資源簡介

(共33張PPT)
10.3科學探究：浮力的大小
這是一個流傳久遠的傳說：古希臘有一位偉大的科學家，叫阿基米德他在洗澡時
發現，身體越往水下浸，
從盆中溢出的水越多，
感到身體越輕。通過進
一步研究，阿基米德發
現了浮力的規律。
浸入液體或氣體中
的物體所受浮力的大小與哪些因素有關呢？
一、浮力大小與什么因素有關
1．提出問題：浮力大小與什么因素有關
2．猜想與假設：
（1）猜想1：浮力大小可能與物體的體積有關。
船運載貨物的多少與船的大小有關
（2）猜想2：浮力大小可能與物體的密度有關。
石塊沉入水底
木塊漂在水面
（3）猜想3：浮力大小可能與浸入液體的深度有關。
在沙灘玩水時，越往深處走覺得身體越輕
在沙灘玩水時，越往淺處走覺得身體越重
（4）猜想4：浮力大小可能與液體的密度有關。
人在淡水中會下沉，但在死海中卻能漂浮于海面
（5）猜想5：浮力大小可能與浸入液體的體積（排開液體的體積）有關。
阿基米德洗澡時身體越往水下浸，溢出水越多，感到身體越輕。
3．設計實驗：
（1）科學方法：控制變量法。
（2）實驗器材：
S=8cm2，h鋁=h鐵=5cm，h大鐵塊=7.5cm，V鋁=V鐵=40cm3，V大鐵塊=60cm3
（3）實驗步驟：
①用測力計分別測量三個金屬塊的重力；
G鋁=1.0N
G鐵=3.2N
G大鐵塊=4.6N
②用測力計分別吊著兩個鐵塊浸入水中相同體積，分別讀出拉力、計算浮力。用以探究浮力與__________的關系；
鐵塊受到的浮力：
F浮=G－F鐵=3.2N－2.8N=0.4N
大鐵塊受到的浮力：
F浮＇=G－F鐵=4.6N－4.2N=0.4N
結論：浮力的大小與物體的體積無關。
F鐵=2.8N
F大鐵塊=4.2N
物體的體積
③用測力計分別吊著體積相同的鋁塊和鐵塊浸沒在水中相同深度，分別讀出拉力、計算浮力。用以探究浮力與__________的關系；
鐵塊受到的浮力：
F浮=G－F鐵=3.2N－2.8N=0.4N
鋁塊受到的浮力：
F浮＇=G－F鐵=1.0N－0.6N=0.4N
結論：浮力的大小與物體的密度無關。
F鋁=0.6N
F鐵=2.8N
物體的密度
④用測力計吊著小鐵塊浸沒在水中，改變浸沒在水中的深度，分別讀出拉力、計算浮力。用以探究浮力與__________的關系；
鐵塊剛剛浸沒時受到的浮力：
F浮=G－F鐵=3.2N－2.8N=0.4N
鐵塊浸沒水中較深時受到的浮力：
F浮＇=G－F鐵=3.2N－2.8N=0.4N
結論：浮力的大小與物體浸入液體
的深度無關。
F鐵=2.8N
F鐵=2.8N
浸入液體深度
⑤用測力計吊著小鐵塊分別浸沒在水和鹽水中相同深度，分別讀出拉力、計算浮力。用以探究浮力與__________的關系；
鐵塊剛剛浸沒時受到的浮力：
F浮=G－F鐵=3.2N－2.8N=0.4N
鐵塊浸沒水中較深時受到的浮力：
F浮＇=G－F鐵＇
=3.2N－2.6N=0.6N
結論：浮力的大小與液體的密度有關。
F鐵＇
=2.6N
F鐵=2.8N
液體密度
⑥用測力計吊著大鐵塊浸入水中，并改變浸入水中的體積，分別讀出拉力、計算浮力。用以探究浮力與___________的關系；
大鐵塊未浸沒時受到的浮力：
F浮=G－F鐵=4.6N－4.2N=0.4N
大鐵塊剛剛浸沒時受到的浮力：
F浮＇=G－F鐵＇=4.6N－4.0N=0.6N
結論：浮力的大小與排開液體的體積有關。
F鐵＇
=4.0N
F鐵=4.2N
浸入液體體積
（4）設計統計實驗數據的方法：
試驗次數
物體
物體體積/cm?
