第四章 · 第一节
浮力
浮力定义 · 产生原因 · 浮力方向 · 称重法测浮力

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 知道浮力的概念,认识浮力是液体或气体对物体的向上托力
  • 理解浮力产生的原因是上下表面的压力差
  • 知道浮力的方向是竖直向上
  • 掌握用称重法测量浮力的方法:F浮 = G - F'
知识点一:浮力的定义
🎈 浮力
浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)对它向上的托力,这个力叫做浮力
浮力的施力物体是液体(或气体),受力物体是浸入的物体
💡 浮力的方向
浮力的方向总是竖直向上,与重力方向相反。
知识点二:浮力产生的原因
🔬 浮力产生的原因
浮力产生的原因是液体对物体上下表面的压力差
① 物体浸在液体中,液体对物体各个表面都有压强;
② 物体下表面深度更大,受到的液体压强更大,向上的压力 F向上 更大;
③ 物体上表面深度较小,受到的液体压强较小,向下的压力 F向下 较小;
F浮 = F向上 - F向下,即浮力等于上下表面的压力差。
F浮 = F向上 - F向下
浮力 = 下表面向上的压力 - 上表面向下的压力
💡 注意
如果物体的下表面与容器底部紧密接触(没有液体进入),则下表面不受向上的压力,物体不受浮力。例如桥墩底部与河底紧密接触,不受浮力。
知识点三:称重法测浮力
⚖️ 称重法
用弹簧测力计测量浮力的方法:
① 先在空气中用弹簧测力计测出物体的重力 G
② 再将物体浸在液体中,读出弹簧测力计的示数 F'(视重);
③ 浮力 F浮 = G - F'
F浮 = G - F'
浮力 = 物体重力 - 物体在液体中时测力计的示数
知识点四:所有浸入液体中的物体都受浮力
🌊 浮力的普遍性
一切浸在液体中的物体,无论是漂浮、悬浮还是下沉,都受到浮力的作用。
下沉的物体(如铁块)也受浮力,只是浮力小于重力,所以会下沉。
气体中的物体同样受到气体的浮力,如热气球就是利用空气浮力升空的。

🎬 动画讲解

📢
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🧪 互动实验:称重法测浮力

💡 拖动滑块改变物体位置,观察:部分浸入时浮力随深度增大;完全浸没后浮力是否还变化?
⚙️ 实验参数
物体重力 G 5.0 N
测力计示数 F' 2.5 N
浮力 F浮=G-F' 2.5 N
浸入比例 50%
📋 实验结论
用称重法测浮力:F浮 = G - F'。物体部分浸入时,浸入越深浮力越大;完全浸没后,浮力大小与深度无关,保持不变。

📝 例题精讲

💡 提示:点击「下一步」按钮,逐步查看详细解题过程
例题 1 称重法计算浮力
一个金属块在空气中用弹簧测力计测量,示数为 8 N。将金属块浸没在水中后,弹簧测力计的示数变为 5 N。求金属块在水中受到的浮力。
G = 8 N,F' = 5 N
🔍 解题过程
1 确定已知量:物体重力 G = 8 N,浸入水中后测力计示数 F' = 5 N
2 应用称重法公式:F浮 = G - F' = 8 N - 5 N
3 计算结果:F浮 = 3 N
✅ 金属块在水中受到的浮力为 3 N
例题 2 浮力产生的原因
一个正方体物块浸没在水中,上表面距水面 10 cm,下表面距水面 30 cm,正方体边长为 20 cm。(ρ水 = 1.0×10³ kg/m³,g = 10 N/kg)求物块受到的浮力。
🔍 解题过程
1 计算上表面压强和压力:
p上 = ρgh上 = 1.0×10³ kg/m³ × 10 N/kg × 0.1 m = 1000 Pa
F向下 = p上 × S = 1000 Pa × 0.04 m² = 40 N(S = 0.2² = 0.04 m²)
2 计算下表面压强和压力:
p下 = ρgh下 = 1.0×10³ kg/m³ × 10 N/kg × 0.3 m = 3000 Pa
F向上 = p下 × S = 3000 Pa × 0.04 m² = 120 N
3 计算浮力:F浮 = F向上 - F向下 = 120 N - 40 N = 80 N
✅ 物块受到的浮力为 80 N(浮力 = 上下表面压力差)
例题 3 下沉物体也受浮力
一块石头在空气中称重为 15 N,浸没在水中称重为 9 N,浸没在某种油中称重为 10.5 N。求:(1) 石头在水中受到的浮力;(2) 石头在油中受到的浮力。
G = 15 N,F水' = 9 N,F油' = 10.5 N
🔍 解题过程
1 求水中浮力:F浮水 = G - F水' = 15 N - 9 N = 6 N
2 求油中浮力:F浮油 = G - F油' = 15 N - 10.5 N = 4.5 N
3 分析比较:石头在水中和油中都受到浮力(下沉物体也受浮力)。水的密度大于油的密度,所以石头在水中受到的浮力更大。
✅ 水中浮力 6 N,油中浮力 4.5 N。下沉物体同样受浮力,液体密度越大浮力越大。

