N 空气中 铁块 水 3.8N 铁块 固体种类 铝块 铁块 重力G / N 1.6 4.8 弹簧测力计示数F/ N 0.6 3.8 浮力F浮/ N 记录数据，计算浮力: 1.0 1.0 物体的密度不同、体积相同，浸没在同一液体中，两种情况下弹簧测力计的示数差相等，即浮力相等。 浮力的大小跟固体的密度无关，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等。 实验结论 液体的密度 ρ液 决定浮力F浮大小的因素 浸在液体的体积 V浸 物体在液体中所受的浮力大小，跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。 物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大。 实验 总结 【阿基米德原理】 内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。 公式： F浮= G排 推导式： F浮= m排g=ρ液gV排 适用于液体气体 阿基米德原理 三 【关于阿基米德原理的讨论】 1.F浮＝ρ液gV排 ρ液——液体的密度； V排——物体排开的液体的体积； 表明浮力大小只和 ρ液、V排有关。 浮力大小与物体的形状、密度、浸没在液体中的深度及物体在液体中是否运动等因素无关。 ①物体“浸在液体里”包括“全部浸入（即浸没）”和“部分浸入”两种情况。 不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力。对于同一物体而言，浸没时受到的浮力大，部分浸入时受到的浮力小，而且浸入的体积越小，所受的浮力也越小。 部分浸入 全部浸入 区分：浸没、浸入、浸在、没入 ②浮力的大小等于被物体排开的液体受到的重力。 A.浸没时：V排=V浸=V物，此时物体所受的浮力等于排开液体的重力，即 F浮=G液=ρ液gV排=ρ液gV浸=ρ液gV物 B.部分浸入时： V排=V浸<V物 F浮=ρ液gV排=ρ液gV浸<ρ液gV物 V排=V浸=V物 V排=V浸<V物 V浸 ③同一物体浸没在不同的液体中时，由于液体的密度不同，所受的浮力也不同。 根据公式 F浮=ρ液g V排，浸没时， V排 = V物，当ρ液不同时，浮力也随之变化。 ④阿基米德原理同样适用于气体。 浮力 产生浮力的原因 探究浮力大小与什么因素有关 定义：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力。 液体对物体向上向下的压力差产生的 物体浸在液体中的体积 液体的密度 阿基米德原理：原理的定义、理解、应用等 课堂总结 课堂练习 1.物体在液体中受到的浮力大小取决于（ ） A.物体的重力 B.物体的体积 C.物体的密度 D.液体的密度和物体浸入液体的体积 D 2.将小石块挂在弹簧测力计下如图甲，再将其浸没在水中(石块没有碰到烧杯底部)如图乙，静止时测力计示数分别是4N和3N，关于甲、乙图的说法错误的是 （ ） A.水对石块的浮力是3 N B.水对石块的浮力是1 N C.石块的重力为4 N D.石块受到的力有重力、拉力和浮力 A　 $$