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第十章 流体的力现象
第3节 科学探究：浮力的大小
教科版 物理 八年级下册
1、浮力大小与什么因素有关
2、实验探究：浮力大小与排开液体的关系
3、阿基米德原理
学习目标
1. 提出问题 浮力大小与什么因素有关？
2. 猜想与假设 浮力大小可能跟排开液体的体积和液体的密度有关。
3. 设计实验 利用控制变量法，结合称重法测浮力，分别探究浮力与每个因素的关系。
探究新知
新知一 浮力大小与什么因素有关
4. 进行实验
(1)将同一个圆柱体浸入同种液体中，逐渐改变圆柱体浸在液体中的体积，比较浮力的大小变化；
(2)将同一个圆柱体浸没在不同液体中，比较浮力的大小变化。
5. 实验结论 浮力大小跟物体排开液体的体积和液体的密度有关。在液体密度相同时，排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大；在排开液体的体积相同时，液体的密度越大，物体受到的浮力越大。
深度理解:
●物体排开液体的体积就等于物体浸入液体中的体积，因为浸入液体中的物体排开了本来处于这一位置的液体。
●浮力大小与物体的密度、物体的形状、物体的体积、物体浸没在液体中的深度无关，只跟物体排开液体的体积和液体的密度有关。
[中考·广安] 小李同学在探究“影响浮力大小的因素”时，依次做了如图1 甲所示的实验。
观察并分别比较图
中有关数据可知：
例 1
解题秘方：浮力的大小可利用“称重法”测量，实验过程应结合控制变量法分析。
(1)当物体浸没在水中时，受到的浮力为_______N。
0.8
解析：由图A 可知，物体的重力G 物=4.0 N；当物体浸没在水中时，如图C 所示，对物体进行受力分析可知
G 物=F浮+F拉，此时受到的浮力F浮=G物－F拉=4.0 N－3.2N=0.8 N。
(2)分析图A、C、D 可得，物体在液体中所受浮力大小与____________有关。
液体的密度
解析：分析图A、C、D 可知，物体浸没在不同的液体中，V 排相同，所受浮力大小不同，因此物体所受到的浮力大小与液体的密度有关
(3)当物体从接触水面开始，到浸没于水中，直至浸没到更深位置(未触底)，在图1 乙中能表示出此过程物体所受浮力F 浮与浸入水中深度h 关系的图像是 _________(填“①”或“②”)。
②
解析：当物体从接触水面开始到浸没的过程中，物体排开水的体积逐渐增大，浮力也逐渐增大，当物体浸没在水中后，物体排开水的体积不变，浮力也不变，故答案应为图像②。
(4)小李在实验中主要用到的科学探究方法是___________。
控制变量法
解析：实验中主要用到的科学探究方法是控制变量法。
方法点拨：
1.称重法：F浮=G物－F拉。
2.影响浮力大小的因素有两个，在探究时应采用控制变量法。即先保证一个因素不变，然后探究物体所受浮力与另一个因素的关系。
3.液体密度相同时，物体所受浮力与物体排开液体体积关系如图2所示；物体排开液体体积相同时，物体所受浮力与液体密度关系如图3所示。
4.物体浸没前，浮力大小着深度的增加而增大，因为物体排开液体的体积增大；物体浸没后，浮力的大小不变，与浸没的深度无关，因为物体排开的液体体积不变。浮力的大小物体浸入深度变化的图像，如图4 所示。
1. 提出问题 物体所受浮力的大小与物体排开液体所受的重力之间存在怎样的定量关系？
2. 猜想与假设 浮力的大小可能等于物体排开液体所受的重力。
新知二 实验探究：浮力大小与排开液体的关系
趣味物理：
阿基米德的灵感：阿基米德跨进浴缸洗澡时发现有水溢出，进而猜想：物体所受浮力的大小与物体排开液体所受的重力相等。
3. 制订计划与设计实验 用称重法测出物体在水中所受的浮力F 浮，同时测出物体此时排开液体所受的重力G 排，通过比较F 浮和G 排，得出两者之间的数量关系。
4. 实验器材 弹簧测力计、小石块、细线、溢水杯、小桶、水等。
温故知新：