🚀 拓展提升

🎈 气体浮力

不仅液体对浸入其中的物体产生浮力,气体同样会产生浮力。

  • 空气中的所有物体都受到空气的浮力,方向竖直向上
  • 由于空气密度很小,日常物体的空气浮力很小,通常忽略不计
  • 热气球:加热内部空气使其密度减小,当气球整体密度小于空气时,浮力大于重力,气球升空
  • 氢气球/氦气球:充入密度比空气小的气体,浮力大于重力而上升
  • 飞艇:利用氦气或氢气的浮力实现飞行

📐 浮力与深度的关系

物体浸入液体的过程中,浮力如何变化?

部分浸入:浸入越深 → 排开液体越多 → 浮力越大
完全浸没后:深度增加 → 浮力不变
  • 物体逐渐浸入液体时,排开液体的体积增大,浮力增大
  • 物体完全浸没后,排开液体体积不再变化,浮力不再随深度变化
  • 这是下一节阿基米德原理的重要实验基础

🔗 浮力产生条件的深入理解

  • 浮力的本质是液体对物体上下表面的压力差
  • 如果物体下表面与容器底紧密接触(无液体),则不受浮力
  • 桥墩打入河底淤泥中,底部与河底紧密接触,不受浮力
  • 潜水艇在水下悬浮时,各面都接触水,受到浮力
  • 物体在液体中运动时,受到的浮力方向始终竖直向上

✏️ 练习巩固

💡 提示:每道题作答后会立即显示解析,请认真思考后再作答
第 1 题 ★☆☆ 基础
关于浮力,下列说法正确的是?
A浮力的方向是竖直向下
B浮力是液体或气体对物体向上的托力
C只有漂浮的物体才受浮力
D下沉的物体不受浮力
第 2 题 ★☆☆ 基础
浮力产生的原因是?
A液体对物体侧面的压力
B液体对物体上下表面的压力差
C物体的重力
D大气压的作用
第 3 题 ★★☆ 巩固
用弹簧测力计测一个物体的重力为 6 N,将物体浸入水中后测力计的示数为 4 N。物体在水中受到的浮力是?
A10 N
B2 N
C4 N
D6 N
第 4 题 ★★☆ 巩固
下列关于浮力的说法,正确的是?
A桥墩在水中一定受浮力
B物体完全浸没后,深度增加浮力不变
C只有上浮的物体才受浮力
D气体不会产生浮力
第 5 题 ★★★ 拓展
一个物体在空气中用弹簧测力计称重为 10 N,浸没在水中时测力计示数为 6 N,浸没在某液体中时测力计示数为 7 N。求物体在该液体中受到的浮力。(单位N)
第 6 题 ★☆☆ 基础
浸在液体中的物体所受浮力的方向总是?
A竖直向下
B垂直于物体表面
C竖直向上
D沿液体流动方向

🧠 知识点问答

老师来考考你!下面的问题都来自本节课的知识点,看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦!
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课程完成!

恭喜你完成了「浮力」的学习!

📌 本节核心要点回顾:
① 浮力:浸在液体/气体中的物体受到向上的托力
② 浮力方向:竖直向上
③ 浮力产生原因:上下表面压力差,F浮 = F向上 - F向下
④ 称重法:F浮 = G - F'
⑤ 一切浸入液体中的物体都受浮力