浮力概念的引入
冰山为何能够在海洋上漂浮?巨大的邮轮在海中航行,是什么力把巨大的邮轮托在海面上的?潜水艇为何能够在海中自由上下移动?这些都是浮力的作用。
浮力是如何产生的呢?为什么一块木头能浮在水面上,而一块铁会沉入水底?是铁块不受浮力作用吗?这些都是我们10.1《浮力》要研究的内容。
浮力的概念
浸在液体中的物体,受到液体竖直向上的力,这个力叫做浮力。
无论是漂在液体表面的物体,还是沉在液体底部的物体,还是处于液体中部的物体,都会受到浮力的作用。
浮力的本质
浸在液体中的物体,下表面的压力比上表面的压力大,这个压力差就是浮力。
请同学们看王尚老师的上述视频来理解。
实验:测量铝块浸没在水中所受的浮力
如图所示,利用弹簧测力计、铝块、含水的容器来研究浸没在液体中的物体浮力是否存在。
实验步骤:
1.直接用弹簧测力计测量铝块的重力。
2.把铝块浸没在水中,观测弹簧测力计的示数是否与原来一致?
实验结论:
浸没在水中的铝块,受到浮力的作用。
受力平衡方程:F1=G;F2+F浮=G;
弹簧测力计示数变化量,即为铝块所受浮力的大小。在上述图像数据中,两个弹簧示数差(2.4N-1.8N=0.6N),即为铝块所受到的浮力大小。
浮力产生的原因
对上述实验模型进行理论分析,探究浮力的来源。
对浸没在水中的长方体铝块进行受力分析(上图中并未画出绳子),因为我们要研究的是水的浮力问题,因此仅对水对铝块的作用力进行分析。
铝块的前后左右四个面,受到的水的作用力(由压强所产生)是对称,互相抵消。
在图中仅仅分析了左右两个面的力,根据对称性可知,向左和向右的力,大小是相等的。
浸入水中的铝块上、下两个面,深度是不一样的,即上、下面所受到的水的压强(ρgh)是不相等的。
如图,深度分别标记为h1和h2,显然h2<h1;
如前所述,铝块的上、下两个面的压强是不一样的,而面积是相等的,根据压力与压强关系(F=pS)可知:
上下两个面上存在压力差,这个压力差就是浮力产生的原因
(下表面的压力大于上表面的压力),这就是浮力产生的原因。
F浮=F下-F上 (F浮=F上-F下) 。这部分内容不好理解,还是推荐查看王尚老师的视频讲解。
决定浮力大小的因素
物体在液体中所受浮力的大小,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:探究浮力大小与哪些因素有关
我们前面直接告知了决定浮力大小的因素,这其实是我们实验得到了。下面我们来讲解教材中的实验:探究浮力大小因素与哪些因素有关。
利用上述铝块实验设备,测量铝块不同参数下的浮力大小,探究浮力大小与哪些因素有关。
1.浮力的大小是否跟物体浸没的体积有关?实验结论:有关。体积越大,浮力越大。
2.浮力的大小是否跟物体浸没的深度有关?实验结论:无关。
3.浮力的大小是否跟液体的密度有关?实验结论:有关。密度越大,浮力越大。
浮力公式归纳
浮力的计算公式只有如下三种:
(1)阿基米德原理求F浮
阿基米德原理内容:浮力的大小,等于物体排开液体所受到的重力。
阿基米德原理公式可表示为:
F浮=G排=ρgV排;
(2)二力平衡求F浮
除了阿基米德原理外,还有一个常见的求解浮力的方法,那就是F浮=G物;
要注意,F浮=G物只有在物体悬浮,或漂浮于液体表面的时才可使用。
因为只有这个时候物体处于二力平衡状态,实际上这个公式就是通过受力分析得到的。
(3)受力分析求F浮
还有更复杂的浮力计算方法,那就是三力平衡,或者是四力平衡,甚至更多力平衡的问题。
这种问题,同学们必须画出受力图来分析了。
比如,物体在浮力、重力、绳子拉力下处于平衡态,画出受力图后,可以得出浮力公式就是:
F浮=G物-F拉
物体在浮力、重力、向下的压力下处于平衡态,画出受力图后,可以得出浮力公式就是:
F浮=G物+F压
类似的情况还有很多。总之,这类更复杂,受力更多的题就需要你画出受力图,进行受力分析。
我们把这类问题统称为:利用受力分析求解浮力大小的方法。再难的物理题,也只有这三种计算浮力的方法。
浮力定律
浮力的大小,等于物体排开液体所受到的重力。这就是浮力定律。
浮力产生的原因
浮力是由于浸在液体中的物体上下底面的压力差产生的。
浮力计算题难点与浮力公式使用技巧
浮力计算题的难点,在于合理的选择适当的公式,以及这些浮力公式的联合使用。
一些综合题中,还会揉入压强、滑轮等章节内容,需要这些章节的内容来列出辅助方程求解。
另外,浮力的复杂问题还与几何有关系。解决浮力难题,一定要画出受力图。
《浮力》基础知识巩固题
1、浮力的定义:一切浸入液体(气体)的物体都受到 叫浮力。浮力的方向 ,施力物体是 。浮力产生的原因是液(气)体对物体 的与 ,就是浮力。
2、一个物体在水中某处时受到向上的压力是19.6N,向下的压力是14.7N,则物体受到的浮力是 。若此物体被放在液面下更深处,测得其下底面所受的压力为25N,则它上底面所受的压力为 N。
3、一个物体在空气中称重53N,把它浸入水中时,弹簧测力计的示数是33.4N,则此物体所受的浮力是 ,它所排开的液体的质量是 。
4、氢气球、热气球能上浮到空中,是因为氢气、热空气的 比空气的小,气球受到的 力大于 力,因为能够升空。
5、轮船的排水量是指轮船所排开水的 ,一艘轮船空载时的排水量是2100t,满载时的排水量是5000t,轮船自身质量是 ,它最多装 货物。
6、一艘轮船在海里和河里航行,所受的浮力 大。
7、有木球、铜球和铁球,他们在水中静止时,木球漂浮在水面上,铜球悬浮在水中,铁球沉在水底,则 一定是空心的, 所受的浮力小于它的重力,木球所受的浮力 重力。
8、弹簧测力计下端吊着一个小金属球,当系统静止时,弹簧测力计的示数是10N,若将金属球慢慢浸入水中,弹簧测力计的读数将逐渐 ,金属球受到的浮力将逐渐 ,当金属球的一半浸入水中时,弹簧测力计的示数是7N,这时金属球受到的浮力是 N,当金属球完全浸入水中后,弹簧测力计的示数为 N。
9、2013年,我国首艘千吨级维权执法专用海监船“中国海监1118”号在梧州顺利下水,当海监船从河里驶入海里时,下列说法正确的是
A、船所受的浮力大于重力
B、船体下沉一些
C、船受到的浮力小于重力
D、船体上浮一些
10、将重力为5N的木块放入装水的烧杯中,木块浮在水面上,则木块所受的浮力大小为 N,方向 ;放入木块后,烧杯底部所受压强 。
《浮力》基础知识巩固题答案
1、液体(气体)对它竖直向上的托力 竖直向上 液体(气体) 向上 向下的压力差
2、4.9N 20.1
3、19.6N 2kg
4、密度 浮 重
5、质量 2100t 2900t
6、一样
7、铜球 铁球 等于
8、减小 增大 3 4
9、D
10、5N 竖直向上 增大
(*内容源自初中物理网)
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