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10.3科学探究 浮力的大小
学习目标：
1、经历实验探究了解浮力的大小与哪些因素有关；
2、经历实验探究和理性探究，理解阿基米德原理；
3、能应用阿基米德原理解决有关实际问题。
一、新课引入
这是一个流传久远的传说：古希腊有一位伟大的科学家，叫阿基米德，他在洗澡时发现，身体越往水下浸，从盆中溢出的水越多，感到身体越轻。他忽然想到：物体浸在液体中的体积，不就是物体排开液体的体积吗？通过进一步研究，阿基米德发现了浮力的规律。
测量浮力的方法
压力差法：F浮=F向上-F向下
称重法：F浮= F1-F2
F1
G
F2
G
F2
F浮
G
物体浸在液体中所受的浮力大小等于弹簧测力计示数减小的数值。
那么浮力大小与什么因素有关呢
复习回顾
【提出问题】 浮力大小与哪些因素有关？
探究实验：浮力大小与什么因素有关
【猜想与假设】
液体对物体产生浮力，浮力的大小可能与液体的密度有关。
船运载货物多少与船大小有关，浮力可能与物体浸入液体的体积大小有关。
木头能漂在水面上，铁块会沉入水底，浮力可能与物体的密度有关。
将空饮料罐用力按入水桶，浸入水中过程中，手感觉到向上的力变大，浮力可能与液体深度有关。
演示实验
二、浮力大小与什么因素有关
【实验器材】弹簧测力计，体积相等的铝块，铜块，铁块，水槽，酒精，水，盐水，细线等。
【实验方法】 控制变量法
铁块
铝块
铜块
1. 探究浮力大小与物体浸在液体中的深度关系
①用弹簧测力计测量出铁块的重力G；
②将铁块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数；
③改变铁块在水中浸没的深度，读出弹簧测力计的示数。
【实验过程】
改变（浸没前）
不改变（浸没后）
深度h/cm 0 1 2 3 4 5 6
重力G/N 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
弹簧测力计示数F拉/N 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.4 0.4
浮力F浮/N 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.8 0.8
结论：浮力大小与物体浸没水中后的深度无关。
2. 探究浮力大小与物体浸在液体中的体积关系
结论：在同一液体中，物体浸在液体中的的休积越大，浮力越大。
①用弹簧测力计测量出铁块的重力G；
②把铁块小部分体积浸入在水中，读出弹簧测力计的示数；
③逐渐增大铁块浸在水中的体积，直至完全浸没并读出弹簧测力计的示数。
物体浸在液体中的体积V排/cm3 0 1/5V物 2/5V物 3/5V物 4/5V物 V物
重力G/N 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
弹簧测力计示数F拉/N 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
浮力F浮/N 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
3. 探究浮力大小与液体的密度关系
①用弹簧测力计测量出铁块的重力G；
②将铁块分别浸没在酒精、水和盐水中，读出弹簧测力计的示数。
液体种类 酒精 水 盐水
重力G/N 1.8 1.8 1.8
弹簧测力计示数F拉/N 1.4 1.2 0.9
浮力F浮/N 0.4 0.6 0.9
结论：物体的密度和排开液体体积一定时，液体密度越大，浮力越大。
4. 探究浮力大小与物体密度关系
①用弹簧测力计分别测出体积相等的铝块、铜块的重力；
②把铝块、铜块分别悬挂在弹簧测力计下端浸没水中，观察记录弹簧测力计示数。
物体种类 铝块 铜块
重力G/N 0.28 0.88
弹簧测力计示数F拉/N 0.18 0.78
浮力F浮/N 1 1
结论：浮力的大小跟固体的密度无关，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等。
