第四章 · 第二节
阿基米德原理
浮力等于排开液体的重力 · F浮=ρ液gV排 · 实验探究 · 适用范围

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 理解阿基米德原理的内容
  • 掌握浮力公式 F浮 = G排 = ρ液gV排 并能进行计算
  • 了解探究阿基米德原理的实验方法(溢水法)
  • 知道阿基米德原理适用于液体和气体
知识点一:阿基米德原理的内容
🏛️ 阿基米德原理
浸在液体中的物体所受的浮力,大小等于它排开的液体所受的重力
这就是阿基米德原理,由古希腊学者阿基米德发现。
F浮 = G排 = ρ液 · g · V排
浮力 = 排开液体的重力 = 液体密度 × g × 排开液体的体积
知识点二:公式中各物理量的含义
F浮
浮力
单位:牛顿(N)
G排
排开液体的重力
单位:牛顿(N)
ρ液
液体的密度
单位:kg/m³
V排
排开液体的体积
单位:m³
💡 关于 V排 的理解
  • 物体完全浸没时:V排 = V物(排开液体体积等于物体体积)
  • 物体部分浸入时:V排 < V物(排开液体体积等于浸入部分的体积)
  • V排 是物体实际排开液体的体积,不一定等于物体自身体积
知识点三:探究阿基米德原理的实验
🔬 溢水法实验
实验器材:弹簧测力计、物体、溢水杯、小桶
实验步骤:
① 测出物体的重力 G 和空小桶的重力 G桶;
② 将物体浸入溢水杯中,读出测力计示数 F',算出浮力 F浮 = G - F'
③ 测出接水后小桶的总重力 G总,算出排开液体的重力 G排 = G总 - G桶
④ 比较 F浮 与 G排,发现 F浮 = G排,验证阿基米德原理。
知识点四:阿基米德原理的适用范围
🌐 适用范围
阿基米德原理不仅适用于液体,也适用于气体
对于气体:浸在气体中的物体受到的浮力,大小等于它排开的气体所受的重力。
阿基米德原理适用于一切浸在流体中的物体。

🎬 动画讲解

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🧪 互动实验:阿基米德原理

💡 拖动滑块改变液体密度和排开体积,观察浮力的变化
⚙️ 实验参数
液体密度 ρ液 1.0×10³ kg/m³
排开体积 V排 1.0×10⁻⁴ m³
排开液体重力 G排 0.98 N
浮力 F浮=G排 0.98 N
📋 实验结论
浮力 F浮 = G排 = ρ液·g·V排。液体密度越大、排开体积越大,浮力越大。浮力大小只与液体密度和排开体积有关,与物体本身的密度、形状、深度无关。

📝 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 用阿基米德原理求浮力
一个体积为 200 cm³ 的物体浸没在水中(ρ水 = 1.0×10³ kg/m³,g = 9.8 N/kg)。求物体受到的浮力。
V排 = V物 = 200 cm³ = 2×10⁻⁴ m³,ρ水 = 1.0×10³ kg/m³
🔍 解题过程
1 统一单位:V排 = 200 cm³ = 2×10⁻⁴ m³(完全浸没,V排 = V物)
2 代入阿基米德原理公式:
F浮 = ρ液·g·V排 = 1.0×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 2×10⁻⁴ m³
3 计算结果:F浮 = 1.96 N
物体受到的浮力为 1.96 N
✅ F浮 = ρ水gV排 = 1.0×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 2×10⁻⁴ m³ = 1.96 N
例题 2 部分浸入时的浮力
一个体积为 500 cm³ 的木块漂浮在水面上,浸入水中的体积为 300 cm³。(ρ水 = 1.0×10³ kg/m³,g = 9.8 N/kg)求木块受到的浮力。
V排 = 300 cm³(部分浸入,V排 ≠ V物)
🔍 解题过程
1 注意区分V排和V物:木块部分浸入,V排 = 300 cm³ = 3×10⁻⁴ m³(不是500 cm³)
2 代入公式:F浮 = ρ液·g·V排 = 1.0×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 3×10⁻⁴ m³
3 计算结果:F浮 = 2.94 N
注意:部分浸入时,V排 < V物,要用实际排开液体的体积计算。
✅ F浮 = ρ水gV排 = 1.0×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 3×10⁻⁴ m³ = 2.94 N
例题 3 不同液体中的浮力比较
同一个物体分别浸没在水和酒精中。已知 ρ水 = 1.0×10³ kg/m³,ρ酒精 = 0.8×10³ kg/m³,g = 9.8 N/kg。物体体积为 100 cm³。求物体在两种液体中受到的浮力之比。
🔍 解题过程
1 分析:同一物体完全浸没,V排相同 = 100 cm³ = 10⁻⁴ m³,但液体密度不同。
2 分别计算浮力:
F浮水 = ρ水·g·V排 = 1.0×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 10⁻⁴ m³ = 0.98 N
F浮酒精 = ρ酒精·g·V排 = 0.8×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 10⁻⁴ m³ = 0.784 N
3 求比值:F浮水 : F浮酒精 = 1.0 : 0.8 = 5 : 4
可见同一物体在不同液体中,浮力与液体密度成正比。
✅ F浮水 : F浮酒精 = 5 : 4(浮力与液体密度成正比)

