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第7课　浮力
一、浮力
1.含义：一切浸入液体(或气体)的物体都受到液体(或气体)对它竖直向上的力，这个力就称作浮力。
2.方向：__________(与重力方向相反)，浮力的施力物体是液体(或气体)。
竖直向上
3.成因：液体(或气体)对物体向上的压力大于向下的压力(即向上、向下的压力差为浮力)，即F浮＝F向上－F向下。
4.大小
(1)称重法：F浮＝G物－F拉
(2)阿基米德原理
浮力的大小等于物体_______________________。
公式：____________________________。
阿基米德原理适用于物体在液体和气体中所受浮力的计算。
排开的液体受到的重力
F浮＝G排＝m排 g＝ρ液gV排
【知识拓展】
液体对物体的浮力只与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度、液体的总体积等均无关。
二、物体的浮沉条件
1.当物体处于如下五种状态时，存在下列关系：
漂浮 F浮＝G物 ρ物＜ρ液 V排＜V物
上浮 F浮＞G物 ρ物＜ρ液 V排≤V物 最终漂浮
悬浮 F浮＝G物 ρ物＝ρ液 V排＝V物
下沉 F浮＜G物 ρ物＞ρ液 V排≤V物 最终沉底
沉底 F浮＜G物 ρ物＞ρ液 V排＝V物
2.漂浮问题“五规律”
规律一：物体漂浮在液体中，所受的浮力等于它的重力。
规律二：同一物体在不同液体里漂浮，所受浮力相同。
规律三：同一物体在不同液体里漂浮，在密度大的液体里排开液体的体积小。
规律四：漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几，其密度就是液体密度的几分之几。
规律五：将漂浮物体全部浸入液体里，需加的竖直向下的外力等于液体对物体增大的浮力，即物体原来液面上方的部分浸入液体中受到的浮力大小。
三、浮力的应用
1.密度计
工作原理是物体漂浮时F浮＝G物(漂浮时浮力一定，ρ液与V排成反比)。密度计的刻度特点“上小下大、上疏下密”。
2.轮船
采用“空心法”，使船能够排开更多的水增大浮力，漂浮在液面上。轮船的排水量即轮船满载时排开水的质量，单位为吨(t)。
3.潜水艇
潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。
4.气球和飞艇
气球和飞艇是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度小于
空气的气体(氢气、氦气或热空气)。
四、浮力的计算
1.浮力计算的一般过程
(1)确定研究对象，认准要研究的物体。
(2)分析物体受力情况画出受力示意图，判断物体在液体中所处
的状态。
(3)构建平衡关系：
两力平衡：浮力与重力。
三力平衡：浮力、重力、第三个力，特别注意第三个力的方向。
2.计算浮力的主要方法
(1)称量法：物体在空气中的重力与物体浸入液体中弹簧测力计拉力的差值等于浮力。计算公式：F浮＝G物－F拉。
(2)原理法：F浮＝G排＝ρ液gV排。多数浮力计算需用
阿基米德原理进行计算。
(3)上、下表面压力差法：F浮＝F向上－F向下。
(4)平衡法：
①如果物体在液体中处于漂浮或悬浮状态，物体只受重力和浮力作用且二力平衡，则F浮＝G物，如图甲所示。
②如果物体用一绳子向下拉住悬浮于水中，则F浮＝G物＋F拉，如图乙所示。
③当物体沉底(不密合)时，则F浮＝G物－F支持，如图丙所示。
[浙江多校联考]小科对于浮力大小影响因素提出了如下四种猜想。
猜想一：浮力的大小与液体的密度有关；
猜想二：浮力的大小与物体所处的深度有关；
猜想三：浮力的大小与物体的重力有关；
猜想四：浮力的大小与物体的形状有关。
