第3章 浮力 知識清單

3浮力3.1.1密度一、密度定義在物理學中，某種物質(zhì)組成的物體的.質(zhì)量與它的體積之比叫做這種物質(zhì)的密度公式ρ=eq\f(m,V)，ρ表示密度，m表示質(zhì)量，V表示體積單位基本單位：千克每立方米，符號是kg/m3常用單位：g/cm3換算關(guān)系：1g/cm3=103kg/m3基本性質(zhì)屬性：密度是物質(zhì)的一種特性，其大小與質(zhì)量和體積無關(guān)；不同物質(zhì)的密度一般不同可變性：同一種物質(zhì)的密度會隨物體的溫度、狀態(tài)的改變而改變幾種常見的密度值水的密度是1.0×103kg/m3酒精的密度是0.8×103kg/m3冰的密度是0.9×103kg/m3測量工具天平、量筒密度的應(yīng)用密度與溫度：溫度能夠改變物質(zhì)的密度，常見物質(zhì)受溫度影響的規(guī)律是熱脹冷縮，一般氣體受溫度影響最大，固體、液體受溫度影響最小密度的應(yīng)用：（1）鑒別物質(zhì)；（2）判斷實心、空心水的密度：，其物理意義為：體積為1m3的水，質(zhì)量為1.0×103kg，也就是1t?！疚Ⅻc撥】密度的單位與換算1、國際單位制中：密度的單位是：千克/米3，正確讀法為千克每立方米，符號kg/m3。2、常用的單位有：①克/厘米3，正確讀法是克每立方厘米，符號為g/cm3（或g/ml)；②千克/分米3；正確讀法是千克每立方分米，符號為kg/dm3（或kg/L）。3、它們之間的換算關(guān)系：1g/cm3=1kg/dm3=103kg/m3。例如水的密度是1g/cm3，也就是1kg/dm3或1×103kg/m3。二、密度是物質(zhì)的一種屬性1、密度是物體的特征。油比水輕，說的是油的密度小于水的密度，所以油漂浮在水上。2、不同物質(zhì)，在體積一定時，質(zhì)量跟密度成正比；不同物質(zhì)，在質(zhì)量一定時,體積跟密度成反比。3、不同物質(zhì)，質(zhì)量相等時，體積跟密度成反比（ρ甲>ρ乙，當甲、乙都是m時，V甲<V乙）。如質(zhì)量相等的銅塊和鐵塊，銅塊體積小于鐵塊體積。4、不同物質(zhì)，體積相等時，質(zhì)量跟密度成正比（ρ甲>ρ乙，當甲乙兩物質(zhì)體積都是V時，m甲>m乙）。如同一個瓶，裝滿水和裝滿油相比較，裝滿水的質(zhì)量大。5、氣體有充滿空間的特點，比如氧氣瓶內(nèi)氧氣用掉一半，質(zhì)量減小一半，體積不變，則密度減小一半?！疚Ⅻc撥】對密度公式的理解理解密度公式：。①同種材料，同種物質(zhì)，ρ不變，m與V成正比；物體的密度ρ與物體的質(zhì)量、體積、形狀無關(guān)，但與質(zhì)量和體積的比值有關(guān)；密度隨溫度、壓強、狀態(tài)等改變而改變，不同物質(zhì)密度一般不同，所以密度是物質(zhì)的一種特性。②質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，體積與密度ρ成反比；體積相同的不同物質(zhì)質(zhì)量與密度ρ成正比。③圖象：如圖所示：ρ甲＞ρ乙?！局R詳解】密度是物質(zhì)的基本屬性“密度是物質(zhì)的特性”的含義：1、每種物質(zhì)都有它確定的密度，對同種物質(zhì)來說，密度是不變的，而它的質(zhì)量與體積成正比，例如對于鋁制品來說，不論它體積多大，質(zhì)量多少，單位體積的鋁的質(zhì)量都是不變的。