初2物理,浮与沉

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浮力的概念

产生浮力的原因

浮力公式的推算

浮力之惑

浮力原理的发现

浮力的应用

计算浮力的公式

[编辑本段]浮力的概念

液体和气体对浸在其中的物体有竖直向上的托力，物理学中把这个托力叫做浮力。浮力的方向竖直向上。

漂浮于流体表面或浸没于流体之中的物体，受到各方向流体静压力的向上合力。其大小等于被物体排开流体的重力。在液体内，不同深度处的压强不同。物体上、下面浸没在液体中的深度不同，物体下部受到液体向上的压强较大，压力也较大，可以证明，浮力等于物体所受液体向上、向下的压力之差。例如石块的重力大于其同体积水的重量，则下沉到水底。浮木或船体的重力等于其浸入水中部分所排开的水重，所以浮于水面。气球的重量比它同体积空气的重力小，即浮力大于重力，所以会上升。这种浸在水中或空气中，受到水或空气将物体向上托的力叫“浮力”。例如，从井里提一桶水，在未离开水面之前比离开水面之后要轻些，这是因为桶受到水的浮力。不仅是水，例如酒精、煤油或水银等所有的液体，对浸在它里面的物体都有浮力。

浮力的作用点称为浮心，浮心显然与所排开液体体积的形心重合。

[编辑本段]产生浮力的原因

产生浮力的原因，可用浸没在液体内的正立方体的物体来分析。该物体系全浸之物体，受到四面八方液体的压力，而且是随深度的增加而增大的。所以这个正立方体的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力。因为作用在左右两个侧面上的力由于两侧面相对应，而且面积大小相等，又处于液体中相同的深度，所以两侧面上受到的压力大小相等，方向相反，两力彼此平衡。同理，作用在前后两个侧面上的压力也彼此平衡。但是上下两个面因为在液体中的深度不相同，所以受到的压强也不相等。上面的压强小，下面受到的压强大，下面受到向上的压力大于上面受到的向下的压力。液体对物体这个压力差，就是液体对物体的浮力。这个力等于被物体所排开的液体的重量。当一个浮体的顶部界面接触不到液体时，则只有作用在底部界面向上的压力才会产生浮力。至于一个位于容器底面上的物体，并和容器底面密切接触，那它就只能受到向下作用于物体表面的液体压力下，所以这个物体不受浮力作用，这种现象并不多，因为只要其间有一层很薄的液膜，就能传递压强，底面就有向上的压力，物体上下表面有了压力差，物体就会受到浮力。单位为浮力【F】

