第7章 浮力（知识清单）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

第7章 浮力（知识清单） 第1节 浮力 一、浮力 1. 浮力 （1）浮力：浸在液体或气体中的物体受到的向上的力，称为浮力，用F浮表示。 （2）浮力的方向：竖直向上。 （3）浮力的施力物体与受力物体：施力物体是液体或气体；受力物体是浸在液体或气体中的物体。 2. 称重法测浮力 （1）用弹簧测力计测出物体（ρ物＞ρ液）的重力G=F1； （2）将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中，读出弹簧测力计的示数F2； （3）则物体在液体中所受浮力的大小F浮=F1-F2，即弹簧测力计减小的示数就是物体受到的浮力大小。这种测量浮力的方法叫作称重法。 称重法测浮力 运用力的平衡条件求浮力 3. 运用力的平衡条件求浮力 如图所示，浸没在水中的金属块受到三个力的作用：重力G、弹簧测力计的拉力F拉和浮力F浮。在这三个力的作用下金属块处于平衡状态。把F拉和F浮的合力设为F合，这样就可以认为金属块受F合和G两个力的作用。因为金属块静止，故所受力为平衡力，即F合=G，又因为F合=F拉+F浮，所以F浮=G–F拉。 即浮力的大小等于物体受到的重力与拉力的大小之差。 二、浮力产生的原因 以浸没在液体中的长方体为例进行探究。如图所示，该长方体的六个面分别受到液体的压强（p=pgh）和压力（F=pS），比较大小关系。 位置 前、后两个面 左、右两个面 上、下两个面 深度 相等 相等 上浅下深 压力 F前、F后是一对平衡力，合力为0 F左、F右是 一对平衡力，合力为0 F向下˂F向上， F差=F向上-F向下 压强 相等 相等 上小下大 结论：浮力是液体对物体向上和向下的压力差产生的，即F浮=F2-F1。 甲 物体部分浸入 乙 物体沉底 2. 两种特殊情况 ①当物体部分浸入液体中时，如甲图所示，上表面不受液体压力，则浮力的大小F浮=F向上。 ②若浸没在液体中的物体的下表面和容器底紧密接触（接触处没有水），如乙图所示，则液体对物体向上的压力F为0，物体将不受浮力的作用，只受向下的压力。如在水中的桥墩、拦河坝等。 三、决定浮力大小的因素 1. 探究浮力的大小与物体浸没的深度的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②将物体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数（如图B所示）； ③改变物体在水中浸没的深度，读出弹簧测力计的示数（如图C与D）。 记录数据，计算浮力： 浸没深度h 浅 深 更深 重力G / N 1.0 1.0 1.0 弹簧测力计示数F / N 0.4 0.4 0.4 浮力F浮/ N 0.6 0.6 0.6 结论：浮力的大小与物体浸没液体中的深度无关（选填“有关”或“无关”）。 2. 探究浮力大小与物体浸在液体中的体积的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②如图B所示，把物体小部分体积浸入水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图CD所示，增加物体浸在水中的体积，读出弹簧测力计的示数； ④如图E所示，把物体浸没水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 物体浸在液体中的体积V 较小 较大 浸没 重力G / N 2.7 2.7 2.7 弹簧测力计示数F/ N 2.2 2.1 1.7 浮力F浮/ N 0.5 0.6 1.0 结论：浮力的大小跟物体浸在液体的体积有关，物体浸在同一液体的体积越大，浮力越大。 3. 探究浮力大小与液体密度的关系 ①用弹簧测力计测量出金属块A的重力G； ②将金属块A分别浸没在水、酒精和盐水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 液体种类 水 酒精 盐水 重力G / N 3.4 3.4 3.4 弹簧测力计示数F / N 3.0 3.2 2.8 浮力F浮/ N 0.4 0.2 0.6 结论：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。 4. 探究浮力大小与物体密度的关系 ①用弹簧测力计分别测出体积相等的铜块、铝块的重力； ②把铜块、铝块再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。 记录数据，计算浮力： 固体种类 铜块 铝块 重力G / N 9.0 2.8 弹簧测力计示数F / N 8.0 1.8 浮力F浮/ N 1.0 1.0 结论：浮力的大小跟物体的密度无关，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等。（选填“有关”或“无关”）。 5. 