2、不同的物質(zhì)，其密度一般不同，平時習慣上講“水比油重”就是指水的密度大于油的密度，在相同體積的情況下，水的質(zhì)量大于油的質(zhì)量。3、密度與該物質(zhì)組成的物體的質(zhì)量、體積、形狀、運動狀態(tài)等無關(guān)。3.1.2測量物體的密度一、量筒的使用1、量筒的用途量筒是測量液體體積的儀器，也能用來測量固體的體積。2、量筒上的標度（1）單位：量筒上標度單位一般是mL（毫升）；1mL=1cm3=10-6m3；1L=1dm3=10-3m3；1L=1000mL。（2）分度值：量筒上相鄰兩條刻度線之間的體積為量筒的分度值。（3）最大測量值：量筒最上面的刻度所對應(yīng)的數(shù)值。3、量筒的使用方法（1）會選：在測量前應(yīng)認清量筒的標度單位、量程和分度值，根據(jù)被測物體的體積和測量精度要求選擇合適的量筒。（2）會放：使用量筒測量體積時，應(yīng)將量筒平穩(wěn)地放在水平臺面上。（3）會讀：讀數(shù)時，視線要與量筒內(nèi)液體的液面相平。量筒內(nèi)的液面大多是凹液面（如水、煤油的液面），但也有液面是凸液面（如水銀的液面）。在讀數(shù)時，視線應(yīng)和量筒內(nèi)液體凹液面的底部（或凸液面的頂部）相平，如圖甲、乙所示。（4）會記：記錄的結(jié)果由數(shù)字和單位組成?！锾貏e提醒量筒讀數(shù)時不能“仰視”與“俯視”的原因量筒讀數(shù)時，視線應(yīng)與凹液面的底部或凸液面的頂部相平。若仰視液面，視線向上斜，視線與量筒壁的交點在液面之下，所以讀出的值比真實值偏?。蝗舾┮曇好?，視線向下斜，視線與量筒壁的交點在液面以上，所以讀出的數(shù)值比真實值偏大。4、測固體體積（1）形狀規(guī)則的固體體積的測量：可以先用刻度尺測量物體的棱長、直徑等，再利用公式計算出物體的體積。（2）形狀不規(guī)則的固體（不溶于水）體積的測量：固體種類方法具體步驟密度比水的密度大，在水中會沉底的固體（且體積較?。┡潘ǎ?）先在量筒中倒入適量的水（“適量”是指水能夠浸沒固體，且固體浸沒后，液面仍在量筒的量程內(nèi)），讀出此時量筒中水的體積V1；（2）將形狀不規(guī)則的固體用細線拴住，使其慢慢地浸沒在量筒的水中，讀出此時量筒中水與固體的總體積V2；（3）計算出固體的體積V=V2-V1。密度比水小，在水中會漂浮的固體（且體積較小）針壓法（1）在量筒中倒入適量的水，讀出體積V1；（2）用一細長針刺入固體并用力將其壓入量筒內(nèi)的水中，使其浸沒，讀出此時的總體積V2；（3）被測固體的體積V=V2-V1（由于針很細，它排開水的體積可以忽略不計）。沉墜法（1）將待測固體和能沉入水中的重物用細線拴在一起（重物在下，待測固體在上），用手提著待測固體上方的細線，只將能沉入水中的重物浸沒在量筒內(nèi)的水中，讀出體積V1；（2）將待測固體和重物一起浸沒水中，讀數(shù)體積V2；（3）被測固體的體積V=V2-V1。埋沙法（1）先在量筒中倒入適量的細沙，搖勻且使細沙的表面平整，記下體積V1；（2）放入固體后再搖勻量筒，使細沙埋住固體，且細沙表面平整，記下此時的體積V2；（3）被測固體（適用于易溶于水，不能用排水法測量體積的固體）的體積V=V2-V1。體積較大的固體溢水法當固體較大時，無法放入量筒中，可把它慢慢浸入裝滿水（水剛好不溢出）的燒杯中，使燒杯中的水溢出；浸沒后將溢出的水收集起來倒入量筒中，溢出水的體積即為固體的體積V。