初中中物理浮力大小的判断

浮力（一）

Warm up

大约在殷商时期，我们的祖先就开始认识和应用浮力了，是世界上应用浮力最早的国家之一。当时是利用较大的独木，从中间挖成槽形，放在江河的水中漂流，称为独木舟。人们利用它来载人和装运收获的猎物。后来又发展到用木板做成船体，在江河中代替独木舟航行。随着生产和技术的发展，以后各个朝代对船的形状和结构又进行了多次改进，使木船不仅能在内河、湖泊中航行，还制造了能适用于大海、大洋中航行的大型船舶。明朝时的郑和出使西洋用的大型“宝船”船队，其船体在结构上合理、精致、美观，都达到了古代造船工艺史上的颠峰。这一伟大的成果，是古代造船史上非常光辉的业绩，是我们祖先对世界航海事业作出的伟大贡献。

浮桥是我国古代历史上应用浮力的伟大奇迹，在公元前8世纪周朝时就得到了广泛的应用。在以后的年代，发展到不仅可以在小河上架起浮桥，而且像黄河这样的大河上也架起了浮桥。相传在11世纪初，在蒲州附近潼关以北的黄河上曾架起一座很大的浮桥，浮桥的缆绳用8只铁牛系住，这些铁牛立于两岸，每只铁牛重数万斤。后来由于洪水泛滥，浮桥被冲垮，铁牛也沉入河中。如何把铁牛打捞起来，在当时的条件下，是比较困难的。和尚怀丙派人潜入水中，用铁索把铁牛和两只装满泥土的大船系在一起，然后再把船中的泥土除去，利用大船所受的浮力，把铁牛拉上来。

利用物体的沉浮原理估测液体的密度，在我国的宋、元时代已经开始。根据有关文献记载，密度的测定主要是和古代的制盐业密切联系的，即由于估测盐水的需要，发展了液体密度的测量技术，为晒盐业提供了条件。11世纪，姚宽在台州做官时，为了检查盐商是否舞弊，他首创了一种简单的估测盐水密度的方法。选用体积大体相同，而质量不同的莲子十粒，当把莲子放在盐水中时，如果这些浮沉子──莲子有5粒以上浮起，说明盐水是最浓的；如果有三四粒莲子浮起，说明此盐水是浓盐水；如果不足3粒莲子浮起，说明此盐水是稀盐水。到了元代，经进一步改进，制造了便于携带的简单装置。取四个莲子，分别用四种不同浓度的盐水浸泡，放在一个竹筒内，便成为简单的测定盐水浓度的装置。如果要测某种盐水的浓度，只要把待测盐水的一小部分装入筒内，观察各类莲子浮起的情况，便可以估测盐水的浓度。到了明代，测定盐水浓度的方法进一步简化，选一粒轻重合适的莲子，放在竹筒内，当把待测的盐水放入竹筒中时，如果莲子浮在水面上成横倒形，则盐水最浓；如果成垂直形，则盐水次浓；如果莲子沉而下浮，则盐水不浓。我国古代这种简单估测盐水浓度的方法，与现代密度计的原理相似，这说明我国古代对浮力的研究与应用已经相当深入了。

知识点

1、密度 物质单位体积的质量叫做该种物质的密度，V

m =ρ，国际单位是kg/m 3。 要明确：密度表示了物质本身的一种特性。

2、压力和压强

垂直作用在物体表面并指向表面的力叫做压力。

物体单位面积上受到的压力叫做压强，国际单位是帕，即N/m 。

S

F P =

3、液体内部的压强

液体内部存在着向各个方向的压强，而且在同一深度处，各个方向上的压强相等。

在同种液体内部，深度越大，该处压强也越大；在不同液体内部同一深度处，密度大的液体产生的压强大。

4、浮力

浸在液体或气体中的物体会受到液体或气体向上的托力，这个托力就是浮力。方向是竖直向上。

浸在液体中的物体无论是全部浸没还是部分浸入，无论是上浮还是下沉，无论是漂浮还是沉底，都要受到液体对物体的浮力作用。

5、探究浮力产生的原因

上、下表面的压力不同，产生压力差，这个压力差就是浮力产生的原因。

6、浮力的测量

称重法测浮力。

先用弹簧测力计测出金属块在空气中的重力G，再用弹簧测力计提着金属块，把金属块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数F，弹簧测力计两次的示数之差就是浸在液体中的物体受到的浮力大小，即F浮=G–F。

