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第3节 科学探究：浮力的大小
第十章 流体的力现象
知识点
知1－讲
1
浮力大小与什么因素有关
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、物体所处的深度和液体的密度有关。
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。
知1－讲
4. 进行实验
(1)探究浮力的大小与圆柱体排开液体的体积关系：测量、比较圆柱体在液体中浸入、、体积和浸没时的浮力大小。
知1－讲
(2)探究浮力的大小与圆柱体浸没深度的关系：测量、比较圆柱体浸没在同一种液体中不同深度时的浮力大小。
(3)探究浮力的大小与液体的密度关系：测量、比较同一圆柱体分别浸没在水中、盐水中的浮力大小。
知1－讲
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。
(1)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。
(2)浸没在同种液体中的物体所受浮力大小跟物体在液体中的深度无关。
(3)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。
知1－讲
深度理解:
◆物体排开液体的体积就等于物体浸在液体中的体积，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。
知1－练
[中考·广东]在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中：
例 1
解题秘方：弹簧测力计应该在浮力的方向上调零，实验的过程应结合控制变量法分析。
知1－练
(1)观察弹簧测力计的零刻度线、______和分度值。调零时，弹簧测力计应在 ______ (填“竖直”或“水平”)方向上调零。
量程
解析：弹簧测力计使用前要观察零刻度线、量程和分度值。调零时，弹簧测力计在所测力的方向上调零，重力、浮力和拉力都在竖直方向上，则调零也要在竖直方向进行。
竖直
知1－练
(2)如图1 甲所示，在弹簧测力计下悬挂一个高为6 cm 的长方体物块(可塑)，测出重力。将它缓慢浸入水中，记录悬停在A、B、C、D、E 这五个位置弹簧测力计的示数和深度h。请根据实
验数据，在图乙中
画出物块所受浮力
F浮随h 变化的图像。
知1－练
解析：根据称重法测浮力F 浮=G-F；h 分别为0、2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、1 0 cm 时，物块受到的浮力分别为0、0 .2 N、0 .4 N、0 .6 N、0 .6 N、0 .6 N，由此在图乙上描点画出图像。
知1－练
解：如图2 所示。
知1－练
(3)分析图像可知：浸没前，h 增加，F浮______ ；浸没后，h 增加，F浮______ 。(均填“变大”“变小”或“不变”)
变大
解析：根据图像知，浸没前，h 增加，F 浮变大；浸没后，h 增加，F 浮不变；
不变
知1－练
(4)若把此物块捏成高为6 cm 的圆锥体，重复上述实验。两次实验所得的F浮随h 变化的图像______(填“相同”或“不同”)。
不同
解析：若把此物块捏成高为6 cm 的圆锥体，相同深时，排开液体的体积不同，受到的浮力不同；重复上述实验。两次实验所得的F 浮随h 变化的图像是不同的；
知1－练
(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系，还需添加一种材料： ______________ 。
不同密度的液体
解析：根据控制变量法，若继续探究浮力的大小与液体密度的关系，需保持排开液体的体积不变，改变液体的密度，因而需要不同密度的液体。
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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。
知1－练
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3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4所示。
知1－练
4.物体浸没前，浮力大小随着物体浸入液体深度的增加而增大，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。浮力的大小随柱形物体浸入深度变化的图像，如图5 所示。
知识点
阿基米德原理
知2－讲
2
1. 实验探究：浮力大小与排开液体重力的关系。
(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。
知2－讲
(3)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。
(5)实验装置图 如图6 所示。
知2－讲
(6)进行实验
①将空小桶挂在弹簧测力计下，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；
知2－讲
④将小石块慢慢浸没水中，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。
知2－讲
⑦ 换用不同质量(或体积)的小石块，重复上述实验步骤，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
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。
知2－讲
(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。
知2－讲
2. 阿基米德原理
