9.4 浮力 讲义 2025-2026学年苏科版物理八年级下册
浮力
1.浮力定律
浸没在气体(或液体)中的物体会受到气体(或液体)向上托举的力,这个竖直向上的力我们叫做浮力。生活中热气球、氢气球能漂浮在半空中,受到的是空气浮力;潜艇、航空母舰悬浮或漂浮在海洋中,受到的是海水的浮力。
热气球 航空母舰 深潜器
浮力的方向总是竖直向上的,恰好与重力的竖直向下相反。那浮力的大小如何确定?我们用一个实验来探究浮力大小的计算公式。如图甲,将一个重为10N的铁块浸入烧杯中,由于烧杯中的水位在溢水口,因此当铅块完全浸入时水受到挤压流入下方小杯子中。图乙中可以看出当铁块完全浸入水中时,弹簧测力计的读数变为6N。也就是说铁块轻了4N,显然这4N就是铁块受到的浮力,而下方杯子中的水重量经过称量也是4N。我们猜测:物体所受浮力等于排开液体的重量。这其实是阿基米德在躺入浴缸时看着哗哗流出的洗澡水所得到的猜测,经过千百年的检验,这个结论依然正确。因此,浮力定律又叫做阿基米德定律。 所排开水的重量我们叫做排水量,排开水的体积叫做排水体积,排水体积就是物体浸没在水中的体积;根据阿基米德定律:
排水量所用的单位是立方米(),因此要牢牢记住单位之间的进率。有个很方便的记忆方式:
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例1:将边长为10cm的正方形铝块完全浸入水中
(
g=10N/kg )
(1)求铝块所受到的浮力大小
(2)求弹簧测力计的示数
(1) 铝块全部浸入水中,铝块的体积就是排水体积
V=10cm*10cm*10cm=1000
V=1000=1000*
=
(2) =2.7kg
例2:(根据浮力求物体体积)
圆柱体重量为2N,将圆柱体的一半浸入水中,此时弹簧测力计的示数为1.2N,
求圆柱体的体积。
分析:圆柱体只有一半浸没在水中,排水体积就是物体浸没在
水中的体积,因此
- 关于浮力的受力分析
分类 | 漂浮 | 悬浮 | 沉底 |
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示例 | 泡沫、鸭子可以漂浮在水面 | 潜艇、海豚悬浮在水中 | 石头扔入水中会沉底 |
条件 | |||
受力 分析 | |||
结论 |
当物体处于漂浮或悬浮状态时,根据二力平衡总有,也就是说在漂浮或悬浮状态下的物体所受浮力不变。比如说长江里的船进入大海中时,由于海水的密度比淡水大,因此船身的吃水会变浅,但是不论在淡水还是海水中船所受浮力都等于其自身重力。下面我们用一个实验来理解这件事情,一个鸡蛋沉入水底,当我们往水中加大量实验盐并重新将鸡蛋放入水中,鸡蛋会上浮至水面,而且加入的盐越多那么鸡蛋漏出水面部分越多。
(a) (b) (c) (d)
只要加的盐足够多,盐水的密度足够大,那么人也可以漂浮在水面上。在地球数千万年的地质构造中形成了许多美丽的盐湖,其中最神奇的是位于中东的死海,由于其含盐量足够高所以人们可以躺在水面上听歌看报纸甚是惬意。但是由于气候的变化,死海也逐渐在干涸。美丽的风景不会一直等待我们,有空的话多出去走走看看。
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密度计是一个空腔玻璃管,玻璃管上窄下宽,管中下部放置一个配重,玻璃管上面的窄部标着刻度。使用时,密度计始终漂浮在被测液体中,读数时以液面为基准线。
在生活中我们可以自制一个密度计,取一截塑料管,将塑料管一端封闭,外加入一些沙子当做配重,接下来就是如何给密度计画刻度。通过天平测出密度计的质量为m,密度计的底面积为S,密度计浸入水中的深度为h。由于密度计始终漂浮在水中,因此始终有
,设待测液体的密度为ρ。
现在得到了刻度ρ与浸入深度h之间的关系。我们在上一节知道,给水中的盐加的越多密度计上浮出水面部分越多,即浸入水中深度越少。因此密度计的刻度是小刻度在上,大刻度在下。从公式上来说ρ与h成反比,浸入深度越深,ρ越小。
淡水 盐水
最后一个问题是如何提高密度计的精度,从直觉来说一定是取一根更细的管子,因为语文词汇精细、精密就给出了答案。当然,我们应该从数学上来证明这件事情。密度计越精密,意味着两个固定刻度、
之间的距离越长,这样才能细分出更多刻度。设密度为
的液体其浸入水中深度为
,密度为
的液体其浸入水中深度为
。
根据公式我们知道,想要提高密度计精度:①增加密度计质量 ②减小密度计的横截面积
习题
如图1是利用水和盐水等器材来研究浮力的实验过程,
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