如图所示， 将弹簧测力计换成力传感器，逐渐增加升降台的高度，改变物块浸在水中的体积V，计算机可绘制出F浮 -V图像
【归纳总结】
物体在液体中所受的浮力大小，跟它浸在液体中的体积有关，跟液体的密度有关。
当液体的密度一定时，物体浸在液体中的体积越大，浮力越大；
当物体浸在液体中的体积一定时，液体的密度越大，浮力越大。
【交流与讨论】
物体浸没前，浮力的大小与物体浸在液体中的深度是否有关
实验现象：两次弹簧测力计示数相等。
　　将带刻度线的长方体金属块(如图所示，其横向和纵向各有一条中位线)，浸入水中但不完全浸没。
结论：浮力的大小与物体浸在液体中的深度无关。
　　传说古希腊科学家阿基米德(前287-前212)，为了鉴定金王冠是否是纯金的，要测量王冠的体积，而他苦想了很久都没有结果。一天，他跨进盛满水的浴缸洗澡时，身体越往水下浸，从盆中溢出的水越多，人感到身体越轻。他忽然想到：物体浸在液体中的体积，不就是物体排开液体的体积吗？
三、阿基米德原理
1、阿基米德灵感的启示
决定浮力大小的因素：
物体浸在液体中的体积越大，液体的密度越大，浮力越大。
取 代
物体排开液体中的质量越大，浮力越大。
物体重力与其质量成正比
物体所受的浮力与它排开液体所受的重力是否有直接关系呢？
　　　　　　　　　 越大，液体的密度越大，浮力越大。
物体排开液体的体积
【猜想与假设】
2、探究实验：浮力与物体排开液体重力的关系
浮力的大小跟排开液体所受的重力应该有一定的关系，大小可能相等。
实验探究
【方案思路】
本实验需要先测量两个量：
物体所受的浮力
物体排开液体的重力
再分析两者的关系。
F2
F1
①测量浮力的方法
称重法
②排开液体所受的重力
溢水法
G0
G物
F拉
G总
F浮=F1-F2
G排=G总-G0
溢水杯盛满液体，把物体浸在液体中，物体排开液体流入小桶中，小桶中的液体就是被物体排开的液体，在使用弹簧测力计测出排开液体所受的重力。
【实验器材】
弹簧测力计、溢水杯、小桶、重物、适量的水。
　　先测量出铁块所受重力的大小，再把铁块浸没在装满水的溢水杯中，读取弹簧测力计的示数，计算出铁块受到的浮力；然后，测量出被铁块从溢水杯排到小桶中的水所受的重力；比较铁块受到的浮力和其排开水的重力关系。
【实验过程】
【数据记录】
次数 小桶所受的重力 G桶/N 物体所受的重力 G物/N 物体在水中时弹簧测力计的读数F拉/N 小桶和排开水所受的重力 G总/N 浮力 F浮/N 排开水所受的重力
G排/N
1 0.31 1.25 1.05 0.51 0.2 0.2
2 0.31 1.25 0.69 0.86 0.56 0.55
3 0.31 1.25 0.30 1.28 0.95 0.97
F浮=G物-F拉
G排=G总- G桶
【实验结论】
物体受到浮力的大小等于它排开液体所受的重力；即F浮=G排
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新知探究
阿基米德原理
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。
F浮 = G排 = ρ液 gV排
排开液体的重力（N）
浮力（N）
液体密度（kg/m3）
9.8N/kg
排开液体体积（m3）
1.内容
2.公式
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新知探究
F浮＝ ρ液 gV排
表明浮力大小只和 r液、V排有关，与物体的体积、形状、密度、浸没在液体中的深度及物体在液体中是否运动等因素无关。
阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体。
浸在气体中的物体收到的浮力F浮=ρ气 gV排
3.对阿基米德原理的理解
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新知探究
“浸入”包括“全部浸入（即浸没）”和“部分浸入”两种情况。
浸没
部分浸入
不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力。对于同一物体而言，浸没时受到的浮力大，部分浸入时受到的浮力小，而且浸入的体积越小，所受的浮力也越小。