(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浮力三要素：a.浮力作用在浸在液体(或气体)中的物体上；b.其方向竖直向上；c.其大小等于物体排开的液体(或气体)所受到的重力。
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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 排知2－讲
知2－讲
趣味物理
阿基米德的灵感：阿基米德跨进浴盆洗澡时发现有水溢出，感到身体变轻，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可能相等。
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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。
知2－讲
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。为了使实验数据更加精确，可把弹簧测力计固定在铁架台上。
知2－讲
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，即
F 浮=G 排=ρ 液gV 排。
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[中考·烟台]某实验小组为了探究浮力大小与物体排开液体重力的关系，进行了下面的实验，如图8 所示。
例2
知2－练
解题秘方：根据称重法分析得出物体受到的浮力，比较物体受到的浮力与物体排开液体的重力的关系进行解答。
知2－练
(1)实验过程中，利用哪些步骤能够计算出物体所受
的浮力大小？______ 。哪些能够计算出物体排开液体的重力大小？ ______ 。(均用图中的序号表示)
解析：要计算出物体所受的浮力需要测出物体的重力和物体浸在液体中时弹簧测力计的示数，因此由②和③能够计算出物体所受的浮力；物体排开液体的重力等于小桶和排开液体的总重力减去空桶的重力，因此由① 和④ 能够计算出物体排开液体的重力大小；
②和③
① 和④
知2－练
(2)通过实验数据可以发现，浮力大小与物体排开的液体所受的重力有什么关系？ ____________________________
___________ 。
解析：物体所受的浮力F 浮=2 .0 N-1 .5 N=0 .5 N，物体排开液体的重力G 排=1 .0 N-0 .5 N=0 .5 N，则浮力大小与物体排开的液体所受的重力大小相等；
浮力大小与物体排开的液体所受
的重力相等
知2－练
(3)为了使结论具有普遍性，该小组还应该进行怎样的操作？ ____________________________ 。
解析：为了使结论具有普遍性，该小组还应该换用不同的液体和物体多次实验；
换用不同的液体和物体多次实验
知2－练
(4)另外一个小组进行实验后，发现浮力大小与物体
排开液体重力不相等，在排除误差因素的情况下，出现这个结果的原因可能是什么？ ___________________ (写出一条即可)。
解析：浮力大小与物体排开液体重力不相等，可能是排开液体的重力与溢出水的重力不相等，因此可能是烧杯中的水没有装满，还有可能是物体碰到烧杯壁，导致物体浸在液体中时弹簧测力计的示数变小。
烧杯中的水没有装满
知2－练
方法技巧
(1)根据称重法测浮力分析需要测量的物理量，物体排开液体的重力等于小桶和排开液体的总重力减去空桶的重力。
(2)根据称重法测浮力求出物体的受到的浮力，比较计算出的浮力和物体排开液体的重力, 得出它们之间的关系。
(3)用归纳法得出普遍性的结论，一要选用的样本有代表性，二要实验次数足够多。
(4)浮力大小与物体排开液体重力不相等，可能是排开液体的重力与溢出水的重力不相等，或者由于物体碰到烧杯壁导致用称重法计算出的浮力不等于物体受到的真实浮力，据此分析。
知识点
阿基米德原理的应用
知3－讲
3
1. 浮力的改变方法
(1)增大浮力的方法(根据F 浮=G排=ρgV 排)
①增大液体(或气体)的密度；
②增大物体排开液体(或气体)的体积。
(2)减小浮力的方法(根据F 浮=G排=ρgV 排)
①减小液体(或气体)的密度；
②减小物体排开液体(或气体)的体积。
知3－讲
2. 轮船
(1)原理 空心法。把密度大于水的钢铁制成空心的，使其排开水的体积增大，从而漂浮在水面上。
(2)排水量
①表示轮船的大小；
②排水量是轮船按照设计要求满载时排开水的质量。
知3－讲
警示误区
关于排水量：
◆不要误认为排水量是轮船“排开水的重力”或“排开水的体积”。
◆轮船的排水量指轮船按设计要求满载时排开水的质量，是一定的；轮船空载或载货不满时，排开水的质量不能叫轮船的 “ 排水量”。
知3－练
[中考·阜新改编]如图9 所示是我国海上主战舰艇“大
连舰”，它的排水量为12 000 t，它在满载的状态下，在海上静止时受到的
浮力是_______ N，
排开海水的体积是
_______m3。(g取
10 N/kg，ρ 海水取1.0×103 kg/m3)
例 3
1.2×108
1.2×104
知3－练
解题秘方：根据阿基米德原理计算“大连舰”受到的浮力。已知排开海水的质量，根据ρ=求出排开的海水的体积。
解析：“大连舰”满载情况下，在海上静止时受到的浮力F 浮=G 排=m 排g=12000×103 kg×1 0 N/kg ＝ 1 .2×108 N；由ρ=可知，排开海水的体积V== =
1.2×104 m3。
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。
知3－练
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

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