类型一　探究浮力大小的影响因素
为了验证以上猜想是否正确，小科选择了空塑料瓶、橡皮泥、烧杯、弹簧测力计、水、盐水等实验器材进行探究。他先选择装入部分橡皮泥的塑料瓶，转紧瓶盖后进行如下探究，实验过程如图所示。
(1)小科比较实验步骤d、e，可以确定猜想一__________(选填“正确”或“错误”)。
(2)比较实验步骤__________(填字母)，小科认为浮力的大小与液体的深度无关。
(3)要验证猜想三是否正确，可以在塑料瓶中________________
_____________________后再进行探究。
正确
cd
再装入或取出部
分橡皮泥(合理即可)
(4)为了验证猜想四，小科将橡皮泥捏成一团放入盛水的烧杯
中，橡皮泥下沉至杯底，再将橡皮泥捏成碗状放入水中，它漂浮在水面上。通过分析可知，第一次橡皮泥受到的浮力小于第二次橡皮泥受到的浮力，所以小科认为猜想四是正确的。小金不同意小明的结论，她指出小科实验过程中只关注了橡皮泥形
状的改变，没有控制橡皮泥__________________相同。
排开液体的体积
跟踪训练1 [湖州模拟]某同学为了证明“浸在水中的物体所受的浮力大小与物体自身的体积有关”这一观点是错误的，他利用如图所示的两个底面积相同、高度不同的金属块A、B(每格体积相等)和符合实验要求的弹簧测力计、烧杯、水等材料进行实验。
(1)以下是他的部分实验步骤，请帮他补充完整。
①用弹簧测力计分别测量金属块A、B受到的重力G并记录。
②在烧杯中装入适量的水，用弹簧测力计悬挂着金属块A，使金属块A三格体积浸入到水中，静止时读出弹簧测力计的示数FA并记录。
③_______________________________________________________，静止时读出弹簧测力计的示数FB并记录。
④用公式_____________计算金属块所受浮力F浮并分别记录F浮A和
F浮B。
(2)由金属块A、B自身体积不同时，F浮A__________F浮B(选填“＝”或“≠”)，就可以证明这种观点是错误的。
用弹簧测力计悬挂着金属块B，使金属块B三格体积浸入水中
F浮＝G－F
＝
[绍兴模拟]某兴趣小组为了验证阿基米德原理，设计并开展了如下的实验。
步骤一：取一个如图甲所示的塑料圆筒和金属圆柱体(塑料圆筒内径和金属圆柱体直径相同)，按图乙进行操作，读出弹簧测力计的示数，记为F1。
步骤二：如图丙所示，向烧杯中逐渐加水，直到液面与金属圆柱体上表面相平，读出弹簧测力计的示数，记为F2。
类型二　阿基米德原理
步骤三：如图丁所示，用滴管向塑料圆筒中加满水，调节铁夹的高度，使烧杯中液面与金属圆柱体上表面相平，读出弹簧测力计的示数，记为F3。
(1)如图丙所示，此时金属圆柱体受到的浮力大小为__________ (用F1、F2、F3列式表示)。
(2)若实验中的测量结果满足__________________________的关系，则可以验证阿基米德原理。
(3)实验中小组成员发现圆柱体受到的浮力大于它排开水的重
力。下列操作会引起该结果的有__________(填字母)。
A.步骤一中弹簧测力计未调零就使用
B.步骤二中液面未达到圆柱体上表面
C.步骤三中塑料圆筒中的水没有加满
D.步骤三未调节好铁夹的高度就读数
F1－F2
F1＝F3(或F1－F2＝F3－F2)
CD
跟踪训练2 人体密度跟水的密度差不多。质量为40kg的小明套着游泳圈(游泳圈重力不计)在游泳池中漂浮时，小明浸在水中的体积为他的体积的，则游泳圈浸在水中的体积约为(　　)
A.10dm3 B.20dm3
C.30dm3 D.40dm3
A
【解析】 人体密度跟水的密度差不多，因此小明在水中悬浮，浮力等于重力，G＝mg＝40kg×10N/kg＝400N。
排开水的体积等于小明的体积，
V排＝＝40dm3，
