1.3-第三節(jié)水的浮力、浮力產(chǎn)生的原因、阿基米德原理解析

“水能載舟”“亦能覆舟”2014.4.16韓國”歲月”號客輪發(fā)生浸水事故下沉。

傳說羅馬軍隊抓到幾個犯人，準(zhǔn)備把他們處死。他們把犯人戴上手銬腳鐐?cè)舆M(jìn)死海?？墒牵溉嗽趺匆渤敛幌氯?，羅馬人以為是神在保護(hù)他們，就趕緊免去了他們的死罪。

為什么淹不死他們？是神在保護(hù)他們嗎？死?！粫谎退赖暮Ｐ」适?/p>

在死海中游泳的人平躺在水面上也不會下沉甚至可以躺在水面上靜靜地看書。死海:不死:

因為死海中含鹽量太大了，所以湖水里除了某些細(xì)菌以外，其他生物都不能生存，沿岸草木也很稀少，湖泊周圍死氣沉沉。大家也就把它叫做“死?！?。資料這一切都是因為-----_____浮力第一、二課時輪船為什么會漂浮在水面上？輪船在水中受到浮力。11.將一個空塑料瓶的瓶蓋旋緊，然后把它壓入水中，如圖1-15所示，你的手有什么感覺？感覺瓶子向上頂。2.將手松開后，觀察瓶子運(yùn)動的情況？瓶子上浮。3.用乒乓球、塑料小玩具等會上浮物體再次感受。1.靜止在手上的空礦泉水瓶受到哪幾個力的作用？2.這兩個力有什么關(guān)系？是一對平衡力：Ｆ托＝ＧＦ托Ｇ【思考1】重力與手對空礦泉水瓶的托力將空礦泉水瓶放在水中2.這兩個力有什么關(guān)系？重力與水對空礦泉水瓶的托力Ｆ托Ｇ1．空礦泉水瓶在豎直方向上受哪幾個力的作用？是一對平衡力：Ｆ托＝Ｇ【思考2】

根據(jù)二力平衡知識，空礦泉水瓶除受到

作用外，還受到水對它

的力，這種力叫做

。浮力？豎直向下的重力豎直向上托浮力

在液體中的物體受到液體豎直向上托的力。潛艇在水中水中天鵝結(jié)論1：在水中會上浮的物體受到向上的浮力。那么，在水中會下沉的物體是否也會受到水的浮力呢？探究：在水中下沉的物體是否也受到浮力？猜想：設(shè)計實驗：事實與證據(jù)：得出結(jié)論：交流與評價：在水中下沉的物體會受到水的浮力。用彈簧秤來測出物體在空氣中和在水中所受的力，進(jìn)行比較。

如何用彈簧測力計測浸在液體中的物體受到的浮力大??？1.力的測量工具是什么？彈簧測力計3.它們在水中是否也受到浮力作用呢？思考2.你知道在水中會下沉的物體有什么？有石塊、硬幣、針等【討論】1.將物體掛在彈簧測力計下，記下彈簧測力計的讀數(shù)。F=G物=

?；顒?.托住懸掛的物體，記下彈簧測力計的讀數(shù)。（演示三）

F=G物-F拉

=

。小實驗

用手托一下懸掛在空氣中的物體，使彈簧測力計的讀數(shù)變小。問：彈簧測力計的讀數(shù)變小的原因？物體受到手對它向上的托力。

將物體浸入水中，你發(fā)現(xiàn)了什么？彈簧測力計的讀數(shù)變小了。說明了什么？水對物體有一個向上的托力。思考3.再將物體浸入水中，記下彈簧測力計的讀數(shù)。（演示二）

F=G物-F拉=

?；顒?.比較彈簧測力計的讀數(shù)變化，你能得出什么結(jié)論？彈簧測力計的讀數(shù)變小結(jié)論2：在水中會下沉的物體也受到豎直向上的浮力求浮力大小的方法方法一、稱重法F浮力=F空氣F水中－=G－G′這種方法的適用條件是什么？物體在液體中能夠下沉。結(jié)論物體浸在其他液體中也會產(chǎn)生浮力嗎？3將物體浸入酒精中，觀察彈簧測力計的讀數(shù)F3=__牛。浸入水中的物體受到浮力，浸入其他液體中的物體也受到浮力嗎？（如果換用鹽水做實驗，你又觀察到了什么現(xiàn)象？得到了什么結(jié)論？）結(jié)論3：所有的液體都會對浸入其內(nèi)的物體產(chǎn)生一個豎直向上的浮力?！敖搿卑ㄍ耆]和部分浸入。①完全浸沒時：V浸入=V物體②部分浸入時：V浸入=V物體V露出－浮力的方向：豎直向上氣球、熱氣球飛向天空氣體會產(chǎn)生浮力嗎？