[编辑本段]浮力公式的推算

浮力公式的推算

假设有一正方体沉于水中，

F浮=F下表面-F上表面

=ρgh2*S-ρgh1*S

=ρgS*Δh

=ρgV

=mg

=G排液

当物体悬浮在液体上时(当未受外力时),F 浮＝G物

稍加说明：

（1）h2为正方体下表面到水面距离，h1为正方体上表面到水面距离，Δh为正方体之高。

（2）“F浮=ρ液gV排=G排液”最重要。

F浮=ρ液gV排的公式推导：浮力=排开液体所受重力——F浮=G排液＝m排液•g =ρ液gV排

（3）给出沉浮条件（实心物体）

ρ物＞ρ液， 下沉 ，G物＞F浮

ρ物=ρ液， 悬浮 ，G物=F浮 （基本物体是空心的）

ρ物＜ρ液， 上浮，（静止后漂浮）G物＜F浮

ρ物＜ρ液， 漂浮，G物＜F浮（因为是上浮的最后境界，所以ρ物＜ρ液）

ρ物＞ρ液， 沉底 ，G物=F浮+F杯底对物的支持力（三力平衡）阿基米德

（4）给出“露排比公式”——解漂浮题的重要公式

如果漂浮（这是重要前提！）， 则：ρ物∶ρ液=V排∶V物。

其中，V物=V排+V露

它的变形公式

1． （ρ液-ρ物）∶ρ液=V露∶V物

2． ρ物∶（ρ液-ρ物）=V排∶V露

…………………………………………

证明：∵漂浮

∴F浮=G物，即ρ液gV排=ρ物gV物，即ρ液V排=ρ物V物，即ρ物∶ρ液=V排∶V物（交叉相乘）

另外液体还可以产生比自身重力大的浮力

物体在液体中排开液体的重力等于物体所受浮力

但是液体可以产生比自身重力大的浮力

排液量是一个抽象的概念

排开的液体是当液体凝固时，将固体拿出，用同种液体将空档填满，用来填充的液体量就是排开的液体量

所以产生十牛的浮力不一定需要十牛重的液体，液体可以产生比自身重力大的浮力

例如:一个底面积为30平方厘米的容器中有50牛重的水，将一个底面积为25平方厘米高10厘米的柱体（密度大于水）放入水中

沉入水底（主体下方有少量水，忽略不计）。水上升至10厘米高。排水量为250立方厘米，浮力为250牛，而水只有50牛，产生的浮力是液体本身重力的5倍。

当物体在水中完全和地接触是就没有浮力了，因为底部没水就不存在浮力了。

[编辑本段]浮力之惑

质疑篇

一、压力差的局限性

一个底面积为12.56平方米,高2米的木质圆锥体，锥尖向下浸没于水下20米处。因为压力等于压强乘以面积,所以它上表面受到向下的压力大于下表面受到向上的压力，根据压力差推论，它会沉没水底。但阿基米德定律认为，它的物重小于它排出的水重，木锥会浮出水面。何况圆锥体是木头做的，而木头会浮出水面，这是自然现象的常识。

1、为什么压力差的推论与自然现象相反呢？

2、圆锥体锥尖向下或向上，根据压力差计算的结果，它们受到的浮力是不相同的。但它们排出的水都一样重，根据阿基米德定律，它们受到的浮力应相等。为什么压力差和阿基米德定律得出的结论不一样？

3、物体受到的浮力大小与物体在水中的形状、形态有关吗？

4、压力差能不能解释各种形状（包括不规则）物体在水中受到的浮力大小及其产生的原因。

5、如果压力差的适用只局限在个别、少数形状的物体。那么这个片面的推论能说明产生浮力的真正原因吗？

二、压力差的矛盾性

把一个底面光滑的木块放进装有底阀的玻璃缸内。用手把木块按住，然后往玻璃缸里放水，淹没木块后，又打开阀门把水放尽。这时候拿起木块，如果检查它的底面与缸接触部位没有水。就又重新放进缸里，再用手按住，放满水。松手后，我们惊讶地发现：木块会自动浮起。（也可以用一些辅助办法让木块的底面无水。比如在木块与缸底接触的四周糊上浆糊，防止进水。但不能增加木块上浮的外来阻力。因为气体的浮力性质与液体相同，所以也可以在空气里作类似实验）根据压力差推论：如果浸没在缸里的木块底面没有水，那么它就没有受到水向上的压力，只受到水向下的压力，也就是说木块没有受到浮力。即使我们松手后，木块也不能浮起。

1、为什么实验结果与压力差结论自相矛盾？

2、实验中的木块在缸里排出了与它体积相等的水，根据阿基米德定律，它受到了浮力大小等于它排出的水重。为什么压力差却认为木块没有受到浮力呢？它们之间孰对孰错？

3、如果浸没在水里的木块底面没有水，而它依然受到了浮力。那么，这个浮力是怎样产生的呢？

三、阿基米德定律的矛盾

有甲、乙、丙三只同样大小的模型铁船，用手给甲船施加压力，使之沉入水底。把乙船斜放入水，让其自然沉入水底，而丙船则浮在水面上。

1、从实验的结果来看：甲船排出的水最多，乙船排出的水最少。根据阿基米德定律我们知道：甲船受到的浮力最大，丙船次之，而乙船受到的浮力最小。虽然甲船和乙船排出的水重各异，但由于甲船和乙船都沉入水底，它们相同部位在同一水平面上，受到的压强相同。根据压力差计算，它们受到的浮力大小应相等。

①压力差和阿基米德定律应该是什么关系？

②它们之间为什么矛盾重重？这些矛盾该如何解释？

2、根据书中浮力章节研究物体浮沉的实验得知：当物体排出的水重大于它的物重时，物体浮起。可甲船排出的水重也大于它的船重，为什么甲船却没有上浮呢？

3、丙船排出的水重大于乙船，受到的浮力也应比乙船大。但乙船和甲船同沉水底，根据压力差它们受到的浮力相等。而甲船排出的水重又大于丙，甲、乙、丙三船究竟谁受到的浮力最大？

四、物体是怎样浮上来的

沉没在水底的物体，当它的重量小于排出的液重时，物体就会浮上来。物体浮上来，自然是因为受到了浮力，但浮力是怎样作用于物体而使它上浮的呢？压力差认为 ：物体四侧受到的压力平衡而相互抵消,只有底面受到向上的压力，上浮的动能理应由此获得。但我们要注意，这个向上的压力是由水的压强产生，而在同一水面，水向各个方向产生的压强相等。向上的压力如同支持力一样只对物体起支撑作用。并不能对物体作功而促使物体上浮。既然物体底面的压力不能产生物体上浮的动能，那浮力是怎样作用于物体而让它上浮的呢？

释疑篇

一、无论是浮在液体表面还是沉没在液中，一切浸在液里的物体都受到液体对它产生的向上的托力,我们把这个向上的托力就叫着浮力.