浮力大小的影响因素是物体排开液体的体积V排和液体的密度ρ液，且物体排开液体的体积越大，液体密度越大，浮力就越大，而G排=ρ液V排g，可见，浮力的大小与排开液体的重力有关。
5. 实验装置图 如图5 所示。
6. 进行实验
(1)用细线将空小桶系好，挂在弹簧测力计下，测出其所受的重力G桶；
(2)用细线将小石块系住，挂在弹簧测力计下，测出小石块所受的重力G 石；
(3)将溢水杯装满水，再将小桶放在溢水杯的溢水口下，使溢出的水刚好能流入小桶；
实验细节：
1. 为了减小测量G排的误差，应先测G桶，再测G总。
2.注入溢水杯中的水的液面必须达到溢水口，只有这样，物体排开的水才会全部溢出，才能准确测出物体排开的水所受的重力。
3.将物体浸入溢水杯中时，手不要晃动，应等水不再流出，弹簧测力计保持静止后再读数。为了使实验更加精确，可把弹簧测力计固定在铁架台上。
(4)将小石块慢慢放入水中，读出此时弹簧测力计的示数F，则小石块受到的浮力F 浮=G 石－F；
(5)测出小桶和排开的水所受的总重力G 总，则排开的水所受的重力G 排=G 总－ G 桶；
(6)比较F 浮和G 排，得出结论。
(7)换用不同质量的小石块，重复上述实验步骤，再做几次，并将实验数据填入表格中：
换用不同质量(或体积)的石块进行多次实验的目的是使实验结论更具普遍性。
实验次数 G桶/N G石/N F/N G总/N F 浮/N G排/N
1 1.0 2.0 1.0 2.0 1.0 1.0
2 1.0 2.8 1.4 2.4 1.4 1.4
3 1.0 3.6 1.8 2.8 1.8 1.8
7. 得出结论 物体在液体中受到的浮力大小与它排开的液体所受的重力大小相等。
延伸拓展：
物体间相互作用的力又称为作用力和反作用力。如果把其中一个力叫作用力，则另一个力就叫反作用力。这两个力总是同时产生、同时消失，没有先后之分，且受力物体是两个物体。
[中考·云南]某小组探究“浮力的大小与排开液体所
受重力的关系”。
例2
解题秘方：根据称重法求出物体受到的浮力，比较物体受到的浮力与排开液体的重力关系进行解答，改进后的优点从增加实验器材的目的来分析。
(1)弹簧测力计使用前要先进行__________。
校零
解析：弹簧测力计使用前指针要指向零刻度线，如果没指向零刻度线，需要校零。
(2)实验步骤如图6(a)所示，甲、乙、丁、戊中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4。由图甲和丁可知，图丁中物体受到的
浮力F 浮=
________。
F1－F3
解析：图丁中物体受到的浮力F 浮=G 物－ F3=F1 －F3。
(3)以下选项中若______成立，则可以得出浮力的大小与排开液体所受重力的关系。
A. F1－F2=F3－F4 B. F1－F3=F4－F2
C. F3－F2=F1－F4
B
解析：物体浸没时排开液体的重力G 排=F4－F2，若F1－F3=F4－F2 成立，则可以得出F 浮=G 排。
(4)另一小组利用两个相同的弹簧测力计A 和B、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋(质量忽略不计)对实验进行改进，装置如图6(b)所示。向下移动水
平横杆，使物体缓慢浸入盛满水的溢水杯
中，观察到A 的示数逐渐______，B的示
数逐渐______ ，且A、B 示数的变化量
______(填“相等”或“不相等”)。
变小
变大
相等
解析：如图6(b)所示，向下移动水平横杆，使物体缓慢浸入盛满水的溢水杯中，物体排开水的体积变大，受到的浮力变大，由称重法F浮=G－F 可知，弹簧测力计A 的示数变小；物体排开水的体积变大时，薄塑料袋内水的重力变大，即弹簧测力计B 的示数变大；薄塑料袋的质量忽略不计，则弹簧测力计A、B 示数的变化量相等。
(5)比较两种实验方案，改进后的优点是_______(多选)。
A. 测力计A 的示数就是物体所受浮力的大小
B. 实验器材生活化，测力计固定、示数更稳定
C. 能同步观察测力计A、B 示数的变化
BC