7、阿基米德原理

关于阿基米德定律的发现，流传着一个有趣的故事。相传叙拉古国王亥厄洛用黄金请工匠做了一顶非常精致、漂亮的王冠，但是他怀疑工匠用银子偷换了部分黄金。于是要阿基米德在不损坏王冠的前提下，查验王冠是否是纯金制成的。阿基米德整天捧着王冠苦苦思索，总是不得要领。但是他并不气馁，继续研究。一次，阿基米德洗澡，他跨入盛满着水的浴桶，随着身子浸入浴桶，一方面感到水对身子有一股向上的托力，另一方面一部分水从桶边溢出。阿基米德发现这个现象，立刻领悟到可以用测定固体在水中排水量的办法来测定该固体的比重。这时，阿基米德异常兴奋，忘了自己是裸露着身子，从浴桶中一跃而起，奔了出去，狂呼“攸勒加，攸勒加”（意思是我找到了）。阿基米德继续做实验，拿一块黄金和一块重量与之相等的白银，由于比重不同，两者体积就不同。如把两者分别放入盛满水的容器中，则银块排出的水比金块多得多。于是阿基米德来到王宫，把王冠和同等重量的纯金块放进盛满水的容器里，分别测出它们排出的水量，一比较，问题就解决了。根据各种历史记载，我们不必花精力去追究工匠是否偷盗了黄金，但是从这个实验中却得出了一个重要的物理定律，即阿基米德定律。阿基米德在《论浮体》中表述了这一定律的重要内容：放在水中的物体所失去的重量，等于其排开的水的重量。

男同学就多说点，女生就讲有这个故事就好了。

当物体全部或部分浸在液体中时，它会受到向上的浮力，浮力的大小等于它所排开这部分液体所受的重力大小。

F排=G排

F浮=ρ液gV排

8、物体浮沉条件

如果浮力大于重力，物体上浮；如果浮力小于重力，物体下沉；如果浮力等于重力，物体悬浮。

物体上浮、下沉是运动过程，在此过程中受非平衡力作用，下沉的结果是物体沉到液体底部，上浮的结果是物体浮出液面；漂浮于悬浮的共同特点都是浮力等于重力，在平衡力作用下，静止不动，但漂浮时物体在液面的平衡状态，物体的一部分进入液体中，悬浮是物体浸没在液体内部的平衡状态，整个物体浸没在液体中。

上浮F浮>G V排=V物ρ液>ρ物

漂浮F浮=G V排ρ物

悬浮F浮=G V排=V物ρ液=ρ物

下沉F浮

9、液体浮沉条件的应用——密度计

密度计漂浮在液体中，浮力等于重力，液体密度越大，排开水的体积就越小，处在液体中的部分越浅，即进入液体中的高度与液体密度成反比。

例子：煮饺子时，将饺子放入沸水中，饺子沉底，为什么？待水再次沸腾后，饺子浮出水面，这是为什么？煮一会后，往往需要向锅中加入少量凉水，这又是为什么？

浮力大于重力，所以饺子刚放进锅里会沉底；水沸腾后，饺子的体积增大，根据阿基米德原理可知，浮力增大，到浮力大于重力，饺子浮出水面；加少量凉水，使沸水放热，温度降低，达到止沸的目的，虽然饺子面皮温度降低了，但是饺子馅的温度仍然很高，起到煮馅的目的。

10、研究影响浮力大小用到的方法：控制变量法

浮力的大小跟多个因素有关，在设计实验时应采用控制变量法，即先保证其他因素不变，让一个因素改变，看被研究的那一个因素（浮力）是否改变，从而确定物理量之间的关系。

用控制变量法的思想去分析和设计，具体采用称量法来进行探究，既能从弹簧测力计示数的变化中体验浮力，同时，还能准确地测量出浮力的大小。

11、影响浮力大小的因素

浮力的大小跟液体的密度，物体浸入液体的体积有关，在判断、比较浮力的大小时，应从液体密度、物体浸入液体的体积两方面来考虑。

探究时，应用控制变量法分别控制液体密度、物体浸入液体的体积不变去探究物体浸入液体的体积和液体密度对浮力的影响。此类题目一般出现在开放性试题中。

巩固题

1、（浮力的基本概念）下列关于浮力说法中正确的是（）

A、浮力是由水产生的

B、在不同的液体中浮力的方向会不同

C、只有固体才会受到浮力的作用

D、浮力方向和重力方向相反

任何浸在液体中的物体都会受到液体对它的浮力，此外，气体也能产生浮力，故A错；