第 7 章 第 1 节 浮力
第 章 浮力
考古发现,在良渚文化时期人们已经使用独木舟。从独木舟到现代大型船舶,人类已成功实现水面航行。潜水艇、热气球等发明,则使人类可以在水下和空中遨游。这些发明以及相关技术的发展都与浮沉条件密不可分。本章我们将学习与浮力相关的知识。
通过本章内容的学习,你将认识浮力,知道阿基米德原理;经历探究影响浮力大小因素的过程;能用物体的浮沉条件说明日常生活中的有关现象,感悟科学对技术进步和社会发展的积极影响。
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立方体物块浸没在水中
2024 年 5 月 8 日,我国第三艘航空母舰“福建舰”顺利完成首次航行试验(图 7–1–1)。它是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航母。庞大的航空母舰为什么能浮在水面上呢?
什么是浮力?
在游泳池中,人们站在水里慢慢下蹲至即将被浸没的过程中,池底对脚的支持力会减小。
如图 7–1–2 所示,立方体物块浸没在水中,水对立方体各个表面都有压力。水对立方体各侧面的压力可以相互平衡。下表面所处深度较深,液体压强较大,受到液体压力较大;上表面所处深度较浅,受到液体压力较小。由于下表面受到的压力向上,上表面受到的压力向下,两者的合力向上,所以水对浸没在水中的物体的作用力向上。
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对于漂浮在水面的物体,上表面不受水的压力,下表面受到水向上的压力,物体受到的水的作用力向上。航空母舰受到巨大的重力却能浮于水面,这与它受到水对其向上的作用力有关。
气球(图 7–1–3)脱手后飞向空中,这表明空气对气球也有向上的作用力。早在公元 10 世纪,热气球的雏形——孔明灯就已经诞生了。孔明灯和热气球(图 7–1–4)都受到空气对其向上的作用力。
浸在液体或气体中的物体受到的向上的力,称为浮力(buoyancy force)。
“中国天眼”的日常维护
位于贵州的“中国天眼”是 500 m 口径球面射电望远镜(FAST),在不损坏承重有限的反射面板的前提下,为了对 4 450 块厚度为 1 mm 的反射面板进行日常维护,工程团队研制了一个直径为 7.6 m 的氦气球,用于使工作人员在反射面板上工作(图 7–1–5)。为什么能采用这样的方案呢?
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浮力大小与哪些因素有关?
对于浸在液体中的物体,我们如何测量它受到的浮力大小?
浮力大小的测量
如图 7–1–6 所示,在弹簧测力计下悬挂金属块 A,此时弹簧测力计示数 F1 等于金属块 A 受到的重力大小;将金属块A浸没在水中,弹簧测力计示数为 F2。比较 F1 与 F2。
由上述实验可以看出,物体浸没在水中后,弹簧测力计示数变小,说明物体受到浮力。根据物体的平衡条件,物体受到的竖直向下的重力大小G应该等于竖直向上的浮力大小 F浮 和弹簧测力计对物体的拉力大小 F2 之和,即 G = F2 + F浮,又因为重力大小与 F1 相等,所以浮力 F浮 = F1 − F2。
将漂浮在水面的泡沫塑料缓慢压入水中,会感到越来越费力。鸡蛋在清水中下沉,但在盐水中却可以上浮。这些都是生活中常见的现象。
探究浮力大小与哪些因素有关
提出问题
将漂浮在水面的泡沫塑料缓慢压入水中,泡沫塑料浸入水中的体积__________,感到越来越费力,表明泡沫塑料受到的__________增大。
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与水相比,盐水密度更________,鸡蛋能浮在盐水中,表明鸡蛋在________
_______受到的浮力更大。
根据对以上现象的观察和思考,影响浮力大小的因素可能是__________。
搜集证据
器材
现有以下实验器材供选用:
水、浓盐水、容器、金属块、弹簧测力计、天平、刻度尺。
本实验无需使用的器材是____________________。
方案
① 图 7–1–7(a)(b)表示探究浮力大小是否和__________________有关的大致过程。根据图7–1–7(a)(b),写出相应的探究方案。
② 图 7–1–7(b)(c)表示探究浮力大小是否和___________________有关的大致过程。根据图7–1–7(b)(c)写出相应的探究方案。
③ 图 7–1–7(c)(d)表示探究浮力大小是否和___________________有关的大致过程。根据图 7–1–7(c)(d),写出相应的探究方案。
(a)
(b)
(c)
(d)
记录
根据以上方案,你所观察到的现象是______________________________。
作出解释
分析
根据实验现象,影响浮力大小的因素是____________________________。
结论
由上述实验现象的记录可得,_____________________越大,浮力越大;
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__________________________越大,浮力越大。
交流反思
若要进一步获得浮力大小与以上影响因素间的定量关系,需要补充哪些实验器材?
通过大量的实验发现,浮力的大小与物体浸入液体中的体积及液体的密度有关。液体的密度一定时,物体浸入液体的体积越大,浮力越大。物体浸入液体的体积一定时,液体的密度越大,浮力越大。
1.浸没在液体中的物体(图 7–1–8)受到的向上的压力__________受到的向下的压力;如果物体上表面受到的压力为 4 N,下表面受到的压力为 10 N,那么这个物体所受的浮力为__________N。
2.漂浮在水面上的巨型邮轮受到重力和浮力的作用,浮力的方向______,浮力的施力物体是______。
3.将漂浮在水面的泡沫塑料压入水中的过程中,浮力________;浸没后,继续下压,浮力________。简述理由。
4.游泳者感觉潜入水中时比浮在水面游泳时受到的浮力大,其原因是什么?
发布时间:2026/3/25 下午9:05:03 阅读次数:18