有什么事實(實例）可以說明氣體對物體也有浮力呢？討論熱氣球升空.ram飛艇.ram在空氣中會上浮的物體受到向上的浮力

結(jié)論物體浸在氣體中也會產(chǎn)生浮力嗎？4

打足了氣的籃球，氣孔上插有打氣針，打氣針的另一端通過導(dǎo)管、橡皮塞和氣球囊連接。導(dǎo)管閥門開始處于關(guān)閉狀態(tài)，現(xiàn)將閥門打開。你將看到什么現(xiàn)象？氣球脹大，同時杠桿左端上升。結(jié)論4：浸入氣體中的物體也受到向上的浮力。一、浮力的概念浸在液體或氣體中的物體受到液體或氣體對它向上的托力。浮力的方向如何？現(xiàn)象：不管燒杯如何傾斜，線都是豎直的。結(jié)論：浮力的方向總是豎直向上。用一只乒乓球系上一根線，下面系一重物，放入盛有水的燒杯，觀察線的方向。然后使燒杯傾斜，再觀察。5二、浮力的方向浮力的方向總是豎直向上。F

G三、浮力的大小方法一、稱重法F浮力=F空氣F液體中－=－G′G求浮力大小還有其他方法嗎？浸入液體或氣體的物體為什么會產(chǎn)生浮力呢？思考：讓我們先來回顧一下液體壓強(qiáng)的特點：你想過嗎？（１）水和其它液體的內(nèi)部都存在著壓強(qiáng)，液體的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大；（２）在同一深度，液體向各個方向的壓強(qiáng)都相等；（３）液體的壓強(qiáng)還跟液體的密度有關(guān)，密度越大，壓強(qiáng)越大．交流討論讓我們一起來看看，浮力產(chǎn)生的原因：原因1原因2浮力產(chǎn)生的原因

設(shè)想有一個立方體的浸沒在水中它的六個表面都受到壓力。左右兩側(cè)受到的壓力有何關(guān)系？前后兩側(cè)受到的壓力有何關(guān)系？

上下兩面受到的壓力有何關(guān)系？上下兩個面的壓力的差，就是液體對物體的浮力。F浮=F-F′浮力方向總是豎直向上的

立方體浸沒在水中，其左右兩個側(cè)面和前后兩個側(cè)面的面積分別相等，并且相對應(yīng)的部位，距水面的深度相同，水對它們的壓強(qiáng)相等．所以立方體左右兩個側(cè)面和前后兩個側(cè)面受到水的壓力的大小分別相等，方向分別相反．利用壓力差法求浮力的公式求浮力的第二種方法

由于液體（或氣體）深度不同對物體向上、向下的壓力差產(chǎn)生的。F1F2F3F4F3、F4相互抵消（平衡）F浮=F2

–

F1浮力產(chǎn)生的原因F2

>F1下表面比上表面水深結(jié)論：

浮力就是液體對物體向上和向下的壓力差。F浮=F向上－F向下（浮力方向總是豎直向上）實質(zhì)：上下表面的壓力差1液體對上表面的壓力1壓力之差：定量F向上h1F向下h0F向下=ρ液gh1s方向向下液體對下表面的壓力F向上=ρ液g（h1+h0）s方向向上