当小明带着游泳圈时，浮力仍等于他的重力，排开水的总体积也仍为40dm3，小明浸在水中的体积为他体积的，即30dm3，则游泳圈排开水体积为10dm3。
制作简易的密度计，器材有长度为20cm的吸管一根，铁屑、石蜡、小瓶、记号笔、刻度尺、天平(g取10N/kg)。
类型三　浮沉条件的应用
(1)如图甲所示，用刻度尺和记号笔在吸管上标出长度刻度，用石蜡将标着0cm的一端封闭，添加铁屑至管内，使其总质量为10g，能竖直漂浮在液体中。
①当将它放入密度为1.0g/cm3的水中时，浸入的深度为H。若放入密度为0.8g/cm3的酒精中，密度计所受的浮力大小为__________N，浸入的深度为__________H。
②将它放入密度为0.8~1.2g/cm3的不同液体中，浸入的深度h与
液体密度ρ液之间的关系应符合图乙中__________(选填“a” “b”或“c”)。
③为使该简易密度计测量水和酒精的密度时，两条刻度线间的
距离大一些，利用现有器材，合理的做法是：______________
________________________。
0.1
1.25
a
在管内适当增
加铁屑使密度计重力增大
(2)如图丙所示，在吸管下方安装一个小瓶，将铁屑装入瓶中，制成另一支简易密度计，使其总质量为30g，放入液体后能竖直漂浮，小瓶完全浸没。放入水中，在密度计上标记出水面位
置M，密度计排开水的体积为__________cm3。从水中取出擦干后，放入待测盐水中，M比液面高出2cm。取出密度计擦
干，倒出部分铁屑，使其总质量为27g，再放入水中，液面距
离M为3cm。则吸管的横截面积为__________cm2，盐水的密度为__________g/cm3(保留2位小数)。
30
1
1.07
【解析】 (1)密度计在水中和酒精中均漂浮，在水中和酒精中受到的浮力均等于其重力，则密度计在水中受到的浮力等于其在酒精中受到的浮力，ρ水gSH＝ρ酒gSH'，H'＝×H＝1.25H。
由G密度计＝F浮＝ρ液gSh，h＝可知，
当密度计重力，吸管的横截面积一定时，h与ρ液成反比， a图线符合h随ρ液变化的规律。
(2)密度计排开水的体积为V排＝＝30cm3，
当密度计质量为27g时，排开水的体积为
V排＝＝27cm3，
此时水面刻度比M低3cm，由此可知吸管的横截面积为
S＝＝1cm2。
当密度计的质量为30g时，浸入盐水中的深度比M低2cm，由此可知在盐水中浸入的(排开盐水)体积为V排盐＝30cm3－2cm×1cm＝28cm3，
由前面分析结论m密度计g＝ρ水gV排，同理，当密度计在盐水中漂浮时有
m密度计g＝ρ盐gV排'。
则盐水的密度为ρ盐水＝＝1.07g/cm3。
跟踪训练3 [台州仙居县三模]某项目化
小组用弹簧测力计、细线和金属块制作一简易
的液体密度计。如图所示，当金属块浸没在不
同液体时，金属块受到的浮力不同，弹簧测力
计的示数不同，左边表示弹簧测力计示数，右
边表示相应液体密度示数。已知金属块体积为
100cm3，当它未放入液体时，弹簧测力计的示
数为3N，密度计的标记数值为0。
(1)将物体浸没在某种液体时，左边弹簧测力计示数为2N，则
对应右边的密度值应为__________g/cm3。
1.0
(2)为了提高该密度计的精确度，请提出一条改进建议：
___________________________________________________________________________________________________________________________________。
①增大金属块的体积；②换用质量更大的同种金属块；③换用质量相同密度更小的金属块；④换用精确度更高的弹簧测力计(合理即可)
【解析】 (1)物体浸没在液体中受到的浮力为F浮＝G－F＝3N－2N＝1N。
