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4.4 水的浮力（第1课时）
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本节导航·目标清单
目标导航 方法指导
· 了解浮力的定义，建立浮力源于液体对物体向上托的力的科学观念 · 知道浮力的方向总是竖直向上，理解“浸在”包括部分浸入和全部浸入 · 掌握用弹簧测力计测量浮力的方法（称重法），能推导浮力大小 · 理解浮力大小与物体浸在液体中的体积、液体密度有关，与深度无关 · 能运用浮力知识解释生活中的浮力现象（如死海漂浮、山东舰航行等） · 浮力判断：液体对浸入其中的物体产生向上的力，方向总是竖直向上 · 称重法测浮力：先测重力G，再测浸入液体时的拉力F，浮力等于两者之差 · 影响因素探究：控制变量法——逐一改变浸入体积、深度、液体密度 · 下沉物体也受浮力：弹簧测力计示数变小即说明受到了浮力
教材精研·内容全解
考点01 浮力的概念
1. 浮力的存在
泳池中游泳的运动员、湖中游弋的游船、海洋中漂浮的冰山，都受到自身重力的作用，但它们并没有因此沉入水中，这是因为水产生了向上托的力，托住了它们。
不仅水会对浸入其中的物体产生浮力，所有的液体都会对浸入其中的物体产生一个向上的浮力。甚至气体也会对物体产生浮力，如空气对气球、雨滴等都有浮力作用。
泳池中游泳的运动员——受到水的浮力 湖中游弋的游船——受到水的浮力 海洋中漂浮的冰山——受到水的浮力
2. 浮力的定义
浸在液体中的物体受到液体对它向上的力，这个力叫作浮力（buoyancy）。
注意“浸在”的含义：“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入（即浸没）”两种情况。也就是说，浸没在液体内部和浮在液体表面的物体都受到浮力的作用。
所有的液体都会对浸入其中的物体产生一个向上的浮力。
3. 浮力的方向
浮力的方向总是竖直向上的。
无论物体的形状如何、是否运动，也无论液体如何放置，浸在液体中的物体受到的浮力的方向总是竖直向上的。
判断浮力方向时要注意：竖直向上不等于垂直于液面向上。当容器倾斜时，浮力方向仍然是竖直向上，而不是垂直于倾斜的液面。
浮力的方向——始终竖直向上
4. 感受浮力
我们可以用一只气球来感受浮力的作用。把气球压入水中，可以感觉到水对气球的浮力。
实验现象：气球入水中部分的体积越大，手感受到的压力也越大，说明气球受到的浮力也越大。
这个实验直观地表明：浮力的大小与物体浸入液体中的体积有关，浸入体积越大，浮力越大。
手按气球入水——感受浮力的存在
考点02 称重法测浮力
1. 下沉物体是否受浮力
浮在水面的物体受到水的浮力，那么在水中下沉的物体（如石块、铁钉）也受到水的浮力吗？
这个问题可以通过弹簧测力计实验来验证。
如果下沉物体在水中也受到浮力，那么用弹簧测力计测量时，物体浸入水中后的示数应该比在空气中测量时变小。
实验证明：在水中下沉的物体同样受到浮力的作用。
在水中下沉的石块和铁钉——是否也受到浮力？ 弹簧测力计实验装置
2. 实验步骤与受力分析
实验步骤：
（1）在弹簧测力计下悬挂一块圆柱体铝块，弹簧测力计的读数为F ，这就是铝块的重力G。此时铝块在F 和G二力的作用下平衡，即F = G。
（2）将铝块浸没水中，弹簧测力计的读数为F 。此时铝块在F 、F浮和G三力的作用下平衡，即F = G - F浮。与步骤（1）对比，弹簧测力计的示数变小了。
（3）弹簧测力计两次测量读数变化了多少？变化量即为浮力的大小。
3. 称重法测浮力
物体浸没水中时，弹簧测力计的读数变小了，说明浸没水中的物体受到了水的浮力。弹簧测力计读数减少的值，就等于物体所受浮力的大小。用这种方法可以测量浮力。
称重法公式：F浮 = G - F
其中，G为物体在空气中弹簧测力计的示数（即物体重力），F 为物体浸入液体后弹簧测力计的示数。
不仅是水，所有的液体都会对浸入其中的物体产生一个向上的浮力，因此称重法适用于所有液体中浮力的测量。
考点03 浮力的影响因素
1. 浮力与浸入体积的关系
实验探究：把铝块悬挂在弹簧测力计下，当铝块浸入水中的体积逐渐增大时，观察弹簧测力计示数的变化情况。
实验现象：铝块浸入水中的体积越大，弹簧测力计的示数越小，说明铝块受到的浮力越大。
实验结论：物体受到的浮力大小与物体浸在液体中的体积有关，物体浸在液体中的体积越大，物体受到的浮力越大。
弹簧测力计示数变化
2. 浮力与深度的关系
实验探究：在铝块浸没水中后，改变浸没在水中的深度，观察弹簧测力计的示数是否变化。
实验现象：铝块浸没后改变深度，弹簧测力计的示数不发生变化，说明浮力大小没有变化。
实验结论：物体受到的浮力大小与物体浸没在水中的深度无关。
注意区分：“浸入体积”和“深度”是两个不同的概念。物体未浸没时，深度增加意味着浸入体积增大，浮力增大；物体浸没后，深度增加但浸入体积不再变化，浮力不变。