▲拓展培優(yōu)：等量替換法測體積等量替換法，是用一種量來代替和它相等的另一個量的方法，在物理學中有著廣泛的應(yīng)用。本節(jié)中用排水法測量固體體積就是這種方法的具體體現(xiàn)。實驗中，浸沒在水中的不規(guī)則固體排開水的體積等于固體的體積，所以只要測出固體排開水的體積，就知道了固體的體積。二、測量液體和固體的密度1、“差量法”測液體的密度實驗原理實驗設(shè)計用天平測量液體的質(zhì)量，用量筒測量出液體的體積，用公式計算出液體的密度實驗器材天平、量筒、燒杯、待測液體實驗步驟（1）將天平放在水平桌面上，調(diào)節(jié)天平平衡；（2）將適量的液體倒入燒杯中，用天平測出液體和燒杯的總質(zhì)量m1（如圖甲所示）；（3）將燒杯中的液體倒入量筒中一部分，讀出量筒中液體的體積V（如圖乙所示）；（4）用天平測出燒杯和剩余液體的質(zhì)量m2（如圖丙所示）；（5）待測液體的密度為。實驗數(shù)據(jù)燒杯和液體的總質(zhì)量m1/g燒杯和剩余液體的總質(zhì)量m2/g量筒中液體的質(zhì)量m/g量筒中液體的體積/V液體的密度ρ/(g/cm3)不同實驗方案的誤差分析（1）若先測出空燒杯的質(zhì)量m1，再測出液體和燒杯的總質(zhì)量m2，然后將燒杯的液體全部倒入量筒中測出體積V，計算出液體的密度，則在這個方案中，將燒杯中的液體倒入量筒內(nèi)時，總有部分液體附著在燒杯內(nèi)壁上無法倒出，使測出的液體的體積偏小，從而使計算出的液體的密度偏大。（2）若先用量筒測出液體的體積V，再用調(diào)節(jié)好的天平測出空燒杯的質(zhì)量m1，然后將將量筒內(nèi)的液體全部倒入燒杯中，測出燒杯和液體的總質(zhì)量m2，計算出液體的密度，則在這個方案中，將量筒中的液體倒入燒杯中時，總有部分液體附著在量筒內(nèi)壁上無法倒出，使測出的液體和燒杯的總質(zhì)量m2偏小，即測出的液體的質(zhì)量偏小，從而使計算出的液體的密度偏小。2、測量固體的密度實驗原理實驗設(shè)計用天平測量固體的質(zhì)量，用排水法測出固體的體積（不溶于水的固體），用公式計算出液體的密度實驗器材天平、量筒、細線、待測固體、水實驗步驟（1）將天平放在水平桌面上，調(diào)節(jié)天平平衡；（2）用天平測出固體的質(zhì)量m（如圖甲所示）；（3）在量筒中倒入適量的水，讀出水的體積V1（如圖乙所示）；（4）將待測固體用細線拴住浸沒在量筒內(nèi)的水中，讀出固體和水的總體積V2（如圖丙所示）；（5）待測固體的密度為。實驗數(shù)據(jù)固體的質(zhì)量m/g固體放入量筒前量筒中水的體積V1/cm3固體和水的總體積V2/cm3固體的體積V/cm3固體的密度ρ/(g/cm3)誤差分析（1）細線體積對測量結(jié)果的影響：實驗中測量出的總體積V2不僅包含固體和水的體積，還包含浸在水中細線的體積，所以測量的結(jié)果會略微偏大，計算出的密度會略偏小。（2）若實驗中先用排水法測量固體體積，再將固體放在天平上測量其質(zhì)量，則因為固體上帶有水，會使質(zhì)量的測量結(jié)果偏大，致使計算出的密度值偏大。3、特殊方法測密（1）有天平無砝碼測石塊的密度實驗器材量筒、燒杯2個、天平、細線、石塊、水、滴管實驗步驟（1）將兩個相同的燒杯分別放在調(diào)節(jié)好的天平的左、右盤上；（2）在左盤的燒杯中放入石塊，在右盤的燒杯中注入一定量的水后，用滴管緩緩增加水的質(zhì)量，知道天平橫梁重新平衡，則左盤中石塊的質(zhì)量等于右盤中水的質(zhì)量，即m石=m水；（3）將右盤燒杯中的水倒入量筒中，測出水的體積V水，則水的質(zhì)量為m水=ρ水V水，所以石塊的質(zhì)量m石=m水=ρ水V水；（4）把左盤燒杯中的石塊用細線系好輕輕放入剛剛已倒入水的量筒中，測出此時石塊和水的總體積V1。