1.3-第三节水的浮力、浮力产生的原因、阿基米德原理解析

“水能载舟”“亦能覆舟”2014.4.16韩国”岁月”号客轮发生浸水事故下沉。

传说罗马军队抓到几个犯人，准备把他们处死。他们把犯人戴上手铐脚镣扔进死海。可是，犯人怎么也沉不下去，罗马人以为是神在保护他们，就赶紧免去了他们的死罪。

为什么淹不死他们？是神在保护他们吗？死海——不会被淹死的海小故事

在死海中游泳的人平躺在水面上也不会下沉甚至可以躺在水面上静静地看书。死海:不死:

因为死海中含盐量太大了，所以湖水里除了某些细菌以外，其他生物都不能生存，沿岸草木也很稀少，湖泊周围死气沉沉。大家也就把它叫做“死海”。资料这一切都是因为-----_____浮力第一、二课时轮船为什么会漂浮在水面上？轮船在水中受到浮力。11.将一个空塑料瓶的瓶盖旋紧，然后把它压入水中，如图1-15所示，你的手有什么感觉？感觉瓶子向上顶。2.将手松开后，观察瓶子运动的情况？瓶子上浮。3.用乒乓球、塑料小玩具等会上浮物体再次感受。1.静止在手上的空矿泉水瓶受到哪几个力的作用？2.这两个力有什么关系？是一对平衡力：Ｆ托＝ＧＦ托Ｇ【思考1】重力与手对空矿泉水瓶的托力将空矿泉水瓶放在水中2.这两个力有什么关系？重力与水对空矿泉水瓶的托力Ｆ托Ｇ1．空矿泉水瓶在竖直方向上受哪几个力的作用？是一对平衡力：Ｆ托＝Ｇ【思考2】

根据二力平衡知识，空矿泉水瓶除受到

作用外，还受到水对它

的力，这种力叫做

。浮力？竖直向下的重力竖直向上托浮力

在液体中的物体受到液体竖直向上托的力。潜艇在水中水中天鹅结论1：在水中会上浮的物体受到向上的浮力。那么，在水中会下沉的物体是否也会受到水的浮力呢？探究：在水中下沉的物体是否也受到浮力？猜想：设计实验：事实与证据：得出结论：交流与评价：在水中下沉的物体会受到水的浮力。用弹簧秤来测出物体在空气中和在水中所受的力，进行比较。

如何用弹簧测力计测浸在液体中的物体受到的浮力大小？1.力的测量工具是什么？弹簧测力计3.它们在水中是否也受到浮力作用呢？思考2.你知道在水中会下沉的物体有什么？有石块、硬币、针等【讨论】1.将物体挂在弹簧测力计下，记下弹簧测力计的读数。F=G物=

。活动2.托住悬挂的物体，记下弹簧测力计的读数。（演示三）

F=G物-F拉

=

。小实验

用手托一下悬挂在空气中的物体，使弹簧测力计的读数变小。问：弹簧测力计的读数变小的原因？物体受到手对它向上的托力。

将物体浸入水中，你发现了什么？弹簧测力计的读数变小了。说明了什么？水对物体有一个向上的托力。思考3.再将物体浸入水中，记下弹簧测力计的读数。（演示二）

F=G物-F拉=

。活动4.比较弹簧测力计的读数变化，你能得出什么结论？弹簧测力计的读数变小结论2：在水中会下沉的物体也受到竖直向上的浮力求浮力大小的方法方法一、称重法F浮力=F空气F水中－=G－G′这种方法的适用条件是什么？物体在液体中能够下沉。结论物体浸在其他液体中也会产生浮力吗？3将物体浸入酒精中，观察弹簧测力计的读数F3=__牛。浸入水中的物体受到浮力，浸入其他液体中的物体也受到浮力吗？（如果换用盐水做实验，你又观察到了什么现象？得到了什么结论？）结论3：所有的液体都会对浸入其内的物体产生一个竖直向上的浮力。“浸入”包括完全浸没和部分浸入。①完全浸没时：V浸入=V物体②部分浸入时：V浸入=V物体V露出－浮力的方向：竖直向上气球、热气球飞向天空气体会产生浮力吗？