探究浮力大小与物体的形状的关系 ①如图（a），用弹簧测力计测出橡皮泥的重力； ②如图（b），将一块橡皮泥浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图（c），将同一块橡皮泥捏成实心五边体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ④如图（d），将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 橡皮泥形状 长方体 五边体 球体 重力G / N 4.8 4.8 4.8 弹簧测力计示数F / N 3.2 3.2 3.2 浮力F浮/ N 1.6 1.6 1.6 结论：浮力的大小跟物体的形状无关，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等。（选填“有关”或“无关”）。 实验结论：浮力的大小与物体浸入液体中的体积及液体的密度有关。液体的密度一定时，物体浸入液体的体积越大，浮力越大。物体浸入液体的体积一定时，液体的密度越大，浮力越大。 第2节 阿基米德原理 一、探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 1. 用力传感器探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 （1）进行实验 ①测量物体所受浮力的大小：将物体逐渐浸入到溢水杯中，通过力传感器A前后两次示数之差可求物体所受的浮力大小。即：F浮=FA1-FA2。 ②测量物体排开水的重力大小：通过力传感器B前后两次示数之差可求出物体排开水的重力的大小。即：G排=FB2-FB1。 （2）记录 次数 物体未浸入水中时 力传感器A的示数FA1/N 物体浸入水中时 力传感器A的示数FA2/N 物体未浸入水中时力传感器B的示数FB1/N 物体浸入水中时 力传感器B的示数FB2/N 1 2.04 0.92 1.04 2.16 2 3 （3）分析：计算物体所受浮力大小：F浮=FA1-FA2=2.04N-0.92N=1.12N 物体排开水的重力大小：G排=FB2-FB1=2.16N-1.04N=1.12N （4）实验结论：F浮=G排 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液体的重力大小。 2. 用常规器材探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 【设计实验】 （1）实验器材：弹簧测力计、物体、溢水杯、小桶、细线、水。 （2）用称重法测量浮力：先测出物体在空气中所受的重力G=F2，再读出物体浸在水中时弹簧测力计的示数F3，则F浮=F2-F3（如下图乙、丙所示）。 （3）用溢水法测量排开水所受的重力：物体排开水所受的重力可以用溢水杯和弹簧测力计测出（如下图甲、丁所示）。溢水杯中盛满水，把物体浸在水中，让排开的水流入一个小桶中，桶中的水就是被物体排开的，用弹簧测力计测出排开的水所受的重力G排=F4-F1。 （4）实验数据表格（见下）。 【进行实验与收集数据】 （1）如图甲所示，用弹簧测力计测量空桶所受的重力G桶=F1。将数据记入表格中。 （2）如图乙所示，将小石块用细线系住，挂在弹簧测力计的挂钩上，测出小石块所受的重力G=F2。将数据记入表格中。 （3）如图丙所示，将水倒入溢水杯中，使水面恰好到达溢水杯的溢水口，将小桶放在溢水口下水能正好流入小桶的位置，然后将小石块慢慢地浸入水中，读出此时弹簧测力计的示数F3，将数据记入表格中。 （4）如图丁所示，测出此时小桶和排开的水所受的总重力F4，将数据记入表格中。 【分析论证】 （1）根据F浮= F3-F2计算小石块在水中受到的浮力； （2）根据G排=F4-F1计算出排开的水所受的重力。 （3）分别计算实验序号1或2或3中物体受到的浮力和排开的水所受的重力，发现F浮=G排。即：浸入水中的物体所受浮力的大小等于它排开的水所受的重力。 次数 小桶所受重力 G桶/N 物体所受重力 G物/N 物体在水中时弹簧测力计的示数F拉/N 小桶和排开水所受的总重力G总/N 浮力 F浮/N 排开的水所受的重力G排/N 1 1.0 2.2 1.4 1.8 0.8 0.8 2 1.0 1.7 1.1 1.6 0.6 0.6 3 1.0 3.6 2.3 2.3 1.3 1.3 【实验结论】大量实验表明： 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。 【交流与讨论】 （1）若先将物体浸入水中测量浮力，再测物体的重力，由于物体沾水会使所测重力偏大，则所测浮力偏大； （2）先测桶和排开液体的重力，再测桶的重力，所测桶沾水重力偏大，所测排开液体的重力偏小。 （3）物块在浸入前，水面要与溢水口相平，若水面与溢水口不平，不会影响浮力的大小，但会导致排到小桶内的水小于物块排开的水的体积，会得出物体所受浮力大于排开的液体所受重力的错误结论。 