液体为什么能产生浮力呢?

二、我们知道水能浮起皮球、树木、救生圈、橡皮艇等许多物体，但当水凝结成冰后，却对这些物体失去了浮力。为什么同一种物质，当它从液体变成固体时就没有了浮力？

1、这是因为浮力是液体的一种特殊性质。

2、浮力的产生是由液体自身的特性决定的。

①流动性：液体总是由高处流向低处，或压强大的一方向压强小的一方流动。

如果没有流动性,物体就不会浮起或沉下,也不会有海洋暖流.

②压强的特殊性：液体在同一水平面上，它向各个方向产生的压强相等。

由于这个性质,液体成了一个相互联系的整体.当它任何一点压强的改变,都能引起相邻液压的改变.

3、压强是产生浮力的主要原因。

（讨论：如果液体之间没有压强，还会不会产生浮力。）

三、物体是怎样浮上来的

把一个吸满水的塑胶瓶，瓶口向上。然后挤出压瓶壁的两端，水就会从瓶口向上喷射而出。在这个过程中，手指和瓶子都未向上移动位置，但为什么水却往上运动了呢？这是因为我们挤压瓶壁时，瓶中水的压强小于周围瓶壁、瓶底的压强，这些压强下面大、上面小，而水会向压强小的一方流动。所以，当我们用手指挤压时，在瓶壁、瓶底合力的作用下，水就会向上运动。

水中的木块向上运动的原理与之相似。只不过前者是液体装在固体里，后者是固体浸在液体里。但它们都有一个共同点：运动物体的压强小于周围的压强，而且压强从下到上逐渐减小。物体运动是合力作用的结果。

浸没在水中的木块之所以会浮上来，就是因为自身的压强小于同部位水的压强，这样就出现了压强差。木块便受到四周水的挤压，在底面和四周水压的共同作用下，木块就会向压强小的一方流动而浮出水面。

①物体上浮是在底面、四周侧面水压共同作用下的结果。

②浮力是由合力形成的，并不单单是物体底面向上的压力。

四、浮力产生的原因

液体具有流动性，在重力的作用，便向容器壁、容器底流动而产生压力。由于力的作用是相互的，容器底和容器壁也对液体产生一个反作用力，作用力反作用力在液体之间相互作用，就产生了压强。它们大小相等、方向相反，并与深度成正比，同一水平面上，液体向各个方向产生的压强相同。在没有任何外力的情况下，液体保持静止状态。因为液体具有压强，它们之间才会相互支持，相互联系而形成一个有机的整体。液体中任何一点液压的改变，都会形成压强差，从而引起相邻液压的改变。液体就会打破平衡状态产生流动。

1、液体和液体之间相互产生浮力，压强是产生浮力的原因。

2、浮力和它受到的压力大小相等、方向相反，液体保持平衡状态。

3、浮力的性质、大小并不会因外来物体浸入而改变。

五、浮力定律

压力差和阿基米德定律在解释浮力产生的原因和大小时，都必须要有物体浸在液体里。

液体没有任何外来物体浸入时，它还会不会有浮力？如果有，我们又应该怎样去解释产生浮力的原因和大小呢？

其实，浮力是液体的一种属性，由液体自身的特点形成的，它不会因外来物体的浸入而增大或减小、存在或消亡。物体在液中的沉浮是物体在浮力作用下反应出的一种自然现象。而我们该如何透过这些现象，去探寻浮力的本质呢？

1、压强与深度的关系

人潜入水里，会感到发闷，是因为受到了水的压强。而水的压强又与深度成正比，所以人要潜入到更深的水里，必须要穿潜水服，而我们到达深海则需要乘坐特制的潜水艇。

2、浮力与压强（深度）的关系

我们常常说的船只搁浅是怎么回事呢？为什么枯水季节有些河道不能通航？浅水港为何不能停靠万吨轮船？其实，所有问题都在告诉我们一个事实，物体受到浮力的大小与液体的深度有关。

