阿基米德原理-物體的浮與沉

1、阿基米德原理，物體的浮與沉二、考點點撥：1、通過實驗探究，認識浮力，知道阿基米德原理。2、嘗試用阿基米德原理解決簡單的問題，能解釋生活中一些與浮力有關(guān)的物理現(xiàn)象。3、知道物體的浮沉條件，知道密度計、潛水艇、汽球、輪船的工作原理；4、觀察物體的浮沉現(xiàn)象，學(xué)會由現(xiàn)象分析其本質(zhì)，之后總結(jié)規(guī)律；5、了解物理知識在生產(chǎn)、生活和社會中的應(yīng)用，學(xué)會用沉與浮的知識解決與浮力有關(guān)的知識。三、跨越障礙1、浮力巨型的輪船為什么會飄在水平面上而不下沉，熱氣球為什么會騰空而起，這些現(xiàn)象都與浮力有關(guān)。那么什么是浮力？將一石塊用彈簧測力計測量出其在空氣中的重力G，再將彈簧測力計放入水中，使石塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，測量出其在水中的

2、重力G，此時我們會發(fā)現(xiàn)兩種情況下的重力不相等。放入水中的重力會小一些，而物體受到的實際重力是不發(fā)生變化的。我們通過對放入水中的石塊受力分析可知，彈簧對石塊的向上的拉力小于石塊的實際重力大小，說明石塊受到向上的作用力，而此時的這個作用力就是浮力.且，熱氣球會上升到空氣中去，氣球上升我們通過受力分析可以知道此時氣球受到的合力向上，合力改變氣球的運動方向，使氣球由靜止逐漸向空氣中運動。所以氣球一定受到方向與重力方向相反的力，而此時的力就是浮力由此我們發(fā)現(xiàn)液體和氣體對浸在其中的物體有豎直向上的托力，物理學(xué)中把這個托力叫做浮力。浸在液體中的物體所受到的浮力可用公式：F浮G空F示計算。2、浮力產(chǎn)生的原因液

3、體對物體向上和向下的壓力差。，方向豎直向上例1. 有一個石塊質(zhì)量為10kg，全部浸沒在水中時，需用80N的力才能拉住它，求：此時石塊受到的浮力多大？點撥：根據(jù)Gmg可得出石塊的重力，浮力大小是重力與拉力的差。Gmg10kg×9.8Nkg98NF浮GF拉98N80N18N石塊受到的浮力是18N。3、阿基米德原理浮力大小和哪些因素有關(guān)猜想與假設(shè)（1）輪船從江河中航行到大海中，吃水的深度變化了。由此猜想：物體所受浮力的大小可能與液體的密度有關(guān)系。如把雞蛋放入清水中，發(fā)現(xiàn)雞蛋沉入水中，當(dāng)向水中加鹽時，發(fā)現(xiàn)雞蛋上浮到液面。兩種情況下雞蛋受到的浮力發(fā)生變化，說明物體所受浮力的大小與液體的密度有關(guān)

4、系。（2）從井中提水，盛滿水的桶露出水面越多，提桶要用的力就越大。由此猜想浮力可能與物體排開液體的體積有關(guān)，也可能與物體浸在液體中的深度有關(guān)。觀察同一個物體浸在液體中的體積不同時，彈簧測力計示數(shù)的不同。說明浮力大小和排開液體的體積有關(guān)。綜上所述：物體在液體中所受浮力的大小不僅與液體的密度有關(guān)，還與物體排開液體的體積有關(guān)，而與浸沒在液體中的深度和物體的形狀等因素?zé)o關(guān)。阿基米德原理：浸在液體里的物體受到豎直向上的浮力，浮力的大小等于被物體排開的液體受到的重力大小。表達式：注意：公式中，是液體的密度，不是物體的密度；是物體排開的液體的體積，而不是物體的體積，僅當(dāng)完全浸沉?xí)r，才有。與，有關(guān)，當(dāng)一定時，

