10.1浮力你知道產(chǎn)生這些奇妙現(xiàn)象的原因嗎?游船、鴨子能在水面游弋，海洋中巨大的冰山能在水面漂浮(圖10.1-1)，是什么力量把它們托起來的呢?圖10.1-1冰山浮力游船、鴨子、冰山都受到重力的作用，但卻沒有因此而沉入水底，這表明水對它們有一個向上托起的力。浸在液體中的物體受到向上的力，這個力叫作浮力(buoyancyforce)漂浮在水面的物體受到浮力，浸沒在水中的物體也受到浮力嗎?例如，圖10.1-2中，沉入水底的石塊會受到浮力嗎?如果浸沒在水中的物體會受到浮力的話，怎樣測量此時浮力的大小呢?圖10.1-2沉入水底的石塊測量浸沒在水中的鋁塊所受的浮力1.如圖10.1-3甲所示，在彈簧測力計(jì)下懸掛一個鋁塊，鋁塊靜止時，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)，這就是鋁塊所受重力的大小。圖10.1-3測量鋁塊所受的浮力圖10.1-3測量鋁塊所受的浮力2.把鋁塊浸沒在水中(圖10.1-3乙)，鋁塊靜止時，看看彈簧測力計(jì)的示數(shù)有什么變化。想一想，為什么示數(shù)會有變化，它說明了什么問題?算一算，彈測力計(jì)的示數(shù)變化了多少?圖10.1-3測量鋁塊所受的浮力從以上實(shí)驗(yàn)步驟1、2可以看到，鋁塊浸沒在水中后，彈簧測力計(jì)的示數(shù)減小了，說明浸沒在水中的鋁塊受到了浮力的作用。圖10.1-3甲、乙中彈簧測力計(jì)示數(shù)之差，就是浮力的大小。圖10.1-3測量鋁塊所受的浮力3.改變鋁塊在水中浸沒的深度(圖10.1-3丙)，看看示數(shù)是否有變化。從實(shí)驗(yàn)步驟2、3可以看到，彈簧測力計(jì)的示數(shù)沒有變化，說明浸沒在水中的鋁塊所受浮力的大小，跟鋁塊所到達(dá)的深度沒有關(guān)系。浸沒在水中的鋁塊受到三個力(圖10.1-4)：重力G、彈簧測力計(jì)的拉力F拉和浮力F浮。在這三個力的作用下鋁塊處于平衡狀態(tài)。把F拉和F浮的合力設(shè)為F合，這樣就可以認(rèn)為鋁塊受F合和G

兩個力的作用。你能證明F浮＝G－F拉嗎?圖10.1-4分析鋁塊的受力圖10.1-4分析鋁塊的受力如圖所示，物體浸在水中時，受到重力G、彈簧測力計(jì)的拉力F拉和浮力F浮三個力的作用，此時F＝F拉＋F浮，根據(jù)力的平衡條件可知，物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的向上的力與物體受到的向下的力大小相等，F(xiàn)合＝G，即F浮＋F拉＝G，所以F浮＝G－F拉。決定浮力大小的因素浮力的大小與哪些因素有關(guān)呢?有同學(xué)根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)提出了以下猜想。猜想1：浮力的大小與物體浸在液體中的體積有關(guān)。他的根據(jù)是：用手把一個空礦泉水瓶壓入水中，礦泉水瓶浸入的體積越大越費(fèi)力。猜想2：浮力的大小與液體的密度有關(guān)。你同意嗎?請說出你的根據(jù)。你還有哪些猜想?請說出猜想的根據(jù)。探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)思路由以上猜想，浮力的大小可能與物體浸在液體中的體積、液體的密度等因素有關(guān)。要探究浮力的大小是否與這些量有關(guān)，需要逐次探究，每次探究浮力的大小與其中一個量的關(guān)系，其他量要保持不變。實(shí)驗(yàn)過程1.為探究浮力的大小是否與物體浸在液體中的體積有關(guān)，可以逐漸增大物體浸在液體中的體積，觀察和記錄浮力大小的變化，如圖10.1-5所示。圖10.1-5探究浮力的大小是否與物體浸在液體中的體積有關(guān)2.為探究浮力的大小是否與液體的密度有關(guān)，可以把同一個物體浸沒在不同的液體中，測量并記錄浮力的大小。還可以用控制變量的方法檢驗(yàn)其他猜想。實(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，你得出了什么結(jié)論?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：物體在液體中所受浮力的大小，與它浸在液體中的體積有關(guān)，與液體的密度有關(guān)；物體浸在液體中的體積越大，液體的密度越大，所受的浮力就越大。浮力產(chǎn)生的原因?yàn)槭裁唇]在液體中的物體會受到浮力?這是因?yàn)橐后w內(nèi)部存在壓強(qiáng)，而且深度不同其壓強(qiáng)不同。如圖10.1-6所示，我們研究浸沒在液體中的長方體的受力情況。h2h1F1F2設(shè)長方體的底面積為S，高為h。則：F浮＝F2－F1