🚀 拓展提升

🏛️ 阿基米德的故事

传说阿基米德在洗澡时发现:当他坐进浴盆,水溢出来的量与他的身体体积有关。他兴奋地喊出"尤里卡"(我发现了)!

  • 阿基米德(公元前287-212年),古希腊数学家、物理学家
  • 国王请他鉴定王冠是否纯金,他利用浮力原理成功解决
  • 阿基米德原理是流体力学的基本原理之一
  • 他还发现了杠杆原理,留下名言:"给我一个支点,我能撬动地球"

📊 浮力公式的深入理解

由 F浮 = ρ液·g·V排 可以得出:

F浮 只与 ρ液 和 V排 有关
与物体密度、形状、深度、重力无关
  • 同一物体完全浸没在不同液体中:ρ液越大,F浮越大
  • 不同物体在同种液体中完全浸没:V物越大(V排越大),F浮越大
  • 物体浸没后的深度不影响浮力(V排不变)
  • 铁块和木块同体积浸没在水中,受到的浮力相同(V排相同)

🌡️ 气体中的阿基米德原理

  • 阿基米德原理同样适用于气体
  • 空气中的物体受到的浮力:F浮 = ρ空气·g·V物
  • 由于 ρ空气 ≈ 1.29 kg/m³ 很小,日常物体的空气浮力很小
  • 热气球升空:加热空气使气球内密度减小,整体密度小于外界空气
  • 飞艇充入氦气(密度比空气小),浮力大于重力而升空

✏️ 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
阿基米德原理的内容是?
A浮力等于物体的重力
B浮力等于物体排开液体所受的重力
C浮力等于液体的密度
D浮力等于物体的体积
第 2 题 ★☆☆ 基础
阿基米德原理的公式是?
Ap = ρgh
BF浮 = ρ液gV排
CF浮 = G - F'
Dp = F/S
第 3 题 ★★☆ 巩固
一个物体完全浸没在水中,排开水的体积为 100 cm³。水的密度为 1.0×10³ kg/m³,g = 10 N/kg。物体受到的浮力是?
A0.1 N
B1 N
C10 N
D100 N
第 4 题 ★★☆ 巩固
关于浮力,下列说法正确的是?
A物体浸没越深,浮力越大
B浮力只与液体密度和排开体积有关
C阿基米德原理只适用于液体
D物体部分浸入时,V排等于物体体积
第 5 题 ★★★ 拓展
一个物体浸没在水中受到的浮力为 2 N,水的密度为 1.0×10³ kg/m³,g = 10 N/kg。求物体的体积。(单位cm³)
第 6 题 ★★☆ 巩固
浸没在液体中的物体受到的浮力大小,与下列哪个因素有关?
A物体的重力
B物体的密度
C液体的密度和物体排开液体的体积
D物体浸没的深度

🧠 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「阿基米德原理」的学习!

📌 本节核心要点回顾:
① 阿基米德原理:浮力等于排开液体所受的重力
② 公式:F浮 = G排 = ρ液·g·V排
③ V排是排开液体的体积(完全浸没时V排=V物)
④ 浮力只与液体密度和排开体积有关
⑤ 阿基米德原理适用于液体和气体