浸入體積/cm?
物體密度/（g/cm?）
浸入深度/cm
液體
物體重力/N
拉力/N
浮力/N
1
鐵塊
40
40
7.9
5
水
3.2
2.8
0.4
2
大鐵塊
60
40
7.9
5
水
4.6
4.2
0.4
3
鋁塊
40
40
2.7
5
水
1.0
0.6
0.4
4
鐵塊
40
40
7.9
7.5
水
3.2
2.8
0.4
5
鐵塊
40
40
7.9
5
鹽水
3.2
2.6
0.6
6
大鐵塊
60
60
7.9
7.5
水
4.6
4.0
0.6
4．進行實驗：
5．分析論證：
物體所受浮力的大小與物體浸在（排開）液體的體積、液體的密度有關系。與物體的ρ物、V物、m物、形狀、浸沒的深淺h、液體的多少…都無關！
討論：浮力的大小與ρ液、V排有關，ρ液·V排等于什么？
浮力與排開液體受到的重力有無關系呢？
二、阿基米德原理
1．實驗探究：浮力大小與排開液體的關系
（1）實驗方案：用彈簧測力計分別測出物塊在水中受到的浮力和被它排開的液體的重力，比較二者大小的關系。
（2）實驗器材：小石塊、彈簧測力計、溢水杯、小桶、燒杯、細線。
（3）實驗步驟：
①用測力計分別測出石塊和小桶的重力為G石和G桶；
②用燒杯將溢杯裝滿水，用測力計吊著小石塊浸沒在水中的同時用小桶盛接從溢水杯中溢出的水，讀出測力計的示數為F；
③用測力計測出小桶和水的總重力為G總；
④計算并比較F浮=G石－F，G排=G總－G桶，比較F浮和G排的大小。
（4）進行實驗：
（5）分析論證：
2．阿基米德原理：浸在液體中的物體受到豎直向上的浮力，浮力的大小等于它排開液體所受到的重力。
3．公式：F浮=G排
（1）F浮=m排g
；
（2）F浮=ρ液V排g；
4．單位：ρ液—kg/m3；
V排—m3；g—N/kg
小石塊重力/N
彈簧測力計示數/N
浮力/N
小桶重力/N
小桶、水總重力/N
溢出水重力/N
4.0
3.6
2.6
3.0
0.4
0.4
5．注意公式：F浮=ρ液V排g中的V排
（1）部分浸入時，V排=V浸≠V物；
（2）全部浸沒時，V排=V浸=V物；
（3）V排的單位必須用m3。
6．計算液體的密度
計算排開液體的體積
7．無論物體是漂浮、懸浮還是沉在液體中，它所受的浮力都等于排開的液體所受到的重力。
8．阿基米德原理對氣體同樣適用：F浮=ρ氣V排g。
部分浸入
全部浸沒
討論：某同學用測力計吊著物體做探究浮力的大小與深度的關系時，得到了浮力與深度的關系圖像，如圖所示。該同學得出了：物體浸入液體中時受到的浮力與深度成正比的結論。該結論是否正確？
9．浮力的大小只跟液體的密度和物體
排開液體的體積有關。與ρ物、V物、
m物、形狀、浸沒的深淺h、液體的多
少…都無關！
討論：如圖所示，用測力計吊起一只裝滿水的小塑料袋（袋內不留空氣），逐漸浸入水中，彈簧測力計示數怎樣變化？這袋水完全浸入水中時，測力計的示數是多少？受到的浮力是多少？你從這個實驗中得到了什么啟示？
如果把袋中的水換成相同體積、相同形狀的
固體，水對這塊固體的浮力與著袋水的重力有何關系？
水對這塊固體的浮力等于袋中水所受的重力，即
等于固體排開的水所受到的重力。
阿基米德原理的推導
F向上=p1S
=
ρ液gh1S
F向下=p2S=
ρ液gh2S
F浮=F向上-F向下
=
ρ液gh1S-
ρ液gh2S
=ρ液gS（h1-h2）
=ρ液gV排
=G排液
10．計算浮力的方法總結：
①稱重法：F浮=G物－F；