＝p2S－p1S

＝ρ水gh2S－ρ水gh1S

＝ρ水g(h2－h(huán)1)S

＝ρ水ghS

＝ρ水gV＝G排h圖10.1-6水對長方體上下表面的壓力不同長方體兩個相對的側(cè)面所受液體的壓力相互平衡，物體水平方向所受力的合力為0。長方體上、下表面所處的深度分別記為h1、h2，h2＞h1，因此，液體對長方體下表面的壓強(qiáng)要大于液體對上表面的壓強(qiáng)。圖10.1-6水對長方體上下表面的壓力不同考慮到長方體上、下表面的受力面積是相同的，所以，液體對長方體向上的壓力F2

大于液體對它向下的壓力F1。浸沒在液體中的物體，其上、下表面受到液體對它的壓力不同，這就是浮力產(chǎn)生的原因。陷在河底泥沙里的船立在河床上的橋墩注意：物體下表面沒有液體(或與底部密合)時，不受浮力。?請你從日常生活或常見的自然現(xiàn)象中，舉例說明浸在液體中的物體會受到浮力。一切浸在液體中的物體，只要底部與容器底部接觸不十分緊密時都受浮力，所以只要物體放在水中就會受浮力。如在水中下沉的鐵塊、在河面航行的小船、按入水中的兵乓球等。?彈簧測力計(jì)下懸掛一個重物，在空氣中稱量時的示數(shù)如圖10.1-7甲所示，把重物浸在水中時的示數(shù)如圖10.1-7乙所示。重物浸在水中時所受的浮力是多少?圖10.1-7讀出甲的示數(shù)即物體的重力G＝3.2N，讀出乙的示數(shù)即為物體浸入水中時受的拉力F1＝2.2N，由F浮＝G物－F拉得浮力F浮＝G－F1＝3.2N－2.2N＝1N。?一個豎直懸掛在水中的圓柱體，上表面受到水的壓力為5N，下表面受到水的壓力為13N。你認(rèn)為這個物體受到水的浮力是多少?由浮力的產(chǎn)生原因知：F浮＝F向上－F向下＝13N－5N＝8N。?有同學(xué)根據(jù)石塊在水中是下沉的，木塊在水中是漂浮的猜想浮力的大小可能與物體的密度有關(guān)。你能判斷他的猜想是否正確嗎?若能，請說出你的辦法。不正確。驗(yàn)證方法如下：[實(shí)驗(yàn)器材]彈簧測力計(jì)、燒杯、細(xì)線、水、兩塊體積相同的銅塊和鐵塊。[實(shí)驗(yàn)步驟](1)用彈簧測力計(jì)分別測出所選銅塊和鐵塊在空氣中受到的重力G1

和G2。(2)將彈簧測力計(jì)下端掛著的銅塊和鐵塊浸沒在水中，分別記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)為G3

和G4。(3)根據(jù)F浮＝G－F拉，分別求出兩次的浮力。[分析與結(jié)論]通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)浮力相等，即G1－G3＝G2－G4，這說明浮力的大小與物體的密度無關(guān)。1.(株洲中考)在“測量浮力大小”的實(shí)驗(yàn)中，由圖甲可知金屬塊受到的重力是_________N，現(xiàn)將金屬塊完全浸沒到水中，彈測力計(jì)的示數(shù)變?yōu)槿鐖D乙所示，則金屬塊受到水的浮力是_________N。1.40.42.(畢節(jié)中考)在“探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時，小麗將個物塊掛在彈簧測力計(jì)下，并逐漸使其浸入水中，實(shí)驗(yàn)過程和對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖甲、乙、丙