F=F向上—F向下=ρ液g（h1+h0

）s—ρ液gh1

s=ρ液gh0

s=ρ液gV排=F浮注意：浮力的施力物體是包圍物體的液體。浮力是包圍物體的液體從各個方向?qū)ξ矬w施加壓力的總效果的表現(xiàn)。浸在液體里的物體是受力物體，對物體進(jìn)行受力分析時，考慮到物體所受浮力時，就不要考慮液體對物體的一些壓力了。推廣1：若物體沒有全部浸沒呢？物體沒有受到向下的壓力F浮=F向上=ρ液gh

s=

ρ液gV排推廣2：形狀不規(guī)則的物體呢？

浮力仍然是物體所受液體的壓力的合力（總效果）思考題：

潛水艇陷進(jìn)泥沙中很難浮起，這是為什么？

把一塊臘塊放入燒杯里，讓臘塊緊貼燒杯底，加入水，觀察臘塊會否上??？然后撥動臘塊，使之不再緊貼燒杯底，觀察能否上浮，請分析實驗現(xiàn)象的原因。動手實驗答：水對臘塊的底部沒有向上的壓力,由壓力差法知臘塊沒有受到向上的浮力。1思考

為什么圖1的蠟塊會漂浮在水面上，而圖2的臘塊卻沉在水底？2

浮力消失了嗎？

當(dāng)物體與容器底部緊密接觸時，兩個接觸面間就沒有液體滲入，物體的下表面不再受液體對它向上的壓強(qiáng)，液體對它就失去了向上托的力，浮力當(dāng)然隨之消失了。1874年8月的一天，在大西洋亞速爾群島的西南方，有一艘深海考察潛艇，為研究海底礦產(chǎn)資源的分布，正在向深處下潛。艙內(nèi)的考察人員被海底迷人的景色陶醉了，致使下潛速度過大，船體猛然撞到海底，陷入海底的沉積物中了。船員把潛艇水艙中的水全部排出，企圖上浮。奇怪的是，潛艇絲毫不動，像被海底“吸”住一樣。這是為什么？難道浮力真的消失了嗎？怎么辦？你能替他們想出擺脫困境的辦法嗎？問題

如果物體的下表面不與液體接觸，不受液體向上的壓力，這個物體就不受浮力作用。

立在河床上的橋墩；陷在河中泥里的腳；打在河底的木樁，它們受到浮力嗎？注意：

如圖所示，兩個正方體物塊A、B分別與容器底部和側(cè)壁緊密接觸（即容器壁與物體間無液體），往容器中倒水。則下列說法正確的是（）

A.都受浮力B.都不受浮力C.A物塊受浮力、B物塊不受浮力D.A物塊不受浮力、B物塊受浮力ABC

有一長方體木塊，平放在水中，上表面受到水向下的壓力為5牛，受到水的浮力為9.8牛，那么下表面受到水向上的壓力為多大?F向上=

F浮+F向下

=9.8牛+5牛=14.8牛

物體處于密度為ρ的液體中,物體體積為V,物體的上下表面受到液體的壓力分別為F1、F2，則下列敘述正確的是（）AF1一定大于F2

BF2一定大于F1CF浮=F2-F1DF浮=ρgVF1F2D

有一實心長方體金屬塊掛在彈簧秤上，靜止時彈簧秤讀數(shù)為F1；將此金屬塊全部浸沒在水中，靜止時彈簧秤示數(shù)為F2。據(jù)此實驗及所得數(shù)據(jù)，一定不能求出的量是（）A金屬塊上、下表面壓力差B金屬塊上、下表面壓強(qiáng)差C金屬塊的質(zhì)量D金屬塊的密度B1

.浮力：浸在液體(或氣體)中的物體受到的液體(或氣體)豎直向上托的力叫做浮力。2

.浮力方向：總是豎直向上3.浮力產(chǎn)生的原因：是物體表面的上下表面壓力差。課堂小結(jié)1、一個重為6牛頓的木塊,漂浮于水面,作出木塊的受力圖示

3NG=6NF浮=6N鞏固作業(yè)2、一個重為1牛的鉤碼，掛在彈簧秤鉤上，當(dāng)鉤碼浸在水中時彈簧秤的讀數(shù)是0.87牛，這個鉤碼受到的浮力是_____牛，浮力的方向__________，浮力的施力物體是_______。0.13豎直向上水鞏固作業(yè)3、一個浸沒在水中的物體，水對它向上的壓力是５牛，向下的壓力是３牛，那么水對物體的浮力是多少？4、物體重為５０牛，受到的浮力為１０牛，則物體在水中的重力是多少？（２牛）（4０牛）鞏固作業(yè)5、將一物體懸掛于彈簧秤下，在空氣中稱量時，彈簧秤示數(shù)為18N，將物體全部浸入水中稱量時，彈簧秤的示數(shù)為8N，則物體所受水的浮力為____N.10鞏固作業(yè)6、一橋墩浸沒在水中的體積是