②原因法（壓力差法）：F浮=F向上－F向下；
③狀態法：漂浮和懸浮時：F浮=G物；
④原理法：F浮=G排，F浮=m排g；
⑤公式法：F浮=ρ液V排g。
11．計算浮力的步驟：①判斷物體靜止后所處的狀態（漂浮、懸浮還是沉底）；②分析物體受力情況，畫出受力示意圖，根據力的平衡列出等式．
例題1：
一個重10
N的石塊，放入盛滿水的燒杯中，溢出水0.6kg。求：石塊受的浮力.（g=10N/kg)
解：由阿基米德原理得：
石塊受到的浮力：F浮=G
排=
m排
g=
0.6kg×10N/kg=
6N
答：石塊受浮力為6N
練習：質量為300g的物體全部浸沒在盛滿水的容器中，溢出的水是100g，那么物體所受到的浮力是多少？（g=10N/kg)
例題2：邊長為3cm，密度為2×103kg/m3的一個立方體橡皮泥塊，浸沒在水中，受到的浮力是多少？如果把這塊橡皮泥捏成一只小船，浮在水面，小船所受浮力是多少？（g=10N/kg）
解：當橡皮泥塊浸沒在水中時，排開水的體積V排=2.7×10-5m3
由F浮=ρ液V排g得：
橡皮泥塊受到的浮力：
F浮=ρ液V排g=
1×103kg/m3
×
2.7×10-5m3
×10N/kg=0.27N
當橡皮泥小船漂浮在水面上時，由F浮=G橡得：此時受到的浮力：
F浮=ρ泥V泥g=
2×103kg/m3
×
2.7×10-5m3
×10N/kg=0.54N
采用“空心”的辦法能增大可供利用的浮力，據此人們利用密度大于水的鋼鐵制造出了輪船。
練習2：一個小球放入量筒的水中，水面由80mL上升到120mL(未溢出)。求：小球受的浮力。（g=10N/kg)
練習3：質量5.4kg的實心鋁球，將它浸沒在水中，則鋁球受到的浮力是多大?
(ρ鋁=2.7×103kg/m3,
g=10N/kg)
例題3：一金屬塊掛彈簧測力計下，示數為2.7N，把它完全浸沒在水中時，彈簧測力計示數為1.7
N。（g＝10N/kg)求：（1）F浮；（2）V金屬；（3）ρ金屬。（4）若再把它完全浸沒在某液體中時，彈簧測力計示數為1.9N。求：ρ液體。
解：金屬塊受到的浮力F浮=G－F=2.7N－1.7N=1N
由F浮
=
ρ液V排g得，金屬塊的體積：
金屬塊的密度：
金屬塊在液體中受到的浮力F浮＇=G－F
＇=2.7N－1.9N=0.8N
由公式F浮
=
ρ液V排g得，液體的密度：
練習4：用一彈簧測力計掛著一實心圓柱體，圓柱體的底面剛好與水面接觸(未浸入水)如圖甲，然后將其逐漸浸入水中，
如圖乙是彈簧測力計示數隨圓柱體逐漸浸入水
中的深度變化情況，求：
(1)圓柱體受的最大浮
力。(2)圓柱體剛浸沒時下表面受到的液體壓強。
(3)圓柱體的密度。(g取10N/kg)
解：由題知：物體的重力G=2N
圓柱體受到的最大浮力F浮=G－F最小=2N－1.4N=0.6N
由圖知：圓柱體剛浸沒時下表面浸入水中深度h=0.12m
下表面受到的壓強p=
ρ水gh=1×103kg/m3×
10N/kg×0.12m=1.2×103Pa
由F浮
=
ρ液V排g得圓柱體的體積
圓柱體的密度：
科學探究：浮力的大小
浮力大小與什么因素有關
科學探究：浮力大小與什么因素有關
浮力的大小與液體的密度、排開液體的體積有關
阿基米德原理
探究：浮力大小與排開液體的關系
阿基米德原理：F浮=G排
浮力的計算公式：
F浮=ρ液V排g
漂浮、懸浮、沉底均適用
阿基米德原理同樣適用于氣體
計算浮力的方法總結

展開更多......

收起↑