5、與物體的運動狀態(tài)，形狀，密度無關(guān)。阿基米德原理也適用于氣體，物體在氣體所受浮力的大小：例2、下列關(guān)于浮力的敘述中，正確的是（ ）A. 物體浸沒在水中的深度越大，受到的浮力也就越大B. 同一木塊分別漂浮在水面和酒精上，在酒精面上受到的浮力小于在水面上的浮力C. 物體浸在液體中受到的浮力由自身的重力決定D. 物體浸在液體中受到的浮力由排開液體的重力決定點撥：浮力的大小和液體的密度以及物體排開液體的體積大小有關(guān)。所以答案為D例3、把邊長為10cm的正方體鐵塊掛在彈簧測力計下，彈簧測力計的示數(shù)多大？當(dāng)鐵塊的一半浸入水中時，彈簧測力計的示數(shù)又是多大？點撥：鐵塊浸入水中前，受到兩個力的作用：豎直向下的重力

6、G和彈簧測力計向上的拉力F1，鐵塊靜止時，這兩個力大小相等，方向相反，即有F1=G。鐵塊浸入水中后，受到了3個力的作用：豎直向下的重力G，彈簧測力計向上的拉力F2和向上的浮力F浮，鐵塊靜止時，。解：鐵塊浸入水中前，彈簧測力計的示數(shù)即彈簧測力計對鐵塊的拉力。鐵塊的一半浸入水中后，所受浮力的大小彈簧測力計的示數(shù)例4、現(xiàn)有邊長為a=15cm的正方體浸沒在水中，正方體的上表面距水面h=10 cm，試求正方體受的浮力大小。點撥：本題可用壓力差法或阿基米德原理法求解解法一：利用壓力差法求解物體上表面受到的壓強物體上表面受到的壓力物體下表面受到的壓強物體下表面受到的壓力物體所受浮力的大小解法二：利用阿基米德

7、原理求解4、物體的浮沉一切浸入液體中的物體都受到液體對它豎直向上的浮力，為什么物體有的上浮、有的下沉、有的還可停留在液體中的任何地方呢（懸?。?？如圖1所示，一個木塊放入水中后，其要在水中向上運動，我們稱其為上浮。這是一個動態(tài)的過程。也就是因為這個木塊在豎直方向上受到非平衡力的作用，而木塊在豎直方向上只可能是受到豎直向上的浮力和豎直向下的重力的作用。而木塊向上運動，顯然是木塊所受到的浮力大于重力，二者的合力是向上的所至。當(dāng)木塊上浮到液面時，它會不會從液面處飛向天空？當(dāng)然不會。它會停在液面上，我們稱這種狀態(tài)為漂浮。最終木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么它的受力情況如何呢？顯然它要受到平衡力的作用。這對平衡力當(dāng)

8、然就是重力和浮力，如圖2所示。所以物體處于漂浮時，它受到的浮力必然等于重力。當(dāng)某一木塊可以停在液體中的任何一個深度的地方時，我們稱這種狀態(tài)為懸浮。懸浮的物體也是處于靜止?fàn)顟B(tài)的，所以其必然也要受到平衡力的作用，這對平衡力是重力和浮力。那當(dāng)然其受到的浮力與重力相等。如圖3所示。由物體處于漂浮和懸浮的條件可知，其都是所受到的浮力與重力相等，這樣就為我們求漂浮和懸浮的物體所受到的浮力提供了一種方法，也就是平衡法。這時F浮G物。但這只適用于物體處于平衡狀態(tài)的情況。如圖4所示。如果物體向下運動，我們把這種情況稱之為下沉。由上面的分析不難看出物體下沉?xí)r，它所受到的浮力小于重力。浮力與重力的合力是向下的，所以

9、它必然向下運動。綜上：（4）漂?。篎浮G物體的一部分浸入液體中說明：（1）物體上浮、下沉是運動過程，此時物體受非平衡力作用。下沉的結(jié)果是沉到液體底部，上浮的結(jié)果是浮出液面，最后漂浮在液面上。（2）漂浮與懸浮的共同點都是浮力等于重力，在平衡力的作用下靜止不動。但漂浮是物體在液面的平衡狀態(tài)，物體的一部分浸入液體中。懸浮是物體浸沒在液體內(nèi)部的平衡狀態(tài)，整個物體浸沒在液體中。上面是物體的浮沉條件的一種表述合力表述；物體的浮沉條件還有另一種表述密度表述。結(jié)合合力所述與阿基米德原理，我們可以證明如下：（1）當(dāng)物體漂浮時，F(xiàn)浮G物又因為F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排 物V物g也就是液V排 物V物由于