表達式（2）有天平無量筒測量石塊的密度實驗器材天平、水、空瓶、石塊實驗步驟（1）用天平測出石塊的質(zhì)量m1；（2）瓶中裝滿水，測出其質(zhì)量m2；（3）將石塊放入瓶中，溢出一部分水后，測出瓶、石塊及剩余水的質(zhì)量m3。推導過程及表達式m排水=m1+m2-m3，，。（3）有量筒無天平測石塊的密度（曹沖稱象法）實驗器材水槽、燒杯、量筒、足夠多的水、細線、石塊和筆實驗步驟（1）如圖所示，將石塊放入燒杯內(nèi)，然后將燒杯放入盛有水的水槽中，用筆在燒杯上標記出此時水槽內(nèi)液面的位置；（2）去除燒杯內(nèi)的石塊，往燒杯里緩慢倒水，直到水槽內(nèi)的液面達到標記的高度；（3）將燒杯內(nèi)的水倒入量筒中，讀出水的體積為V1，則石塊的質(zhì)量為V1ρ水；（4）在量筒內(nèi)裝入適量的水，示數(shù)為V2，然后用細線系住石塊，將石塊浸沒在水中，此時的示數(shù)為V3，則石塊的體積為V3-V2。推導過程及表達式。3.2浮力浮力1、浮力產(chǎn)生的原因：（1）浮力：浸在液體或氣體里的物體受到液體或氣體豎直向上的托力叫做浮力；（2）浮力的產(chǎn)生原因：物體下表面受到向上的壓力大于物體上表面受到的向下的壓力即F浮=F向上-F向下；（3）浮力方向：豎直向上，施力物體是液（氣）體。注意：（1）對"浸在"的理解"浸在"包括"部分浸入"和"全部浸入（即浸沒）"兩種情況。也就是說，不管是在液體表面漂浮的物體，還是在液體內(nèi)部懸浮或者沉底的物體，都受到浮力的作用。（2）稱重法測浮力原理如圖所示，對浸在液體中的物體受力分析∶物體受豎直向下的重力G、豎直向上的浮力F浮、彈簧測力計對它豎直向上的拉力F，在這三個力的作用下，物體處于靜止狀態(tài)，因此有G=F浮+F，變形得F浮=G-F。重難點理解：兩種特殊情況下的浮力（1）物體漂浮時的浮力（圖甲）∶物體漂浮時，上表面不受液體壓力，因此F浮=F向上。（2）不受浮力的情況（圖乙）∶浸在液體中的物體不一定都受到浮力的作用，當物體的下表面與容器底部（或河床等）緊密貼合時，液體對它沒有向上的壓力，即F向上=0N，這時物體不受浮力的作用，如插入河床中的木樁、橋墩等。重點實驗：探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)實驗?zāi)康奶骄扛×Υ笮∨c物體浸沒在液化中的深度的關(guān)系探究浮力大小與物體浸在液體中的體積的關(guān)系探究浮力大小與液體的密度的關(guān)系實驗圖示控制變量物體浸入液體中的體積相同，液體密度相同，物體所處深度不同液體密度相同，物體浸入液體的體積不同物體浸在液體中的體積相同，液體密度不同實驗操作（1）測出物體的重力G；（2）將物體浸沒在同一液體中不同深度，分別讀出彈簧測力計的示數(shù)F1，F(xiàn)2（1）測出物體的重力G；（2）將物體浸在同一液體中，改變物體浸入液體的體積，分別讀出彈簧測力計的示數(shù)F1、F2（1）測出物體的重力G；（2）將物體浸沒在不同液體中，并記錄彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2實驗現(xiàn