如图所示，物体“浸在液体里”包括“全部浸入(即浸没)”和“部分浸入”。
③浸没、浸入、浸在、没入
部分浸入
全部浸入
V排=V浸=V物
V排=V浸＜V物
不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力。对于同一物体而言，浸没时受到的浮力大，部分浸入时受到的浮力小，而且浸入的体积越小，所受的浮力也越小。
无论物体是漂浮、悬浮还是沉在水中，它所受的浮力都等于其排开的水所受到的重力。
漂浮在水面的冰山
悬浮水中游动的鲸鲨
沉底的石块
讨论交流
　　在死海中，海水的密度高达1.18×10kg/m3，如图所示，人们可以很轻松地在海面仰卧，甚金还可以看书！请你应用阿基米德原理作出解释：
　　由于死海的盐度很高，水中的密度也很大，因此每单位体积的水会比普通海水提供更多的浮力。人浸泡在死海中时，人体上的气泡会被压缩，这将减少人体在水中的体积，并增加人体的密度。因此，人体在死海中的密度比水大，但是由于死海提供的浮力很大，人体仍然可以轻易地漂浮在水面。总之，死海漂浮的原理是因为死海水的高盐度提供了更大的浮力，使得人体可以轻松地漂浮在水面上。
阿基米德原理应用
4
1.浮力的计算
【例】一个边长为3cm，密度为2×103kg/m3的立方体橡皮泥块浸没在水中时受到的浮力是多少 如果把这块橡皮泥捏成一只小船浮在水面上，小船所受浮力是多少 (取g=10N/kg)
用橡皮泥捏成的小船浮在水面上
如果橡皮泥块浸没在水中，它排开水的体积
解：
V排=V橡= 0.03m×0.03m×0.03m =2.7×10-5m3
排开水的质量
m排=ρ水V排=1×103kg/m3×2.7×10-5m3=2.7×10-2kg
排开的水受到的重力
G排=m排g= 2.7×10-2kg×10N/kg= 0.27N
根据阿基米德原理，可以得到
F浮=G排= 0.27N
如果把这块橡皮泥捏成小船，橡皮泥的质量不变，其所受重力不变。橡皮泥在水中漂浮时处于二力平衡状态，有
F浮=G橡=m橡g=ρ橡V橡g=2×103kg/m3×2.7×10-5m3×10N/kg=0.54N
答：橡皮泥块浸没在水中时受到的浮力为0.27N，橡皮泥漂浮时受到的浮力为0.54N。
　　橡皮泥小船比橡皮泥立方体能排开更多的水，这说明采用“空心”的办法能增大可供利用的浮力，据此人们用密度远大于水的钢铁制造了轮船。
思考：轮船是采用什么原理漂浮的？
原理：空心法
1. 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液体所受的重力，这就是著名的阿基米德原理，用公式表示就是：F浮＝_____，阿基米德原理不仅适用于液体，也适应用于______。
课堂练习
5
G排
气体
2. 如图所示，四个体积相同而材料不同的球甲、乙、丙、丁分别静止在水中的不同深度处。以下说法正确的是（　　）
A．甲球所受的浮力最小
B．乙球所受的浮力最小
C．丙球所受的浮力最小
D．丁球所受的浮力最小
A
3. 如图所示，在容器中放一个上、下底面积均为10cm2、高为5cm，体积为80cm3的均匀对称石鼓，其下底表面与容器底部完全紧密接触，石鼓全部浸没于水中且其上表面与水面齐平，则石鼓受到的浮力是（　　）（取g＝10N/kg）
A．0N B．0.3N C．0.5N D．0.8N
B
4. 一枚重量为G的鸡蛋悬浮在盐水中，如图所示。往盐水中继续均匀缓慢加盐（盐水未到饱和），鸡蛋所受浮力F随时间t变化的图像可能是（　　）
A． B． C． D．
A
课堂小结
6
阿基米德原理
浮力大小与什么因素有关
F浮= G排= ρ液 gV排
阿基米德原理
通过浮力的变化情况推断其它力的变化情况
计算V排，计算F浮
比较浮力的大小
通过浮力测密度
探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系
物体在液体中所受的浮力大小，跟它浸在液体中的体积有关，跟液体的密度有关。
阿基米德原理
阿基米德原理应用
下课
Thanks!
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