上述结论早在两千多年前就已经被发现，称为阿基米德原理。 二、阿基米德原理 1. 内容：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液体的重力大小。 2. 数学表达式： F浮=G排 导出式：F浮=G排=m排g=ρ液gV排 公式中各物理量的意义及单位 ρ液表示液体的密度，单位是kg/m3；V排表示排开液体的体积，单位是m3；g表示9.8N/kg； F浮表示物体受到的浮力，单位是N。 各物理量全部采用国际单位制。 3. 对阿基米德原理的理解 ①影响浮力大小的因素：由公式F浮=ρ液gV排可知，浮力F浮的大小只和ρ液和V排有关，与物体的体积、形状、密度、浸没在液体中的深度等因素无关（均选填“有关”或“无关”）。 ②适用范围：该定律也适用于气体，物体在气体中所受浮力的大小也等于它排开的气体所受的重力，也可用F浮＝ρ气gV排计算。 ③求液体密度、排开液体的体积公式： ρ液=F浮/ gV排 V排=F浮/ gρ液 ④理解“浸在液体中的物体”：浸在液体中的物体包括两种情况：一是物体全部浸入液体中，如图中B物体，也叫浸没；二是一部分体积浸入液体中，如图中A物体。 物体浸没时：V排=V浸=V物；物体部分浸入时：V排=V浸<V物。不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力，都遵守阿基米德原理。 浸入与浸没 推导阿基米德原理 三、理论推导阿基米德原理 设竖直在液体中长方体的底面积为S、高为h，液体密度为ρ液，上、下表面所处的深度及受力情况，如图所示。根据浮力产生的原因和液体内部压强的规律可得，物体上、下表面受到的压力分别为： F1＝p1S＝ρ液gh1S F2=p2S=ρ液gh2S 它所受的浮力大小 F浮=F2-F1= ρ液gh2S -ρ液gh1S =ρ液ghS =ρ液gV体 物体排开的液体所受重力大小G排=ρ液gV排=ρ液gV体 所以 F浮=G排 即浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。 四、计算浮力大小的四种常用方法 称重法 压力差法 公式法 平衡法 浮力等于物体的重力G减去物体浸在液体中时弹簧测力计的拉力F，即F浮=G-F 浮力等于物体上、下表面受到的液体的压力差，即 F浮=F向上-F向下 根据阿基米德原理计算 F浮=G排=m排g =ρ液gV排 物体漂浮或悬浮时，由二力平衡条件得浮力等于重力，即F浮=G 第3节 浮沉的条件及应用 一、物体的浮沉条件 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浮。决定物体在液体或气体中浮沉的条件是物体受到的重力与浮力之间的大小关系。 （2）物体的浮沉条件 物体浸没在液体中时： ①当浮力F浮大于重力G时，物体上浮； ②当浮力F浮等于重力G时，二力平衡，物体悬浮在液体中； ③当浮力F浮小于重力G时，物体下沉。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） ④漂浮于液面的物体，处于平衡状态，其浮力和重力大小相等：F浮=G。 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物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉。 当物体浸没在水中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用。 物体浸没在水中时：V排 = V物= V； 浮力的大小F浮＝ρ液g V排＝ρ液gV；重力的大小G＝ρ物g V物＝ρ物gV。 ①当ρ液＞ρ物时，得出F浮＞G，物体上浮； ②当ρ液= ρ物时，得出F浮= G，物体悬浮； ③当ρ液＜ρ物时，得出F浮＜G，物体下沉。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） （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。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） ④盐水选种：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、虫蛀的种子密度小于盐水的密度就会上浮直至漂浮；而饱满的种子密度大于盐水的密度，则下沉到容器底部。 二、浮力的应用 1. 改变物体浮沉状态的方法 浸入液体中的物体： （1）如果所受重力减小，当重力小于浮力时，物体会上浮； （2）如果所受重力等于浮力时，物体会悬浮； （3）如果所受重力增大，当重力大于浮力时，物体会下沉。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） 2. 浮力的应用实例 （1）潜水艇 ①潜水艇的沉浮原理：因为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浮=ρ液gV排可知，所受浮力基本不变，所以只能靠改变自身重力实现浮沉的。