解析：弹簧测力计A 的示数等于物体的重力减去受到的浮力，故A 错误；由图(b)的实验器材和装置可知，实验器材生活化，测力计固定、示数更稳定，故B 正确；薄塑料袋不计质量，能同步观察测力计A、B 示数的变化，从而得出物体受到浮力的大小与排开液体所受重力的关系，故C 正确。
方法技巧:
评价实验操作过程，可以从以下角度进行：
(1)看实验操作过程中，仪器的使用是否存在错误；
(2)看其操作过程的设计，是否能减小实验误差；
(3)对于要进行多次实验的，是否按要求进行了多次实验；
(4)对于运用控制变量法的实验，是否按要求改变了相关的变量进行探究；
(5)看其是否有严谨的科学的实验态度等。
1. 内容 浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，
浮力的大小等于它排开的液体所受到的重力。
(1)阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体。
(2)原理阐明了浮力三要素：浮力作用在浸在液体(或气体)中的物体上，其方向竖直向上，其大小等于物体排开的液体(或气体)所受到的重力。
新知三 阿基米德原理
2. 公式 F 浮=G 排=ρ液gV 排。
符号 物理量 单位
F浮 浮力 牛(N)
G排 排开的液体所受的重力 牛(N)
ρ液 液体的密度 千克每立方米(kg/m3)
g 常量 牛每千克(N/kg)
V排 排开液体的体积 立方米(m3)
3. 公式理解
(1)公式F 浮=ρ液gV 排明确揭示了浮力的大小只与液体的密度ρ液和物体排开液体的体积V 排有关。
(2)V排表示物体排开液体的体积，当物体浸没时V 排=V 物，当物体部分浸入液体中时V 排(3)由公式F 浮=G排=ρ液gV排还可以推导出F 浮=G排=m排g，
m 排指物体排开液体的质量。
深度理解:
阿基米德原理的理论证明：如图7所示，浸没在液体中的长方体上表面受到液体向下的压力F向下=p向下S=ρ液h1 gS，下表面受到液体向上的压力F向上=p向上S=ρ 液h2 gS，由浮力产生的原因知F浮=F 向上－ F向下=
ρ液h2 gS－ρ 液h1 gS=ρ 液gS(h2－h1)=
ρ液gSh=ρ液g V排=m 排g=G 排。
如图8 所示，我国“蛟龙号”载人潜水器长、宽、高分别是8.2 米、3.0 米与3.4 米，空载质量不超过22 吨，最大荷载是240 公斤，最大速度为每小时25 海里，巡航每小时1 海里，当前最大下潜深度为7 062.88 米，最大工作设计深度为7 000 米。当“蛟龙号”载人潜水
器下潜到4 000 m 时，g 取10 N/kg，
ρ海水=1.03×103 kg/m3，求：
例 3
解题秘方：液体压强可用公式p=ρ 液gh 计算，压力可用公式F=pS 计算，浮力可用公式F 浮=ρ 液gV 排计算。
(1)“蛟龙号”载人潜水器所受海水的压强；
解：“蛟龙号”载人潜水器所受海水的压强
p=ρ 海水gh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×
4 000 m=4.12×107 Pa。
(2)“蛟龙号”载人潜水器上某个观测孔面积约为0.03 m2，该观测孔受到海水的压力；
解：该观测孔受到海水的压力F=pS=
4.12×107 Pa×0.03 m2=1.236×106 N。
(3)“蛟龙号”载人潜水器体积大约为50 m3，它受到的浮力。
解：它受到的浮力F 浮=ρ 海水gV 排=
1.03×103 kg/m3×10 N/kg×50 m3=5.15×105 N。
知识总结:
阿基米德原理的表达式可以写成以下三种形式：
(1)F浮=G 排；
(2)F浮=ρ 液gV 排或F浮=ρ 气gV 排；
(3)F浮=m 排g。
第3节 科学探究：浮力的大小
科学探究：浮力的大小
影响
因素
液体的密度
物体浸在液
体中的体积
与排开液
体的关系
阿基米德原理
F 浮=G 排
F 浮= ρ 液V 排g
“公式法”求浮力
归纳新知
再 见

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