10、物體處于漂浮狀態(tài)，其必然有一部分體積露出水面，也就是說V排 V物，所以液 物。（2）當(dāng)物體上浮時，F(xiàn)浮G物又因為F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排 物V物g也就是液V排 物V物由于物體處于上浮狀態(tài)，還沒有露出液面外，其必然全部浸沒有液體中，也就是說V排 V物，所以液 物。（3）當(dāng)物體懸浮時，F(xiàn)浮G物又因為F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排 物V物g也就是液V排 物V物由于物體處于懸浮狀態(tài)，其必然全部在液體中，也就是說V排 V物，所以液 物。（4）當(dāng)物體下沉?xí)r，F(xiàn)浮G物又因為F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排 物V物g也就是液V排 物V物由于物體處于下沉狀態(tài)，其必然全部在液體中，也就

11、是說V排 V物，所以液 物。物體的浮沉條件的兩種表述形式，各有所用，同學(xué)們只有加深對其的理解才能正確應(yīng)用。例5、一木塊漂浮在水面上時，有的體積露出水面；它漂浮在某種液面上時，有的體積露出液面，求該液體的密度。解：木塊漂浮在水面上時，所受浮力與重力平衡因此即，其中V是木塊的體積木塊的密度：木塊漂浮在液面上時，即液體的密度為5、浮沉條件的應(yīng)用。（1）密度計密度計是測量液體密度的儀器。它是一根封閉的玻璃管，在管的下部裝有小鉛丸或水銀，使它能夠豎直地漂浮在液體中，如圖所示。密度計的工作原理：由于它受到的重力是一定的，漂浮時浮力等于重力，無論把它放到哪種液體中，受到的浮力總是不變。因而把它放到密度較大的

12、液體中，它排開的液體較少，浸入的深度就小些；反之，把它放到密度較小的液體中，浸入的深度就大一些；于是，根據(jù)它浸入的深度就可以測量液體的密度。密度計上的刻度值一般標(biāo)的是液體密度跟水的密度的比值。例如圖中密度計的讀數(shù)是1.30，就表示這種液體的密度是水的密度的1.30倍。密度表刻度值上小下大：密度計是根據(jù)物體浮在液面上條件的原理制成的。從物體沉浮條件可知，浮在液面上的物體符合：F浮G。由于密度計重力G不變，所以它受到的浮力F浮是一定的.又F浮液gV排可知.液大時V排就小，V排小表示密度計在液體中浮得淺些，所以表示密度大小的刻度值就大，使密度計上刻度值呈現(xiàn)上小下大。另外密度計上的刻度也是不均勻的，是

13、上疏下密。（2）鹽水選種在農(nóng)業(yè)上要提高產(chǎn)量，選取飽滿，結(jié)實的良種是非常重要的，我國農(nóng)民經(jīng)常采用鹽水浸泡法來選種。如果把種子放入濃度適宜的鹽水中，干癟，蟲蛀的種子就會上浮直至漂浮，而飽滿的種子則下沉到容器底部。當(dāng)種子的密度大于鹽水的密度，則種子會下沉。當(dāng)蟲蛀或者干癟的種子放入鹽水中時由于密度小于鹽水的密度，即此時種子受到的浮力大于重力，那么首先會上浮，直至浮力和重力相等時處于漂浮狀態(tài)。（3）潛水艇潛水艇在水中可以自由浮沉，因此它是軍事上的一種重要艦艇。它可以潛入水下航行，進行作戰(zhàn)或偵察，是根據(jù)阿基米德原理制造的。當(dāng)它潛水和上浮時是靠改變它自身的重量來實現(xiàn)的。潛水艇的側(cè)面有水艙，當(dāng)它下潛時，使水艙