（均选填“浮力”或“重力”） ②潜水艇的浮沉过程分析：阀门打开，海水进入水舱，潜水艇所受重力增大，当重力大小大于浮力大小时，潜水艇下沉。用压缩空气把水舱内的水排出，潜水艇所受重力减小，当重力大小小于浮力大小时，潜水艇上浮。海水进入水舱，潜水艇重等于同体积的水重时，它可以悬浮在水中。 （2）轮船 ①轮船的漂浮原理：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，但是排开的水较多，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。 ②轮船的特点：轮船航行时处于漂浮状态，只要轮船的重力不变，无论轮船是在海里还是在河里，它受到的浮力都不变，因为不同海域中海水的密度不同，所以轮船的吃水线不同。例如，海水密度较大，根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，轮船在海里航行时浸在水下的体积较小。 ③轮船的排水量m排：轮船的排水量表示轮船的大小，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。如一艘轮船的排水量是104 t，说明此船满载时，货物和船身质量之和为104t。 ④轮船的“吃水线”：为了航行安全，轮船的船体上标有多条水平横线，叫“吃水线”，如图所示。“吃水线”对应的是轮船在不同水域、不同季节承载最大载重时浸入水中的深度。 轮船 轮船的“吃水线” （3）热气球和飞艇 热气球和飞艇等在空气中也会受到很大的浮力。热气球内由燃烧器加热的空气和飞艇中充的氦气的密度都比外面空气的密度小，内外气体的密度差导致浮力大小大于重力大小而使热气球和飞艇得以升空。 热气球 密度计 （4）密度计 ①作用：密度计是测量液体密度的仪器。 ②构造：密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管，管的下部装有少量密度较大的铅丸。 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并且是不变的，即 F浮=G。根据F浮=ρ液gV排可知，因为浮力F浮不变，所以把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积小，上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积大，下沉一些。所以密度计的刻度从下往上的示数是越来越小的。（后三空均选填“大”或“小”） 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第7章 浮力（知识清单） 第1节 浮力 一、浮力 1. 浮力 （1）浮力：浸在液体或气体中的物体受到的向上的力，称为浮力，用F浮表示。 （2）浮力的方向： 。 （3）浮力的施力物体与受力物体：施力物体是液体或气体；受力物体是浸在液体或气体中的物体。 2. 称重法测浮力 （1）用弹簧测力计测出物体（ρ物＞ρ液）的重力G=F1； （2）将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中，读出弹簧测力计的示数F2； （3）则物体在液体中所受浮力的大小F浮= ，即弹簧测力计减小的示数就是物体受到的浮力大小。这种测量浮力的方法叫作称重法。 称重法测浮力 运用力的平衡条件求浮力 3. 运用力的平衡条件求浮力 如图所示，浸没在水中的金属块受到三个力的作用：重力G、弹簧测力计的拉力F拉和浮力F浮。在这三个力的作用下金属块处于平衡状态。把F拉和F浮的合力设为F合，这样就可以认为金属块受 和G两个力的作用。因为金属块静止，故所受力为平衡力，即F合=G，又因为F合=F拉+F浮，所以F浮= 。 即浮力的大小等于物体受到的重力与拉力的大小之差。 二、浮力产生的原因 以浸没在液体中的长方体为例进行探究。如图所示，该长方体的六个面分别受到液体的压强（p=pgh）和压力（F=pS），比较大小关系。 位置 前、后两个面 左、右两个面 上、下两个面 深度 相等 相等 上浅下深 压力 F前、F后是一对平衡力，合力为0 F左、F右是 一对平衡力，合力为0 F向下˂F向上， F差= 压强 相等 相等 上小下大 结论：浮力是液体对物体向上和向下的压力差产生的，即F浮= 。 甲 物体部分浸入 乙 物体沉底 2. 两种特殊情况 ①当物体部分浸入液体中时，如甲图所示，上表面不受液体压力，则浮力的大小F浮= 。 ②若浸没在液体中的物体的下表面和容器底紧密接触（接触处没有水），如乙图所示，则液体对物体向上的压力F为 ，物体将不受浮力的作用，只受向下的压力。如在水中的桥墩、拦河坝等。 三、决定浮力大小的因素 1. 