)象乙、丙兩種情況，彈簧測力計的讀數(shù)相同，即F1=F2乙、丙兩種情況，彈簧測力計的讀數(shù)不同，且F1＞F2乙、丙兩種情況，彈簧測力計的讀數(shù)不同，且F1＞F2實驗分析根據(jù)F浮=G-F可知，兩種情況下物體所受浮力相等根據(jù)F浮=G-F可知，兩種情況下物體所受浮力不相等，且F浮1＜F浮2根據(jù)F浮=G-F可知，兩種情況下物體所受浮力不相等，且F浮1＜F浮2實驗結(jié)論浮力大小跟物體浸沒在液體中的深度無關(guān)浮力大小跟物體浸在液體中的體積（排開液體的體積）有關(guān)，液體密度相同時，物體浸在液體中的體積越大，物體所受的浮力越大浮力大小跟液體的密度有關(guān)，物體浸在液體中的體積（排開液體的體積）相同時，液體的密度越大，物體所受的浮力就越大注意事項（1）實驗時，容器內(nèi)的液體體積要適量，以能浸沒物體又不溢出液體為準；（2）在探究過程中，要沿豎直方向拉彈簧測力計，并且物體不能與容器的底部和側(cè)壁接觸；（3）讀數(shù)時，等彈簧測力計的示數(shù)穩(wěn)定后再讀重點：（1）浮力的影響因素∶物體在液體中所受浮力的大小只與物體浸在液體中的體積和液體的密度有關(guān)，物體浸在液體中的體積越大、液體的密度越大，物體所受的浮力就越大。（2）實驗原理∶F浮=G-F。3.3阿基米德原理一、阿基米德原理1、內(nèi)容：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受到的重力。2、公式：F浮=G排=m排g=ρ液gV排注意：阿基米德原理也適用于氣體，此時F浮=ρ氣gV排。★特別提醒：浸沒和浸入的區(qū)別“浸在液體中的物體”包含兩種狀態(tài)：①物體全部浸入液體中，即物體浸沒在液體中，此時V排=V物；②物體的一部分浸入液體中，另一部分露在液面上，此時V排<V物?！究偨Y(jié)歸納】計算浮力大小的四種方法稱重法壓力差法公式法平衡法浮力等于物體的重力G減去物體浸在液體中時彈簧測力計的拉力F，即F浮=G-F浮力等于物體上、下表面受到的液體的壓力差，即F浮=F向上-F向下根據(jù)阿基米德原理F浮=G排=m排g=ρ液gV排計算物體漂浮或懸浮時，由二力平衡條件得浮力等于重力，即F浮=G▲拓展培優(yōu)：利用阿基米德原理測量物體的密度稱重法測浮力的公式F浮=G-F。由阿基米德原理F浮=G排=m排g=ρ液gV排可知，。若物體浸沒在水中，則，此時。二、重點實驗探究：探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系【實驗?zāi)康摹刻骄扛×Φ拇笮「砰_液體所受重力的關(guān)系?！緦嶒炘O(shè)計】用"稱重法"測出物體在水中受到的浮力，同時測出物體受浮力時排開液體的重力，然后比較二者之間的數(shù)量關(guān)系。【實驗器材】小石塊、細線、水、溢水杯、小桶、彈簧測力計?！緦嶒瀳D示】【實驗步驟】（1）將小石塊用細線系住，掛在彈簧測力計下，如圖甲，測出小石塊的重力G1；（2）將小桶掛在彈簧測力計下，如圖乙，測出其重力G桶；（3）將水倒入溢水杯中，使水面恰好到達溢水杯的溢水口處，并將小桶放在溢水口下，然后將小石塊慢慢浸入水中，直至浸沒，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)F；（4）用彈簧測力計測出小桶和溢出水的總重G2；（5）分別計算出小石塊受到的浮力F浮和排開水所受的重力G排，并比較它們的大小是否相同?！