14、充水，于是艇身重量增大，潛艇就逐漸下沉。當(dāng)水艙中充入適量的水時，潛艇就能在水中任何位置上停留，此時潛艇的重量等于浮力。當(dāng)潛艇需要上浮時，可用壓縮空氣的方法將水排出，當(dāng)艇身的重量減小到小于浮力時即浮出水面。四、本節(jié)小結(jié)阿基米德原理和物體的浮沉這一部分內(nèi)容在初二課程中占有重要的地位，另外中考中也常常出現(xiàn)浮力綜合性的題目。對于我們而言首先掌握好基本知識，然后利用所學(xué)知識再進一步提高能力?！灸M試題】（答題時間：80分鐘）阿基米德原理，物體的浮與沉一、填空題1. 停在海里的小游艇總重2.06 ×104N，它受到的浮力大小為_N；它排開海水的體積為_m3（海水的密度海水=1.03×1

15、03kgm3，取 g=10Nkg）。（*）2. 一小球所受的重力為5N. 體積為 5 × 104 m3。將它浸沒在水中時，所受的浮力大小為_N（取 g=10Nkg），浮力的方向是_。放開手后，小球?qū)?（填“上浮”、“下沉”或“懸浮”）。3. 我國農(nóng)民常用鹽水浸泡法來選種，如圖所示。在濃度適宜的鹽水中，飽滿的種子沉在底部是因為_，干癟、蟲蛀的種子浮在液面上是因為_. 二、選擇題4. 如圖所示，浸沒在燒杯底部的雞蛋所受水的浮力Fl小于雞蛋的重力. 現(xiàn)將適量的濃鹽水倒入燒杯中，雞蛋所受的浮力為F2，則Fl與F2的大小關(guān)系為 （ ）（題型二）A. FlF2 B. FlF2C. FlF2 D.

16、 無法確定（*）5. 輪船從內(nèi)河航行到大海時，船將（ ）A. 下沉一點 B. 上浮一點 C. 不變 D. 無法判定填空3題圖 4題圖 8題圖 9題圖 10題圖6. 關(guān)于浮沉條件的應(yīng)用，下列說法中正確的是（ ）A. 潛水艇上浮過程中受到的浮力變大 B. 氣象用探測氣球里所充氣體的密度小于空氣的密度C. 密度計上的刻度示數(shù)從下到上逐漸變大 D. 密度計放在不同液體中所受浮力的大小與液體密度有關(guān)7. “死海不死”的故事說的是“將奴隸和俘虜扔進海里，可他們都漂浮在海面上”。以下是幾位同學(xué)對該現(xiàn)象的解釋，其中正確的是（ ）A. 奴隸和俘虜是被水平扔進海里的 B. 海水的密度等于人體的密度，人在海里自然漂

17、浮C. 人被扔進海里漂浮在海面上時，浮力總大于其重力D. 人被扔進海里漂浮在海面上時，浮力等于其重力（*）8. 把重5N、體積為0.6dm3的物體投入水中，若不計水的阻力，當(dāng)物體靜止時，下列說法正確的是（ ）A. 物體上浮，F(xiàn)浮= 6N B. 物體懸浮，F(xiàn)浮= 5N C. 物體漂浮，F(xiàn)浮= 5N D. 物體沉在水底，F(xiàn)浮= 6N9. 如圖所示，同一物體浸在甲液體中懸?。▓Da），浸在乙液體中漂?。▓Db）。比較物體在兩種液體中所受浮力F甲和F乙的大小，及兩種液體的密度甲和乙的大小，可以確定正確的是（ ）A. F甲 = F乙，甲 = 乙 B. F甲 = F乙，甲 乙C. F甲 F乙，甲 = 乙 D.