探究浮力的大小与物体浸没的深度的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②将物体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数（如图B所示）； ③改变物体在水中浸没的深度，读出弹簧测力计的示数（如图C与D）。 记录数据，计算浮力： 浸没深度h 浅 深 更深 重力G / N 1.0 1.0 1.0 弹簧测力计示数F / N 0.4 0.4 0.4 浮力F浮/ N 0.6 0.6 0.6 结论：浮力的大小与物体浸没液体中的深度 （选填“有关”或“无关”）。 2. 探究浮力大小与物体浸在液体中的体积的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②如图B所示，把物体小部分体积浸入水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图CD所示，增加物体浸在水中的体积，读出弹簧测力计的示数； ④如图E所示，把物体浸没水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 物体浸在液体中的体积V 较小 较大 浸没 重力G / N 2.7 2.7 2.7 弹簧测力计示数F/ N 2.2 2.1 1.7 浮力F浮/ N 0.5 0.6 1.0 结论：浮力的大小跟物体浸在液体的体积有关，物体浸在同一液体的体积越大，浮力越 。 3. 探究浮力大小与液体密度的关系 ①用弹簧测力计测量出金属块A的重力G； ②将金属块A分别浸没在水、酒精和盐水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 液体种类 水 酒精 盐水 重力G / N 3.4 3.4 3.4 弹簧测力计示数F / N 3.0 3.2 2.8 浮力F浮/ N 0.4 0.2 0.6 结论：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 越大，浮力越大。 4. 探究浮力大小与物体密度的关系 ①用弹簧测力计分别测出体积相等的铜块、铝块的重力； ②把铜块、铝块再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。 记录数据，计算浮力： 固体种类 铜块 铝块 重力G / N 9.0 2.8 弹簧测力计示数F / N 8.0 1.8 浮力F浮/ N 1.0 1.0 结论：浮力的大小跟物体的密度 ，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等。（选填“有关”或“无关”）。 5. 探究浮力大小与物体的形状的关系 ①如图（a），用弹簧测力计测出橡皮泥的重力； ②如图（b），将一块橡皮泥浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图（c），将同一块橡皮泥捏成实心五边体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ④如图（d），将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 橡皮泥形状 长方体 五边体 球体 重力G / N 4.8 4.8 4.8 弹簧测力计示数F / N 3.2 3.2 3.2 浮力F浮/ N 1.6 1.6 1.6 结论：浮力的大小跟物体的形状 ，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等。（选填“有关”或“无关”）。 实验结论：浮力的大小与物体浸入液体中的体积及液体的密度有关。液体的密度一定时，物体浸入液体的体积越大，浮力越大。物体浸入液体的体积一定时，液体的密度越大，浮力越大。 第2节 阿基米德原理 一、探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 1. 用力传感器探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 （1）进行实验 ①测量物体所受浮力的大小：将物体逐渐浸入到溢水杯中，通过力传感器A前后两次示数之差可求物体所受的浮力大小。即：F浮=FA1-FA2。 ②测量物体排开水的重力大小：通过力传感器B前后两次示数之差可求出物体排开水的重力的大小。即：G排=FB2-FB1。 （2）记录 次数 物体未浸入水中时 力传感器A的示数FA1/N 物体浸入水中时 力传感器A的示数FA2/N 物体未浸入水中时力传感器B的示数FB1/N 物体浸入水中时 力传感器B的示数FB2/N 1 2.04 0.92 1.04 2.16 2 3 （3）分析：计算物体所受浮力大小：F浮=FA1-FA2= N 物体排开水的重力大小：G排=FB2-FB1= N （4）实验结论：F浮=G排 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液体的 大小。 2. 