跳转到主要内容

探究浮力大小与哪些因素有关

课标必做:F浮 = ρ液 g V排;浸没深度与液体密度;漂浮/悬浮/下沉

浮力(初中)阿基米德原理与物体的浮沉条件。

从这里开始

探究浮力大小与哪些因素有关

课标必做:探究浮力大小与哪些因素有关。用称重法 F浮 = G − F示,用阿基米德原理 F浮 = ρ液 g V排;完全浸没后浮力与深度无关。可在浏览器水槽上固定浸入、换液体、对照测力计示数。

速记:F浮=ρ液gV排 · F浮=G−F示 · 完全浸没后与深度无关。

关键公式

  • F浮 = ρ液 g V排
  • F浮 = G − F示(称重法)
  • 完全浸没后 F浮 与深度无关

操作提示

  1. 先读本页「从这里开始」与下方「相关知识」思维导图及第 1~3 节。
  2. 固定模式下调浸入比例与液体密度,对照 F浮、G、F示。
  3. 完全浸没后拖「浸没后深度」,确认浮力不变;再点释放观察浮沉。

接着学

相关知识

按「概念 → 称重法 → 影响因素 → 阿基米德原理 → 算法与易错」精读;边读边在水槽上固定浸入、换液体、调浸没后深度,核对 F浮 = ρ液 g V排 与 F浮 = G − F示。

思维导图

1. 浮力的概念

浸在液体(或气体)中的物体,受到液体(或气体)向上托的力,这个力叫做浮力。浮力的方向总是竖直向上。施力物体是液体(或气体),受力物体是浸入其中的物体。

浮力的产生原因:液体对物体上下表面的压力差。前后、左右各面压力大小相等、方向相反,相互平衡;上下表面深度不同,压强不同,故 F浮 = F向上 − F向下。若物体下表面没有与液体接触(如桥墩、打入河底的木桩),则不受浮力。

2. 称重法测浮力

器材:弹簧测力计、物块、烧杯、水、细线。本实验在「固定」模式下,物块挂在测力计下浸入液体,示数即 F示。

  1. 用弹簧测力计测出物块在空气中的重力 G。
  2. 将物块浸入液体中,读出弹簧测力计的示数 F示。
  3. 浮力大小:F浮 = G − F示。
  • Fb = G − F_scale称重法:空气中重力减去浸入后测力计示数。

3. 影响浮力大小的因素

物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关;跟浸入液体的深度无关(物体完全浸没后)。

  • 物体浸在液体中的体积(V排)越大,浮力越大。
  • 液体的密度 ρ液 越大,浮力越大。
  • 完全浸没后改变「浸没后深度」:位置变深,但 V排 与 ρ液 不变,F浮 与 F示 都不变(易错点)。

4. 阿基米德原理

浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。阿基米德原理也适用于气体。

  • V排:物体浸入液体中的那部分体积,不是物体的全部体积。
  • 完全浸没:V排 = V物;部分浸入:V排 < V物。
  • 浮力只与 ρ液 和 V排 有关;当 V排 不变时,与物体密度、形状、浸没深度无关。
  • Fb = G_disp = ρ_liq g V_dispF浮——浮力(N);ρ液——液体密度(kg/m³);g——9.8 或 10 N/kg;V排——排开液体体积(m³)。

5. 浮力的计算方法

  • 称重法:F浮 = G − F示(有弹簧测力计,物体浸入液体)。
  • 压力差法:F浮 = F向上 − F向下(已知上下表面压力)。
  • 阿基米德原理法:F浮 = ρ液 g V排(已知液体密度与排开体积)。
  • 平衡法:漂浮或悬浮时 F浮 = G。

6. 易错点与考点

  • 完全浸没后浮力与深度无关(V排、ρ液 都不变)。
  • V排 与 ρ液 相同时,浮力与物体形状无关。
  • 密度大于水的材料可做成空心以增大体积,从而增大浮力(如轮船)——详见「浮沉条件」实验。
  • 常见计算:比较不同液体中的浮力;漂浮/悬浮受力;用阿基米德求密度或体积;液面升降(纯冰熔化液面不变;冰中夹石熔化后液面下降)。

应用

  • 轮船设计、潜水艇浮沉控制依赖浮力与重力平衡。
  • 密度计、热水球等实验与生活用品体现阿基米德原理。

常见问题

浮力跟深度有关吗?

物体未完全浸没时,浸得越深 V排 越大、浮力越大;完全浸没后 V排 与 ρ液 不变,浮力与深度无关。

怎样用称重法测浮力?

先测空气中重力 G,再读浸入后测力计示数 F示,则 F浮 = G − F示。

浮力大小等于什么?

等于排开液体所受重力:F浮 = ρ液 g V排。

物体浸没越深浮力越大吗?

完全浸没后 V排不变,浮力不再随深度增加(忽略液体密度变化)。

回到实验