18、 F甲 F乙，甲 10. 在遠洋輪船的船舷上，都漆著五條“吃水線”，又稱“載重線”，如圖所示. 其中標(biāo)有W的是北大西洋載重線，標(biāo)有S的是印度洋載重線. 當(dāng)船從北大西洋駛向印度洋時，輪船受到的浮力以及北大西洋與印度洋的海水密度和的關(guān)系，有（ ）A. 浮力增大， B. 浮力減小， C. 浮力不變， D. 浮力不變，（*）11. 兩實心球a、b的密度之比為43，體積之比為12，放入水中靜止后所受浮力之比為23，則可能是 （ ）A. 兩球均沉入水底 B. 兩球均漂浮在水面上 C. a球下沉，b球漂浮 D. a球漂浮，b球下沉（*）12. 如圖所示，一塊0的冰放在盛有0的水的容器中，已知冰塊與容器底部相

19、接觸并相互間有壓力，則當(dāng)冰完全熔化為0的水后，容器中水面的位置將（ ）A. 上升B. 下降C. 保持不變 D. 水面的升或降決定于冰和容器內(nèi)水的體積（*）13. 三個完全相同的實心銅球，分別在如圖7所示的水、鹽水、水銀三種液體中靜止，所受浮力分別為F甲、F乙、F丙，下面判斷正確的是（ ）A. F甲= F乙F丙 B. F甲F乙F丙 C. F甲= F乙F丙 D. F丙F甲F乙三、試驗探究題（*）14. 已知某實心小球是由下表中所列出的塑料材料中的一種制成的。為了鑒別該小球究竟是由其中哪一種塑料制成的，某同學(xué)設(shè)計并進行了以下實驗：塑料名稱聚甲基戊烯聚丙烯聚乙烯尼龍66塑料王密度（1）把該小球放入盛有

20、足夠多酒精的量杯中，松手后，當(dāng)小球處于平衡狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)量杯內(nèi)的液面由60mL處升高到90mL處（已知酒精的密度是0.8 × 103 kg/m3）；（2）再把該小球放入另一只盛有足夠多水的量杯中，松手后，當(dāng)小球處于平衡狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)量杯內(nèi)的水面由60mL處升高到87mL處。由以上實驗數(shù)據(jù)，可推知該塑料小球的質(zhì)量是_kg，組成該小球的材料是_。（*）15. 為了測出普通玻璃的密度，小明同學(xué)利用一個普通玻璃制成的小瓶、一個量筒和適量的水. 做了如下實驗：（1）在量筒內(nèi)倒入50cm3的水；（2）讓小瓶口朝上漂浮在量筒內(nèi)的水面上（如圖甲所示），此時水面與80cm3刻線相平；（3）讓小瓶口朝下沉沒

21、水中（如圖乙所示），這時水面與62cm3刻線相平. 則根據(jù)以上測出的數(shù)據(jù)可知：小瓶漂浮在水面時，它排開水的體積_；制造小瓶的玻璃的密度_. 四、計算題16. 一方形木塊體積為2.6×l03m3，放入盛有清水的圓柱形容器中，木塊浸入水中部分的體積是1.56×103m3，容器的底面積為9×l02m2. （1.0×l03kg/m3，g取10N/kg）求：（1）木塊受到的浮力；（2）木塊的質(zhì)量和密度；（3）木塊放入后，容器底部受到水的壓強增加多少？（*）17. 旅游用的游艇上常常備有救生衣（一種顏色比較鮮艷的背心，并用密度比較小的發(fā)泡材料做成內(nèi)膽），請你用下面給

22、定的要求和數(shù)據(jù)來設(shè)計救生衣：按能救護的人的質(zhì)量為80kg設(shè)計；為了保護人的安全，穿上該救生衣能使人的10的體積露出水面；發(fā)泡材料的密度為0.01×103kg/m3；做救生衣的面料及其他輔料的質(zhì)量不計；人的密度可近似地取1×103kg/m3. 請回答：（1）為什么要用顏色比較鮮艷的面料來做救生衣？（2）計算做一件這種救生衣的發(fā)泡材料的最小質(zhì)量. 【試題答案】一、填空題1. 2.06 ×104 22. 5 豎直向上 懸浮3. 浮力小于重力（或） 浮力等于重力（或二、選擇題4. A5. B6. B7. D8. C9. B10. C11. B 提示：浮力之比恰好等于它們的重力之比，所以可能a、b都漂浮，或a懸浮、b漂浮12. A 提示：冰熔