弹簧测力计示数不变
3. 浮力与液体密度的关系
实验探究：把铝块浸没在酒精中，观察弹簧测力计的示数，并与该铝块浸没在水中的读数进行比较。
实验现象：铝块浸没在酒精中时，弹簧测力计的示数比浸没在水中时大，说明铝块在酒精中受到的浮力比在水中小。
实验结论：物体所受的浮力大小与液体的密度有关。在浸入体积相同的情况下，液体密度越大，物体受到的浮力越大。
弹簧测力计示数对比
4. 浮力影响因素总结
实验表明，物体在液体中所受的浮力大小，跟它浸在液体中的体积、液体的密度有关。
（1）浸在液体中的体积越大，浮力越大。
（2）液体的密度越大，浮力越大。
（3）浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。
在探究浮力影响因素时，采用的控制变量法：探究每个因素时，保持其他因素不变，只改变一个因素。
浮力影响因素总结——浸入体积、液体密度
5. 死海漂浮现象
在中东地区的死海，人能躺在水面上看书。
原理分析：死海里的水含盐量高，密度大，所以在同等条件下（人浸入水中的体积相同），人在死海里受到的浮力更大，因此人能躺在水面上看书。
这个现象进一步说明了浮力大小与液体密度有关：液体密度越大，浮力越大。
死海含盐量高、密度大
避坑指南·易错辨析
【温馨提示】 1. 浮力不只有水才产生，所有的液体和气体都会对浸入其中的物体产生浮力。 2. 在水中下沉的物体同样受到浮力，只是浮力小于重力，物体才会下沉。 3. 浮力的方向始终是竖直向上，不是垂直于容器底面向上，也不是垂直于液面向上。当容器倾斜时，浮力方向仍然是竖直向上。 4. “浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入（浸没）”两种情况，浮在液面的物体和浸没在液体内部的物体都受到浮力。 5. 称重法测浮力时，F浮 = G - F ，其中G是物体在空气中的重力，F 是物体浸入液体后弹簧测力计的示数，不要把两者搞反。 6. 浮力与“浸入体积”有关，与“深度”无关。物体未浸没时，深度增加导致浸入体积增大，浮力增大；物体浸没后，深度增加但浸入体积不变，浮力不变。 7. 洗手盆底部的出水口塞着的水堵头不受浮力，因为水堵头的下表面没有水，没有受到水向上的压力。 8. 探究浮力影响因素时必须使用控制变量法：每次只改变一个因素，保持其他因素不变。
实战演练·随堂检测
【实战演练】
1. 关于浮力，下列说法正确的是（ ）
A. 浮力都是由水产生的
B. 只有固体才受到浮力
C. 在水中下沉的铁块不受浮力
D. 游向水面的鱼儿受到向上的浮力
答：__________
2. 如图所示，玉环公园河面上有一片落叶随着水流由某一高处漂流而下。落叶所受浮力是（ ）
A. F
B. F
C. F
D. F
答：__________
3. 小科通过研究得到“物体在液体中受到的浮力大小与液体密度、物体排开液体的体积有关，与物体浸入液体的深度无关”的结论，下列四组实验可以证明“物体受到的浮力大小与物体浸入液体的深度无关”的是（ ）
①测力计挂着浸在水中的铁块，慢慢下移，在铁块浸没前测力计示数逐渐变小
②测力计挂着浸没在水中的铁块，让铁块再下移一段距离测力计示数不变③将两块相同的木块以横、竖不同的姿态放入水中，均漂浮在水面上④将质量相同、形状各异的实心物体放入水中，均漂浮在水面上
A. 只有①②④
B. 只有②③④
C. 只有③④
D. 只有①②
答：__________
4. 如图所示，洗手盆底部的出水口塞着橡胶制成的水堵头，则水堵头（ ）
A. 不受水的压力，受浮力
B. 受到水的压力，不受浮力
C. 既受水的压力，也受浮力
D. 不受水的压力，也不受浮力
答：__________
5. 096型战略核潜艇是中国自主研发的第三代核潜艇。当核潜艇漂浮在水面时，所受到的浮力方向是（ ）
A. F
B. F
C. F
D. F
答：__________
6. 探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示，其中所用金属块a和塑料块b的密度不同，但重力均为1.6 N，下列分析正确的是（ ）
A. 金属块a浸没在水中时，受到浮力的大小为0.6 N
B. 利用甲、乙，可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C. 利用乙、丙，可以探究浮力的大小与液体密度的关系
D. 利用丙、丁，可以探究浮力的大小与物体密度的关系
答：__________
巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下，把乒乓球（直径略大于瓶口直径）放入瓶内并注水，看到有少量水从瓶口流出，此时乒乓球静止不上浮（如图）。
（1）乒乓球静止不上浮时，除重力外还受到________力。