有什么事实(实例）可以说明气体对物体也有浮力呢？讨论热气球升空.ram飞艇.ram在空气中会上浮的物体受到向上的浮力

结论物体浸在气体中也会产生浮力吗？4

打足了气的篮球，气孔上插有打气针，打气针的另一端通过导管、橡皮塞和气球囊连接。导管阀门开始处于关闭状态，现将阀门打开。你将看到什么现象？气球胀大，同时杠杆左端上升。结论4：浸入气体中的物体也受到向上的浮力。一、浮力的概念浸在液体或气体中的物体受到液体或气体对它向上的托力。浮力的方向如何？现象：不管烧杯如何倾斜，线都是竖直的。结论：浮力的方向总是竖直向上。用一只乒乓球系上一根线，下面系一重物，放入盛有水的烧杯，观察线的方向。然后使烧杯倾斜，再观察。5二、浮力的方向浮力的方向总是竖直向上。F

G三、浮力的大小方法一、称重法F浮力=F空气F液体中－=－G′G求浮力大小还有其他方法吗？浸入液体或气体的物体为什么会产生浮力呢？思考：让我们先来回顾一下液体压强的特点：你想过吗？（１）水和其它液体的内部都存在着压强，液体的压强随深度的增加而增大；（２）在同一深度，液体向各个方向的压强都相等；（３）液体的压强还跟液体的密度有关，密度越大，压强越大．交流讨论让我们一起来看看，浮力产生的原因：原因1原因2浮力产生的原因

设想有一个立方体的浸没在水中它的六个表面都受到压力。左右两侧受到的压力有何关系？前后两侧受到的压力有何关系？

上下两面受到的压力有何关系？上下两个面的压力的差，就是液体对物体的浮力。F浮=F-F′浮力方向总是竖直向上的

立方体浸没在水中，其左右两个侧面和前后两个侧面的面积分别相等，并且相对应的部位，距水面的深度相同，水对它们的压强相等．所以立方体左右两个侧面和前后两个侧面受到水的压力的大小分别相等，方向分别相反．利用压力差法求浮力的公式求浮力的第二种方法

由于液体（或气体）深度不同对物体向上、向下的压力差产生的。F1F2F3F4F3、F4相互抵消（平衡）F浮=F2

–

F1浮力产生的原因F2

>F1下表面比上表面水深结论：

浮力就是液体对物体向上和向下的压力差。F浮=F向上－F向下（浮力方向总是竖直向上）实质：上下表面的压力差1液体对上表面的压力1压力之差：定量F向上h1F向下h0F向下=ρ液gh1s方向向下液体对下表面的压力F向上=ρ液g（h1+h0）s方向向上

F=F向上—F向下=ρ液g（h1+h0

）s—ρ液gh1

s=ρ液gh0

s=ρ液gV排=F浮注意：浮力的施力物体是包围物体的液体。浮力是包围物体的液体从各个方向对物体施加压力的总效果的表现。浸在液体里的物体是受力物体，对物体进行受力分析时，考虑到物体所受浮力时，就不要考虑液体对物体的一些压力了。推广1：若物体没有全部浸没呢？物体没有受到向下的压力F浮=F向上=ρ液gh

s=

ρ液gV排推广2：形状不规则的物体呢？

浮力仍然是物体所受液体的压力的合力（总效果）思考题：

潜水艇陷进泥沙中很难浮起，这是为什么？

把一块腊块放入烧杯里，让腊块紧贴烧杯底，加入水，观察腊块会否上浮？然后拨动腊块，使之不再紧贴烧杯底，观察能否上浮，请分析实验现象的原因。动手实验答：水对腊块的底部没有向上的压力,由压力差法知腊块没有受到向上的浮力。1思考

为什么图1的蜡块会漂浮在水面上，而图2的腊块却沉在水底？2

浮力消失了吗？

当物体与容器底部紧密接触时，两个接触面间就没有液体渗入，物体的下表面不再受液体对它向上的压强，液体对它就失去了向上托的力，浮力当然随之消失了。1874年8月的一天，在大西洋亚速尔群岛的西南方，有一艘深海考察潜艇，为研究海底矿产资源的分布，正在向深处下潜。舱内的考察人员被海底迷人的景色陶醉了，致使下潜速度过大，船体猛然撞到海底，陷入海底的沉积物中了。船员把潜艇水舱中的水全部排出，企图上浮。奇怪的是，潜艇丝毫不动，像被海底“吸”住一样。这是为什么？难道浮力真的消失了吗？怎么办？你能替他们想出摆脱困境的办法吗？问题