液体的密度为ρ液＝＝1×103kg/m3＝1g/cm3。
[湖州长兴县一模]在研究物体浮沉条件的实验中，将一只鸡蛋浸没在水中，向水中缓慢加盐，直至盐不能再溶解为止，鸡蛋受到浮力F随盐水密度变化的规律如图所示(ρA＝ρ水)。
类型四　浮力大小变化的模型
(1)当盐水的密度为图中B点对应的密
度时，鸡蛋处于________(选填“漂
浮”“悬浮”或“沉底”)状态。
(2)鸡蛋的重力大小是__________。
悬浮
F0
跟踪训练4 [舟山定海区三模]如图所示是舟山沈家门海底隧道的施工现场，起重船将圆柱形物体放入水中至全部浸没的过程中，起重船所受浮力大小的变化是
(　　)
C
[温州精准教学试点区二模]
某学习小组自制“浮力秤”，用来称
量物体的质量，如图甲所示。它是由
浮体和外筒构成的，浮体包括小筒和
秤盘。已知小筒的质量为50g，筒内
装入100g的细沙，底面积为20cm2，
可浸入水中的最大深度为20cm，秤盘的质量为10g，外筒是足够高的透明大筒，容器壁厚度可忽略不计。
类型五　有关浮力的综合解答
(1)小筒内装入细沙的作用是______________________________ ______。
(2)小筒上的零刻度线距小筒底部的距离h是多少
(3)如表所示是“浮力秤”模型评价量表，请选择任意一个指标进行评价，并说明理由。
“浮力秤”模型评价量表 评价指标 优秀 合格 待改进
指标一 刻度均匀 刻度不均匀 没有刻度
指标二 最大量程超过500g 最大量程在300~500g 最大量程小于300g
使小筒能竖直稳定地漂浮在水面上
【答案】 (2)此时F浮＝G总＝(100＋50＋10)×10－3kg×10N/kg＝1.6N，
浮力秤没有称物体时浸入水中的体积
V排＝＝1.6×10－4m3，
小筒浸入水中的深度h＝＝0.08m＝8cm，
即零刻度距小筒底部的距离为8cm。
(3)选指标一：指标一为优秀。
当放上质量为m的物体时，有G秤总＋G物＝F浮＝ρ水gV排。
即：m秤g＋m物g＝ρ水gSh，则：m物＝ρ水Sh－m秤，故所称物体的质量与浸入的深度成正比，所以浮力秤的刻度是均匀。
选指标二：指标二为待改进。
浮力秤放物体后排开水的最大体积V排＝V小筒＝Sh＝20cm2×20cm＝400cm3＝4×10－4m3，
此时浮力秤受到浮力F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg ×4×10－4m3＝4N。
称量的物体最大重力G物＝F浮－G秤总＝4N－1.6N＝2.4N，
m物＝＝0.24kg＝240g＜300g。
跟踪训练5 [山海联盟联考]全运会女子10米台跳水决赛中全红婵逆转陈芋汐优势夺个人第二金。这场决赛中的竞争非常激烈，全红婵和陈芋汐两位年轻选手的表现都非常出色。
(1)图甲表示全红婵从跳台一跃而起的瞬间，此时全红婵受到的支持力__________(选填“大于”“等于”或“小于”)自身的重力。
(2)图乙表示全红婵从接触水面到露出水面的过程，其中全红婵受到水的浮力不断减小的阶段是__________(填序号，用箭头表示过程)。
(3)质量为35kg的全红婵在跳水结束后，放松地漂浮在水面上，求此时她排开水的体积。
【答案】 (3)F浮＝G＝mg＝35kg×10N/kg＝350N，
V排＝＝0.035m3。
大于
④→⑤
【方法指导】
1.浮力是一种常见的力，有关浮力的题型，一般从受力分析开始，重力的方向是竖直向下的，浮力的方向是竖直向上的，关键是第三个力的方向。
2.有关浮力的探究，要把握两个关键：一是控制变量；二是支持阿基米德原理成立的证据(定量证据的等量关系)。

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