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第八章 压强与浮力
第5节 学生实验：探究——影响浮力大小的因素
北师大版 物理 八年级下册
1、浮力
2、探究影响浮力大小的因素
3、探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系
4、阿基米德原理
学习目标
1. 定义
浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)对它向上托的力。
(1)“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入(浸没)”两种情况，如图1 所示，也就是说浮
在液体表面和浸没在液体内部的
物体都受到浮力的作用。
探究新知
新知一 浮力
(2)浸在气体中的物体也受到浮力的作用。
(3)施力物体—— 液体(或气体)， 受力物体——浸在液体(或气体)中的物体。
2. 方向
竖直向上。
3. 称重法测浮力
(1)称重法测浮力的实验步骤(如图2 所示)：
①用弹簧测力计测出物体所受的重力G；
②将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中，读出弹簧测力计的示数F；
③物体受到液体对它的浮力F浮=G－F。
(2)称重法测浮力的原理：如图3 所示，将物体浸在液体中时，物体受到竖直向下的重力G、竖直向上的弹簧测力计的拉力F 和浮力F浮的作用而处于静止状态，则有G=F+F浮，即F浮=G－F。
拓展视野
1.氢气球离开手后会飞上天空就是因为受到空气浮力的作用。
2.一种测量氢气球受到的空气浮力的方法：
(1) 排尽一个大气球内部的空气，测出气球的重力G球；
(2)将适量的氢气充入气球，并用细线扎紧气球口，按图6甲所示的方法测出拉力的大小F 拉；
(3)氢气球受力如图6 乙所示，可见氢气球所受浮力F浮=F拉+G球+G氢(细线重力和摩擦忽略不计)。
4. 浮力产生的原因
以浸没在液体中的长方体为研究对象，探究浮力产生的原因。
位置 深度 压强 压力
前后两个面 相等 相等 F 向前、F 向后是一对平衡力，合力为零
左右两个面 相等 相等 F 向左、F 向右是一对平衡力，合力为零
上下两个面 h上﹤ h下 p上﹤ p下 F 向下结论：浮力实质上就是物体受到液体对它向上和向下的压力差(合力)，即F浮=F向上－F向下。
说明
(1)当物体部分浸入液体中时，上表面没有受
到液体的压力，此时浮力等于下表面受到
的液体对物体向上的压力，即F浮=F向上，
如图5 甲所示。
(2)若浸在液体中的物体下表面和容器底紧密接触，则液体对物体向上的压力F向上为零，物体将不受浮力的作用，但会受到液体对物体向下的压力，如图乙所示。
浮力的产生原因：
如图7 所示，将两端蒙上绷紧程度相同的橡皮膜的玻璃筒浸没在水中，甲中两橡皮膜凹陷程度相同，乙中上面的橡皮膜凹陷程度比下面的小，乙图能够说明浮力的产生原因。
[中考·内江]如图8 所示是物体浸入水中前后弹簧测
力计示数的示意图。由此可知，物体的质量为_______ kg，物体受到的浮力
为_________ N。(g 取10 N/kg)
例 1
0.4
1
解题秘方：物体的质量可用公式 计算，物体受到的浮力可用公式F浮=G－F 计算。
解析：由图可知物体所受重力G=4 N，则物体的质量
=0.4 kg。由图可知物体浸入水中后弹簧测力计的示数F=3 N，则物体受到的浮力F浮=G－F=4 N－3 N=1 N。
方法技巧
利用“称重法”求浮力的解题思路：
明确物体所受的重力G
↓
明确物体浸在液体中时
弹簧测力计的示数F
↓
物体受到的浮力F浮=G－F
1. 提出问题
浮力的大小与什么因素有关？
2. 猜想与假设
浮力的大小可能跟排开液体的体积和液体的密度有关。
新知二 探究影响浮力大小的因素
3. 设计实验
利用控制变量法，结合称重法测浮力，分别研究浮力与每个因素的关系。
4. 进行实验
(1)将一个圆柱体浸入某种液体中，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
浮力的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。
●浮力的大小与物体的密度、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·怀化]某同学按照如图9 所示的操作探究影响
浮力大小的因素。
例2
解题秘方：浮力的大小可利用“称重法”测量，实验过程中应结合控制变量法分析。
(1)物体受到的重力为 ________N。
4
解析：弹簧测力计提着物体静止在空气中时的示数
等于物体受到的重力，即G=4 N。
(2)物体全部浸没在水中时，受到的浮力是 ________N。
1
解析：由A、C 两图可知，物体浸没在水中受到的浮力F浮水=G－FC=4 N－3 N=1 N。
(3)由________两图可得出结论：物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关。
B、C
解析：探究物体受到的浮力大小与物体排开液体体积的关系时，应控制液体的密度相同，改变排开液体的体积，故应选B、C 两图进行比较。
(4)由________两图可得出结论：物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。
C、D
解析：探究物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中深度的关系时，应控制液体的密度、排开液体的体积相同，改变浸没的深度，故应选C、D 两图进行比较。
(5)由D、E 两图可得出结论：物体受到的浮力大小与液体的________有关。
密度
解析：物体浸没在水中受到的浮力F 浮水=G－FD=4 N－3 N=1 N， 物体浸没在酒精中受到的浮力F 浮酒=G－FE=4 N－3.2 N=0.8 N。可见，在排开液体的体积相同的情况下，液体的密度不同，物体受到的浮力不同，故物体受到的浮力大小与液体的密度有关。
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.物体浸没前，浮力大小随着深度的增加而增大，是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，是因为物体排开的液体体积不变化，与浸没的深度无关。浮力的大小随深度变化的图像如图10 所示。