如果物体的下表面不与液体接触，不受液体向上的压力，这个物体就不受浮力作用。

立在河床上的桥墩；陷在河中泥里的脚；打在河底的木桩，它们受到浮力吗？注意：

如图所示，两个正方体物块A、B分别与容器底部和侧壁紧密接触（即容器壁与物体间无液体），往容器中倒水。则下列说法正确的是（）

A.都受浮力B.都不受浮力C.A物块受浮力、B物块不受浮力D.A物块不受浮力、B物块受浮力ABC

有一长方体木块，平放在水中，上表面受到水向下的压力为5牛，受到水的浮力为9.8牛，那么下表面受到水向上的压力为多大?F向上=

F浮+F向下

=9.8牛+5牛=14.8牛

物体处于密度为ρ的液体中,物体体积为V,物体的上下表面受到液体的压力分别为F1、F2，则下列叙述正确的是（）AF1一定大于F2

BF2一定大于F1CF浮=F2-F1DF浮=ρgVF1F2D

有一实心长方体金属块挂在弹簧秤上，静止时弹簧秤读数为F1；将此金属块全部浸没在水中，静止时弹簧秤示数为F2。据此实验及所得数据，一定不能求出的量是（）A金属块上、下表面压力差B金属块上、下表面压强差C金属块的质量D金属块的密度B1

.浮力：浸在液体(或气体)中的物体受到的液体(或气体)竖直向上托的力叫做浮力。2

.浮力方向：总是竖直向上3.浮力产生的原因：是物体表面的上下表面压力差。课堂小结1、一个重为6牛顿的木块,漂浮于水面,作出木块的受力图示

3NG=6NF浮=6N巩固作业2、一个重为1牛的钩码，挂在弹簧秤钩上，当钩码浸在水中时弹簧秤的读数是0.87牛，这个钩码受到的浮力是_____牛，浮力的方向__________，浮力的施力物体是_______。0.13竖直向上水巩固作业3、一个浸没在水中的物体，水对它向上的压力是５牛，向下的压力是３牛，那么水对物体的浮力是多少？4、物体重为５０牛，受到的浮力为１０牛，则物体在水中的重力是多少？（２牛）（4０牛）巩固作业5、将一物体悬挂于弹簧秤下，在空气中称量时，弹簧秤示数为18N，将物体全部浸入水中称量时，弹簧秤的示数为8N，则物体所受水的浮力为____N.10巩固作业6、一桥墩浸没在水中的体积是

25m,它所受到的浮力为(0)牛。3浮力大小的相关因素1．在图1-15所示的活动中，用手将塑料瓶浸入水中，你有什么感觉？水槽中的水发生了什么变化？感觉瓶子向上顶，水槽水面会上升。2.瓶子向上顶说明了什么？水槽中的水面为什么会上升？瓶子向上顶说明瓶子受到水向上的浮力。水面会上升是因为瓶子浸入水中后，会排开一部分水。3.塑料瓶浸入水中的体积越大，手会感觉越费劲。根据这一事实，你认为浮力的大小可能跟哪些因素有关呢？浮力的大小跟物体排开液体的多少有一定的联系。建立假设：排开的液体越多，受到的浮力越大。你还有什么生活经验为这个假设提供支持呢？在海上的轮船，船大的，物体排开海水的多，受到的浮力就大，载物就可以多。4.用图1-17所示的器材，以小组为单位，定性研究浮力的大小跟物体排开水的多少的关系。将物体逐渐浸入水中时。浸入体积增大，排开水的体积也逐渐增大。弹簧测力计的读数逐渐变小，受到向上的浮力逐渐增大。（1）要定量研究水的浮力大小与物体排开水的多少的关系，需要做什么？（B）需要测量物体排开水的多少？（A）需要测量浮力的大小？（用什么方法？）称重法（多少指什么量？）体积？质量？重力？排开水的体积（如何测量排开水的体积？）实验设计：质量重力（2）图1-18中，量筒和溢杯在你的研究中有什么用？量筒：可以测量出排开水的体积溢水杯：可以把被物体排开的那一部分水单独取出来（3）实验中需要直接测量哪些量？A、测物体的重力G物B、测浸入水中的拉力F拉C、测出排开水的体积V排水ABC实验步骤：（1）在溢水杯中盛满水，将小烧杯放在溢水杯的出水口下方（2）将物体悬挂在弹簧测力计上，用弹簧测力计测量出物体的重G物（3）将物体浸没在溢水杯的水中，读出水中的拉力F拉（4）将溢水杯溢出的水注入量筒内，测出它的体积V排水（5）将上述数据填入下面的实验记录表中实验一实验数据记录表物体的重G物浸入水后弹簧测力计读数F拉物体受到水的浮力F浮物体排开水的体积V排水物体排开水的重力G排水F浮与G排水关系（6）分析处理以上实验数据，得出结论。G排水F浮