咀⒁馐马棥浚?）倒入溢水杯中的水，水面必須與溢水口恰好相平，若溢水杯中水未裝滿，會導致測出的小石塊排開的水的重力偏小。（2）利用小桶收集溢出的水時，必須待小石塊浸沒在水中后，溢水杯中的水不再溢出為止。（3）為尋求普遍規(guī)律，本實驗應(yīng)換用不同的小石塊或液體多次進行實驗。【溫馨提示】本實驗為避免因沾水而使測得的小石塊重、空桶重偏大，應(yīng)先測小石塊重、空桶重，測量順序不能顛倒。【實驗數(shù)據(jù)】實驗次數(shù)小石塊重力G1/N小桶重力G桶/N小石塊浸沒時彈簧測力計實數(shù)F/N小桶和排開水的總重力G2/N浮力F浮/N排開水的重力G排/N12.211.41.80.80.822.711.72.01.01.033.212.02.21.21.2【實驗結(jié)論】通過對表格中的數(shù)據(jù)進行分析可知，小石塊受到的浮力等于它排開水的重力。3.4物體浮沉條件及其應(yīng)用一、物體的浮沉條件1、浸沒在液體中的物體，受到兩個力：一個是豎直向下的重力，一個是豎直向上的浮力。其浮沉取決于它受到的重力和浮力的大小關(guān)系。2、物體的浮沉條件（1）物體的浮沉與重力和浮力大小的關(guān)系初始狀態(tài)及受力情況放手后運動狀態(tài)及受到浮力的情況最終狀態(tài)及受力情況逐漸上浮，直至漂浮。物體從開始上浮到剛露出液面的過程排開液體體積不變，浮力不變；剛露出液面到最后漂浮的過程排開液體的體積減小，浮力也逐漸減小至恰好等于重力逐漸下沉，直至沉底。整個過程中排開液體體積不變，浮力不變靜止（物體可靜止于液面下方任一處）將物體浸沒在液體中后物體的運動情況（2）物體的浮沉與密度的關(guān)系狀態(tài)分析密度關(guān)系由F?。綠可得∶ρ液gV排＞ρ物gV物，因為V排=V物，所以ρ液＞ρ物ρ液＞ρ物由F?。糋可得：ρ液gV排＜ρ物gV物，因為V排=V物，所以ρ液＜ρ物ρ液＜ρ物由F浮=G可得：ρ液gV排=ρ物gV物，因為V排=V物，所以ρ液=ρ物ρ液=ρ物由F浮=G可得：ρ液gV排=ρ物gV物，因為V排＜V物，所以ρ液＞ρ物ρ液＞ρ物由F?。糋可得：ρ液gV排＜ρ物gV物，因為V排=V物，所以ρ液＜ρ物ρ液＜ρ物（3）物體的浮沉情況歸納?狀態(tài)浮沉條件特點浮力和物體重力比較物體密度和液體密度比較F?。綠ρ液＞ρ物處于非平衡狀態(tài)，分析運動狀態(tài)變化的過程F?。糋ρ液＜ρ物F浮=Gρ液=ρ物處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件進行分析F浮=Gρ液＞ρ物F浮＜G（F浮+F支=G）ρ液＜ρ物理解：對ρ物的理解ρ物是物體的密度（平均密度），而不是構(gòu)成該物體的物質(zhì)的密度，因此對于實心物體，可以直接根據(jù)密度關(guān)系判斷物體的浮沉情況；對于空心物體，應(yīng)該用物體的平均密度與液體的密度比較來判斷，不能直接用構(gòu)成物體的物質(zhì)的密度與液體密度比較?！緶剀疤崾尽拷]在液體中的物體，當ρ液＞ρ物時，物體會上浮，直至漂浮；當ρ液＜ρ物時，物體會下沉，直至沉底；當ρ液=ρ物時，物體處于懸浮狀態(tài)，可以懸浮在液體內(nèi)。二、浮力的應(yīng)用1、增大或減小浮力的方法由阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排可知，浸在液體中的物體受到的浮力由液體密度和物體排開液體的體積兩個