用常规器材探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 【设计实验】 （1）实验器材：弹簧测力计、物体、溢水杯、小桶、细线、水。 （2）用称重法测量浮力：先测出物体在空气中所受的重力G=F2，再读出物体浸在水中时弹簧测力计的示数F3，则F浮=F2-F3（如下图乙、丙所示）。 （3）用溢水法测量排开水所受的重力：物体排开水所受的重力可以用溢水杯和弹簧测力计测出（如下图甲、丁所示）。溢水杯中盛满水，把物体浸在水中，让排开的水流入一个小桶中，桶中的水就是被物体排开的，用弹簧测力计测出排开的水所受的重力G排=F4-F1。 （4）实验数据表格（见下）。 【进行实验与收集数据】 （1）如图甲所示，用弹簧测力计测量空桶所受的重力G桶=F1。将数据记入表格中。 （2）如图乙所示，将小石块用细线系住，挂在弹簧测力计的挂钩上，测出小石块所受的重力G=F2。将数据记入表格中。 （3）如图丙所示，将水倒入溢水杯中，使水面恰好到达溢水杯的溢水口，将小桶放在溢水口下水能正好流入小桶的位置，然后将小石块慢慢地浸入水中，读出此时弹簧测力计的示数F3，将数据记入表格中。 （4）如图丁所示，测出此时小桶和排开的水所受的总重力F4，将数据记入表格中。 【分析论证】 （1）根据F浮= F3-F2计算小石块在水中受到的浮力； （2）根据G排=F4-F1计算出排开的水所受的重力。 （3）分别计算实验序号1或2或3中物体受到的浮力和排开的水所受的重力，发现F浮=G排。即：浸入水中的物体所受浮力的大小等于它 所受的重力。 次数 小桶所受重力 G桶/N 物体所受重力 G物/N 物体在水中时弹簧测力计的示数F拉/N 小桶和排开水所受的总重力G总/N 浮力 F浮/N 排开的水所受的重力G排/N 1 1.0 2.2 1.4 1.8 0.8 0.8 2 1.0 1.7 1.1 1.6 0.6 0.6 3 1.0 3.6 2.3 2.3 1.3 1.3 【实验结论】大量实验表明： 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。 【交流与讨论】 （1）若先将物体浸入水中测量浮力，再测物体的重力，由于物体沾水会使所测重力偏大，则所测浮力偏 ； （2）若先测桶和排开液体的重力，再测桶的重力，则所测桶沾水重力偏大，所测排开液体的重力偏 。 （3）物块在浸入前，水面要与溢水口相平，若水面与溢水口不平，不会影响浮力的大小，但会导致排到小桶内的水小于物块排开的水的体积，会得出物体所受浮力 于排开的液体所受重力的错误结论。 上述结论早在两千多年前就已经被发现，称为阿基米德原理。 二、阿基米德原理 1. 内容：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液体的重力大小。 2. 数学表达式： F浮=G排 导出式：F浮=G排=m排g=ρ液gV排 公式中各物理量的意义及单位 ρ液表示液体的密度，单位是 ；V排表示排开液体的体积，单位是 ；g表示9.8N/kg； F浮表示物体受到的浮力，单位是 。 各物理量全部采用国际单位制。 3. 对阿基米德原理的理解 ①影响浮力大小的因素：由公式F浮=ρ液gV排可知，浮力F浮的大小只和ρ液和V排 ，与物体的体积、形状、密度、浸没在液体中的深度等因素 （均选填“有关”或“无关”）。 ②适用范围：该定律也适用于气体，物体在气体中所受浮力的大小也等于它排开的 所受的重力，也可用F浮＝ρ气gV排计算。 ③求液体密度、排开液体的体积公式： ρ液=F浮/ gV排 V排=F浮/ gρ液 ④理解“浸在液体中的物体”：浸在液体中的物体包括两种情况：一是物体全部浸入液体中，如图中B物体，也叫浸没；二是一部分体积浸入液体中，如图中A物体。 物体浸没时：V排=V浸=V物；物体部分浸入时：V排=V浸<V物。不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力，都遵守阿基米德原理。 浸入与浸没 推导阿基米德原理 三、理论推导阿基米德原理 设竖直在液体中长方体的底面积为S、高为h，液体密度为ρ液，上、下表面所处的深度及受力情况，如图所示。根据浮力产生的原因和液体内部压强的规律可得，物体上、下表面受到的压力分别为： F1＝p1S＝ρ液gh1S F2=p2S=ρ液gh2S 它所受的浮力大小 F浮=F2-F1= ρ液gh2S -ρ液gh1S =ρ液ghS =ρ液gV体 物体排开的液体所受重力大小G排=ρ液gV排=ρ液gV体 所以 F浮=G排 即浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。 四、计算浮力大小的四种常用方法 称重法 压力差法 公式法 平衡法 浮力等于物体的重力G减去物体浸在液体中时弹簧测力计的拉力F，即F浮=G-F 浮力等于物体上、下表面受到的液体的压力差，即 F浮=F向上-F向下 根据阿基米德原理计算 F浮=G排=m排g =ρ液gV排 物体漂浮或悬浮时，由二力平衡条件得浮力等于重力，即F浮=G 第3节 浮沉的条件及应用 一、物体的浮沉条件 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浮。