=实验二实验结论：G排水F浮

=阿基米德原理：浸在液体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。（阿基米德原理同样适用于气体浮力的计算）公式推导：F浮＝G排液＝m排液g＝ρ液

gV排液把水换成别的液体，仍然可以得出相同的结论。方法二、阿基米德原理法三、浮力的大小F浮＝G排液＝ρ液

gV排液从公式可看出浮力的大小与液体的密度大小有关，与物体排开的液体体积多少有关，与物体浸入时的深度无关。一个容器盛有50牛顿的水，物体浸入其中，问能否产生大于50牛顿的浮力？能产生。浮力等于排开液体所受到的重力，而不是容器中液体的重力。解析：如果有一个物体它浸入水中，包裹着它的水的厚度可以无限薄，那么1牛顿的水其实可以包裹无限大的物体，即排开水的重力可以无限大，根据F浮=ρgV排可知，对浸入其中的物体所产生的浮力可以无限大．例：1牛顿的水对浸入其中的物体所产生的浮力（）

A．可以小于0.5牛B．不可能大于0.5牛

C．可以大于1牛D．不可能大于1牛AC2.用阿基米德原理进行计算时，注意计算过程中的单位要统一。阿基米德原理的理解和运用。1.对阿基米德定理公式的理解应注意：（1）公式中是液体的密度，而不是浸入液体的物体的密度。（2）公式中V排液，是浸入液体时排开液体的体积。物体可以完全浸入，也可以是部分浸入。（3）公式中G排液，是排开液体所受到的重力，而不是容器中液体的重力。[例题]在抗洪抢险中，某村民自制了一个总体积0.7米3的竹筏，放入河水中时有1/5体积浸入水中。（1）此时竹筏受到的浮力有多大？（2）要使水对竹筏产生4500牛的浮力，竹筏应有多大的体积浸入水中？解：（1）竹筏放在河水中时，排开河水的体积为：V排水=0.7米3×1/5=0.14米3根据阿基米德原理，可得此时竹筏受到的浮力为：F浮=ρ水gV排水

=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.14米31372牛=（2）已知F′浮=4500牛，将阿基米德原理表达式F′浮=ρ水gV′排水进行变形，可得：V′排水=F′浮ρ水g=4500牛1.0×103千克/米3×9.8牛/千克≈0.46米3答：（1）竹筏放在水中时受到的浮力为1372牛；（2）竹筏应有约0.46米3的体积浸入水中，才能使水对竹筏产生4500牛的浮力。练习:将质量是2.37千克的钢块浸没在水中，它受到的浮力为多大?ρ钢=7.9×103千克/米3小结一、浮力的概念及产生原因浸在液体或气体中的物体受到液体或气体对它向上的托力。浮力产生原因：液体对物体向上和向下的压力差二、浮力的方向浮力的方向总是竖直向上。三、浮力的大小方法一、称重法F浮力=－G′G方法三、阿基米德原理法F浮＝G排液＝ρ液

gV排液方法二、压力差法：F浮=F下—F上2、轮船的铁锚从水下深处向上提起，直至完全提出水面，这个过程中，铁锚受到的浮力（）A．逐渐变小B．保持不变C．先保持不变，后逐渐变小D．先逐渐变小，后保持不变1、两物体分别挂在弹簧秤下,将它们同时浸没在水中，两弹簧秤的示数减小的值相同，则两物体必须具有相同的物理量是---------------------（）A、密度B、体积C、质量D、重力BC3．有一个氦气球，其体积为2000米3，若空气的密度为1.3千克/米3，则氦气球在空中受到的浮力为多大？4、有一金属块A在空中称重是14.7牛，把金属块浸没在水中，弹簧测力计的读数为9.8牛，试问：金属块受到的浮力多大?排开水的体积多大?此金属块的密度是多少?5、例题：观察如图所示的实验图形，你认为它是研究_____________的实验，并回答下列问题。1．由A、B两次实验得______________。2．由A、B、C三次实验得__________。3．由B、D两次实验得出结论：________。浮力的计算例1：如图所示，边长为10厘米的正方体，其上表面距水面2厘米请分别用阿基米德原理和求压力差的办法来计算它受到的浮力。已知：ρ=1.0×103千克/米3，9.8牛/千克，V物=(0.1米)3=0.001米3，

h上=0.02,h下=0.02米+0.1米=0.12米，S上=S下=(0.1米)2=0.01米2求：F浮解：（1）用阿基米德原理来计算V排=V物=0.001米3F浮=ρ液·g·V排（2）用压力差的办法计算：F向上=P下·S下=ρ液·g·h下·S下F向下=P上·S上=ρ液·g·h上·S上F向上－F向下可见，F浮=F向上－F向下=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.001米3=9.8牛=1.0×103千克/米3×0.12米×0.01米2=11.76牛=1.0×103千克/米3×0.02米×0.01米2=1.96牛=11.76