4.液体密度相同时，物体所受浮力与物体排开液体体积的关系如图11所示；物体排开液体体积相同时，物体所受浮力与液体密度的关系如图12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。
新知三 探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系
3. 制订计划与设计实验
用称重法测出物体在液体中所受的浮力F浮，同时测出物体此时排开液体的重力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、小桶等。
5. 实验装置图 如图13 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；
(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。
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。
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. 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。
[中考·云南] 某实验小组探究“浮力的大小与排开
液体所受重力的关系”。
例 3
解题秘方：F浮利用“称重法”测量，G排利用“差值法”测量。
(2)实验步骤如图14(a)所示，甲、乙、丁、戊中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4。由图甲和丁可知物体受到的浮力F 浮=________。
F1－F3
(1)弹簧测力计使用前要先进行_________。
调零
(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
(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(b)所示。向下移动水平横杆，使重物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________ (选填“相等”或“不相等”)。
变小
变大
相等
解析：在改进的实验中，向下移动水平横杆，重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，重物排开水的体积逐渐变大，其所受浮力逐渐变大，弹簧测力计A 的示数逐渐变小，重物排开的水都流入薄塑料袋中，流入薄塑料袋中的水逐渐增多，所以弹簧测力计B 的示数逐渐变大。因为物体所受浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，所以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. 弹簧测力计A 的示数就是物体所受浮力的大小
B. 实验器材生活化，弹簧测力计固定、示数更稳定
C. 能同步观察弹簧测力计A、B 示数的变化
BC
解析：在改进的实验中，弹簧测力计A 的示数F=G－F浮，故A 错误；实验器材生活化、弹簧测力计固定、示数更稳定、能同步观察弹簧测力计A、B 示数的变化，故B、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、科学的实验态度等。
1. 小鹭做探究“浮力的大小与排开水所受重力关系”实验的步骤如图5 所示。
(1)小鹭处理数据时，发现实验步骤有所遗漏。遗漏的步骤为______________________。若将遗漏的步骤标注为d，则最合理的实验步骤依次为 ________(用实验步骤对应的字母表示)。
测量空桶所受的重力
dabc
(2)实验步骤a、b、c 、d 中，弹簧测力计的示数依次为Fa、Fb、Fc、Fd。若这些示数之间的关系满足 _________________(用式子表示)，则可证明，浸入液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开的液体所受重力的大小。
Fa－Fb＝Fc－Fd
1. 内容 浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
(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，方向竖直向上，大小等于物体排开的液体(或气体)所受到的重力。
新知四 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 N
G排 排开的液体所受的重力 N
ρ液 液体的密度 kg/m3
g 常量 N/kg
V排 排开液体的体积 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16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h2gS，由浮力的产生原因知F浮=F向上－ F向下=ρ液h2 gS－ρ液h1gS=ρ液gS(h2－ h1)=ρ液gSh=ρ液gV排=
m排g=G 排。
如图17 所示，水平面上放有一个装满水的溢水杯，弹簧测力计下挂着重为10 N 的物块，现将物块浸没在装满水的溢水杯中，静止后溢出水的质量为0.4 kg(g 取10 N/kg)。求：
例4
解题秘方：浮力可用公式F浮=m排g 计算，弹簧测力计的示数可用公式F=G－F浮计算。
(1)物块浸没在装满水的溢水杯中时所受到的浮力。
解：物块受到的浮力F 浮=G 排=m 排g=
0.4 kg×10 N/kg=4 N。
答：物块受到的浮力为4 N。
(2)弹簧测力计的示数。
解：弹簧测力计的示数F=G－F浮=10 N－4 N=6 N。
答：弹簧测力计的示数为6 N。
方法技巧
浮力计算题中，若出现了“弹簧测力计下挂着重为多少牛”这一条件，就应考虑利用“称重法”测浮力；若出现了“溢出水”“排开水”这些条件，就应考虑利用阿基米德原理测浮力。
学生实验：探究——影响浮力大小的因素
浮力
影响因素
液体的密度
物体浸入液体中的体积
大小
阿基米德原理F浮=G排
压力差
F向上＞F向下
液体
(或气体)
固体
浸在
探究新知
再 见

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