决定物体在液体或气体中浮沉的条件是物体受到的重力与浮力之间的大小关系。 （2）物体的浮沉条件 物体浸没在液体中时： ①当浮力F浮大于重力G时，物体 ； ②当浮力F浮等于重力G时，二力平衡，物体 在液体中； ③当浮力F浮小于重力G时，物体 。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） ④漂浮于液面的物体，处于平衡状态，其浮力和重力大小相等：F浮=G。 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物与液体密度ρ液的大小关系判断物体的浮沉。 当物体浸没在水中时，受到重力G与浮力F浮两个力的作用。 物体浸没在水中时：V排 = V物= V； 浮力的大小F浮＝ρ液g V排＝ρ液gV；重力的大小G＝ρ物g V物＝ρ物gV。 ①当ρ液＞ρ物时，得出F浮＞G，物体 ； ②当ρ液= ρ物时，得出F浮= G，物体 ； ③当ρ液＜ρ物时，得出F浮＜G，物体 。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） （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 ，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 ； ③石块的密度大于水的密度，所以石块在水中 。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） ④盐水选种：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、虫蛀的种子密度小于盐水的密度就会上浮直至漂浮；而饱满的种子密度大于盐水的密度，则下沉到容器底部。 二、浮力的应用 1. 改变物体浮沉状态的方法 浸入液体中的物体： （1）如果所受重力减小，当重力小于浮力时，物体会 ； （2）如果所受重力等于浮力时，物体会 ； （3）如果所受重力增大，当重力大于浮力时，物体会 。（以上均选填“上浮”、“悬浮”或“下沉”） 2. 浮力的应用实例 （1）潜水艇 ①潜水艇的沉浮原理：因为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浮=ρ液gV排可知，所受 基本不变，所以只能靠改变自身 实现浮沉的。（均选填“浮力”或“重力”） ②潜水艇的浮沉过程分析：阀门打开，海水进入水舱，潜水艇所受重力增大，当重力大小大于浮力大小时，潜水艇下沉。用压缩空气把水舱内的水排出，潜水艇所受重力减小，当重力大小小于浮力大小时，潜水艇上浮。海水进入水舱，潜水艇重等于同体积的水重时，它可以悬浮在水中。 （2）轮船 ①轮船的漂浮原理：把轮船做成“ ”体后放在水里，虽然它所受的重力没有改变，但是排开的水较多，因而受到较大的 力，所以能漂浮在水面上。 ②轮船的特点：轮船航行时处于漂浮状态，只要轮船的重力不变，无论轮船是在海里还是在河里，它受到的浮力都不变，因为不同海域中海水的密度不同，所以轮船的吃水线不同。例如，海水密度较大，根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，轮船在海里航行时浸在水下的体积较小。 ③轮船的排水量m排：轮船的排水量表示轮船的大小，指轮船装满货物时排开水的 ，等于轮船和货物的总质量。如一艘轮船的排水量是104 t，说明此船满载时，货物和船身质量之和为104t。 ④轮船的“吃水线”：为了航行安全，轮船的船体上标有多条水平横线，叫“吃水线”，如图所示。“吃水线”对应的是轮船在不同水域、不同季节承载最大载重时浸入水中的深度。 轮船 轮船的“吃水线” （3）热气球和飞艇 热气球和飞艇等在空气中也会受到很大的浮力。热气球内由燃烧器加热的空气和飞艇中充的氦气的密度都比外面空气的密度小，内外气体的密度差导致浮力大小大于重力大小而使热气球和飞艇得以升空。 热气球 密度计 （4）密度计 ①作用：密度计是测量液体密度的仪器。 ②构造：密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管，管的下部装有少量密度较大的铅丸。 ③原理：密度计放在液体中都是 的，因此受到的浮力始终等于它受到的重力并且是不变的，即 F浮=G。根据F浮=ρ液gV排可知，因为浮力F浮不变，所以把它放在密度比较大的液体里，它浸入液体的体积 ，上浮一些；把它放在密度比较小的液体里，浸入液体的体积 ，下沉一些。所以密度计的刻度从下往上的示数是越来越 的。（后三空均选填“大”或“小”） 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 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