25m,它所受到的浮力為(0)牛。3浮力大小的相關(guān)因素1．在圖1-15所示的活動中，用手將塑料瓶浸入水中，你有什么感覺？水槽中的水發(fā)生了什么變化？感覺瓶子向上頂，水槽水面會上升。2.瓶子向上頂說明了什么？水槽中的水面為什么會上升？瓶子向上頂說明瓶子受到水向上的浮力。水面會上升是因為瓶子浸入水中后，會排開一部分水。3.塑料瓶浸入水中的體積越大，手會感覺越費(fèi)勁。根據(jù)這一事實，你認(rèn)為浮力的大小可能跟哪些因素有關(guān)呢？浮力的大小跟物體排開液體的多少有一定的聯(lián)系。建立假設(shè)：排開的液體越多，受到的浮力越大。你還有什么生活經(jīng)驗為這個假設(shè)提供支持呢？在海上的輪船，船大的，物體排開海水的多，受到的浮力就大，載物就可以多。4.用圖1-17所示的器材，以小組為單位，定性研究浮力的大小跟物體排開水的多少的關(guān)系。將物體逐漸浸入水中時。浸入體積增大，排開水的體積也逐漸增大。彈簧測力計的讀數(shù)逐漸變小，受到向上的浮力逐漸增大。（1）要定量研究水的浮力大小與物體排開水的多少的關(guān)系，需要做什么？（B）需要測量物體排開水的多少？（A）需要測量浮力的大??？（用什么方法？）稱重法（多少指什么量？）體積？質(zhì)量？重力？排開水的體積（如何測量排開水的體積？）實驗設(shè)計：質(zhì)量重力（2）圖1-18中，量筒和溢杯在你的研究中有什么用？量筒：可以測量出排開水的體積溢水杯：可以把被物體排開的那一部分水單獨取出來（3）實驗中需要直接測量哪些量？A、測物體的重力G物B、測浸入水中的拉力F拉C、測出排開水的體積V排水ABC實驗步驟：（1）在溢水杯中盛滿水，將小燒杯放在溢水杯的出水口下方（2）將物體懸掛在彈簧測力計上，用彈簧測力計測量出物體的重G物（3）將物體浸沒在溢水杯的水中，讀出水中的拉力F拉（4）將溢水杯溢出的水注入量筒內(nèi)，測出它的體積V排水（5）將上述數(shù)據(jù)填入下面的實驗記錄表中實驗一實驗數(shù)據(jù)記錄表物體的重G物浸入水后彈簧測力計讀數(shù)F拉物體受到水的浮力F浮物體排開水的體積V排水物體排開水的重力G排水F浮與G排水關(guān)系（6）分析處理以上實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。G排水F浮

=實驗二實驗結(jié)論：G排水F浮

=阿基米德原理：浸在液體里的物體，受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體受到的重力。（阿基米德原理同樣適用于氣體浮力的計算）公式推導(dǎo)：F?。紾排液＝m排液g＝ρ液

gV排液把水換成別的液體，仍然可以得出相同的結(jié)論。方法二、阿基米德原理法三、浮力的大小F?。紾排液＝ρ液

gV排液從公式可看出浮力的大小與液體的密度大小有關(guān)，與物體排開的液體體積多少有關(guān)，與物體浸入時的深度無關(guān)。一個容器盛有50牛頓的水，物體浸入其中，問能否產(chǎn)生大于50牛頓的浮力？能產(chǎn)生。浮力等于排開液體所受到的重力，而不是容器中液體的重力。解析：如果有一個物體它浸入水中，包裹著它的水的厚度可以無限薄，那么1牛頓的水其實可以包裹無限大的物體，即排開水的重力可以無限大，根據(jù)F浮=ρgV排可知，對浸入其中的物體所產(chǎn)生的浮力可以無限大．例：1牛頓的水對浸入其中的物體所產(chǎn)生的浮力（）