（2）想让乒乓球浮起来，可进行怎样的操作？请解释原因。
答：________________________________________________
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2. 用弹簧测力计测得某物体在空气中受到的重力为4.0 N，将该物体浸没在水中时弹簧测力计的示数为2.8 N。
（1）该物体浸没在水中时受到的浮力是多少？
（2）如果将该物体浸没在酒精中，弹簧测力计的示数比在水中大还是小？为什么？
答：________________________________________________
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3. 我国第一艘自主设计、自主建造的航空母舰“山东舰”，舰长超过300米，甲板面积达到3个足球场那么大，能承载多达36架舰载机和其他设备。而一枚铁钉放入水中则会下沉。
请用浮力的知识解释：为什么又大又重的航空母舰能浮在海面上，而小小的铁钉却会沉入水中？
答：________________________________________________
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参考答案
1. D
解析：任何液体或气体都会对浸入其中的物体产生浮力，浮力的方向总是竖直向上的，故A、C错误，D正确；液体中的气泡会受到浮力，雨滴在空气中也会受到浮力，故B错误。故选D。
2. C
解析：无论物体在水中处于什么状态，浮力方向总是竖直向上的。落叶所受浮力的方向是F 。故选C。
3. B
解析：①测力计挂着浸在水中的铁块，慢慢下移，深度改变，排开液体体积也改变（浸没前），故不能证明浮力大小与深度无关；②测力计挂着浸没在水中的铁块下移，液体密度和排开液体体积不变，只改变深度，可以证明浮力大小与深度无关；③将两块相同的木块以横、竖不同的姿态放入水中，均漂浮在水面上，液体密度和排开液体体积不变，下底面深度不同，可以证明浮力大小与深度无关；④将质量相同、形状各异的实心物体放入水中，均漂浮在水面上，根据浮沉条件浮力等于重力，三个物体浮力相同，排开液体体积相同，液体密度相同，不同物体深度不同，可以证明浮力大小与深度无关。故②③④可以证明。故选B。
4. B
解析：洗手盆底部的出水口塞着橡胶制成的水堵头，受到水向下的压力，但水堵头的下表面没有水，没有受到水向上的压力，所以水堵头不受浮力。故选B。
5. A
解析：浮力方向始终竖直向上的，所以当核潜艇漂浮在水面时，所受到的浮力方向是F 。故选A。
6. A
解析：由题图乙可知，金属块浸没在水中时弹簧测力计的示数为1.0 N，所以金属块a浸没在水中受到的浮力F浮 = G - F = 1.6 N - 1.0 N = 0.6 N，故A正确；
比较题图甲、乙，金属块a浸入水中的体积不同，所以可探究的是浮力与物体浸入水中的体积的关系，而不是物体体积的关系，故B错误；
比较题图乙、丙，体积不同的金属块a与塑料块b，除了体积不同之外，密度也不同，因此不可以探究浮力的大小与液体密度的关系，故C错误；
比较题图丙、丁，塑料块b浸没在水和酒精中，弹簧测力计的示数不同，说明塑料块所受的浮力不同，所以可以探究浮力的大小与液体密度的关系，故D错误。故选A。
巩固拓展参考答案：
1. （1）压 （2）用手堵住瓶口。
解析：（1）图中乒乓球静止时，虽然有少量水从瓶口侧面流出，但乒乓球下表面没有受到水的压力，此时乒乓球不受浮力作用，故乒乓球静止不上浮时，除重力外还受到压力。
（2）想让乒乓球浮起来，需要水对乒乓球的底部产生向上的压力，所以可进行的操作是：用手堵住瓶口。堵住瓶口后，水充满乒乓球下方，乒乓球下表面受到水向上的压力大于上表面受到水向下的压力，产生浮力，乒乓球上浮。
2. （1）1.2 N （2）示数比在水中大。
解析：（1）物体浸没在水中时受到的浮力 F浮 = G - F = 4.0 N - 2.8 N = 1.2 N。
（2）酒精密度小于水的密度，物体浸没在酒精中时浸入体积相同但液体密度变小，根据浮力与液体密度的关系，物体在酒精中受到的浮力比在水中小。浮力变小，弹簧测力计的示数G - F浮就会变大，所以示数比在水中大。
3. 参考答案：
航空母舰虽然体积大、重力大，但它是空心的，浸入水中的体积（即排开水的体积）非常大，受到的浮力也很大。当浮力等于航空母舰的重力时，航空母舰就能漂浮在水面上。
而铁钉是实心的，虽然重力小，但浸入水中的体积也很小，受到的浮力小于自身的重力，所以铁钉会沉入水中。
由此可见，物体是否能浮在液面上，取决于浮力与重力的大小关系，而不仅仅取决于物体的大小或轻重。

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