A．可以小于0.5牛B．不可能大于0.5牛

C．可以大于1牛D．不可能大于1牛AC2.用阿基米德原理進(jìn)行計算時，注意計算過程中的單位要統(tǒng)一。阿基米德原理的理解和運(yùn)用。1.對阿基米德定理公式的理解應(yīng)注意：（1）公式中是液體的密度，而不是浸入液體的物體的密度。（2）公式中V排液，是浸入液體時排開液體的體積。物體可以完全浸入，也可以是部分浸入。（3）公式中G排液，是排開液體所受到的重力，而不是容器中液體的重力。[例題]在抗洪搶險中，某村民自制了一個總體積0.7米3的竹筏，放入河水中時有1/5體積浸入水中。（1）此時竹筏受到的浮力有多大？（2）要使水對竹筏產(chǎn)生4500牛的浮力，竹筏應(yīng)有多大的體積浸入水中？解：（1）竹筏放在河水中時，排開河水的體積為：V排水=0.7米3×1/5=0.14米3根據(jù)阿基米德原理，可得此時竹筏受到的浮力為：F浮=ρ水gV排水

=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.14米31372牛=（2）已知F′浮=4500牛，將阿基米德原理表達(dá)式F′浮=ρ水gV′排水進(jìn)行變形，可得：V′排水=F′浮ρ水g=4500牛1.0×103千克/米3×9.8牛/千克≈0.46米3答：（1）竹筏放在水中時受到的浮力為1372牛；（2）竹筏應(yīng)有約0.46米3的體積浸入水中，才能使水對竹筏產(chǎn)生4500牛的浮力。練習(xí):將質(zhì)量是2.37千克的鋼塊浸沒在水中，它受到的浮力為多大?ρ鋼=7.9×103千克/米3小結(jié)一、浮力的概念及產(chǎn)生原因浸在液體或氣體中的物體受到液體或氣體對它向上的托力。浮力產(chǎn)生原因：液體對物體向上和向下的壓力差二、浮力的方向浮力的方向總是豎直向上。三、浮力的大小方法一、稱重法F浮力=－G′G方法三、阿基米德原理法F?。紾排液＝ρ液

gV排液方法二、壓力差法：F浮=F下—F上2、輪船的鐵錨從水下深處向上提起，直至完全提出水面，這個過程中，鐵錨受到的浮力（）A．逐漸變小B．保持不變C．先保持不變，后逐漸變小D．先逐漸變小，后保持不變1、兩物體分別掛在彈簧秤下,將它們同時浸沒在水中，兩彈簧秤的示數(shù)減小的值相同，則兩物體必須具有相同的物理量是---------------------（）A、密度B、體積C、質(zhì)量D、重力BC3．有一個氦氣球，其體積為2000米3，若空氣的密度為1.3千克/米3，則氦氣球在空中受到的浮力為多大？4、有一金屬塊A在空中稱重是14.7牛，把金屬塊浸沒在水中，彈簧測力計的讀數(shù)為9.8牛，試問：金屬塊受到的浮力多大?排開水的體積多大?此金屬塊的密度是多少?5、例題：觀察如圖所示的實驗圖形，你認(rèn)為它是研究_____________的實驗，并回答下列問題。1．由A、B兩次實驗得______________。2．由A、B、C三次實驗得__________。3．由B、D兩次實驗得出結(jié)論：________。浮力的計算例1：如圖所示，邊長為10厘米的正方體，其上表面距水面2厘米請分別用阿基米德原理和求壓力差的辦法來計算它受到的浮力。已知：ρ=1.0×103千克/米3，9.8牛/千克，V物=(0.1米)3=0.001米3，

h上=0.02,h下=0.02米+0.1米=0.12米，S上=S下=(0.1米)2=0.01米2求：F浮解：（1）用阿基米德原理來計算V排=V物=0.001米3F浮=ρ液·g·V排（2）用壓力差的辦法計算：F向上=P下·S下=ρ液·g·h下·S下F向下=P上·S上=ρ液·g·h上·S上F向上－F向下可見，F(xiàn)浮=F向上－F向下=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.001米3=9.8牛=1.0×103千克/米3×0.12米×0.01米2=11.76牛=1.0×103千克/米3×0.02米×0.01米2=1.96牛=11.76