当船运载货物时，它的载重量越大，吃水就越深；载重量越小，吃水就越浅。而载重量大需要的浮力也会大，载重量小，需要的浮力也小。因此看来，浮力的大小与船只在水中的深度成正比，又正为水的压强也与它的深度成正比。所以，我们仔细研究会发现，船只产生的最大压强与它同深度的水压是一样的，载重量大的船吃水深就是因为它压强大的缘故。

既然浮力会随着液体的深度增加，为什么我们做实验时，弹簧称的读数并不会随物体在液中位置的深浅而变化呢？

其实，弹簧称称量的物体在液中不但要受到浮力，还同时受到液体对它施加的压力。物体在液中的位置加深时，它受到的浮力增大，而它受到的压力也在同等的增大；当物体在液中的位置变浅，它受到的浮力减小，但它受到的压力也会同等的减小。正是因为浮力和压力同等的增加或减小，弹簧称的读数才不会随物体在液中位置的深浅而变化。

3、浮力与密度的关系

水和植物油都属于液体，但它们的浮力是否相同呢？让我们先把植物油渗进水中，看看会发生什么现象。很快，我们会发现植物油全部浮在水面上，并不与水相溶共存，这是什么原因产生的呢？原来，植物油的密度比水小，产生的压强各不相同，质量重的水便会下沉，质量轻的油便会上升。轮船从谈水河驶入海里，船身会浮起来一些，就是因为它是漂浮，浮力等于重力，重力不变所以浮力不变，由于海水密度增加，所以船在海水中排开水的体积变小，所以会上浮。

总结以上规律，得出如下结论：

浮力的大小与液体的压强（深度）成正比，与它的密度成正比，与它受到的压力相等，方向相反。在没有任何外力的作用下，液体保持静止状态。

六、物体的浮沉

铁和石块在水中下沉，乒乓球、木头、救生圈浮在水面上。同样的物体也会因为液体密度的不同而或沉或浮。

是什么原因决定物体在液体中的沉浮呢？是物体的质量和重量么？

我们知道，无论质量多大，多重的木头，它都会浮在水面上，而无论质量多小，多轻的石头，它都会沉入水底，这是为什么呢？这是因为木头的密度比水小，而石头的密度比水大的缘故。

在没有任何外因时，物体的密度大于液体的密度，物体沉下，当物体的密度小于液体的密度，物体浮在液体表面。

为什么物体的沉浮与密度有关呢？

在同一水平面上，液体向各个方向产生的压强相同。而木头的密度小于水，它产生的压强也小于同体积水的压强；石头的密度大于水，它产生的压强也就大于同体积水的压强。当木头或石头沉没水中替换同体积水时，因为木头的压强小于周围水的压强会浮出水面，而石头的压强大于周围水的压强会沉入水底。

压强是决定物体浮沉的重要条件。

当物重大于同体积液重时，在液中的任何深度它产生的压强都大于该位置的液压，物体沉下。

当物重小于同体积液重时，在液中的任何深度，它产生的压强都小于该位置的液压，物体浮起。

当物重等于同体积液重时，在液中的任何深度，它产生的压强都和该位置的液压相同。物体悬浮。

我们把密度大于空气的气球升上天，把密度大于水的钢铁制造成轮船浮于水，都是通过改变物体的压强来实现的。

七、浮力的利用

从漂浮在河流上的树林得到启示，古人把木头挖成空心的独木舟，承载人或货物，这是对浮力的最早利用。

但空心的铁球并不一定浮起，实心的木块它也不会沉下。所以，物体是否空心并不能决定物体的浮沉。

空心只是利用浮力的一种方法。

人们运用这个道理，不但把密度轻于水的树木制造成船只，也把密度大于水的钢铁制造成军舰、轮船。

为什么空心的物体能够利用浮力呢？

这是因为空心的物体在水中增大了体积，增加了高度，并减小了物体的压强。而压强就是决定物体浮沉的重要条件。

空心的牙膏皮和卷成团的牙膏皮它们的重量虽然相同，但前者产生的压强却小于后者，当空心牙膏皮产生的压强小于同高度水深的压强时，它就会浮起。而卷成团的牙膏皮产生的压强大于同体积水产生的压强，所以会在水中沉下。

军事上用的潜水艇就是用进排水的方法，增加或减轻潜水艇的重量，从而改变压强，以此来控制潜水艇的沉浮

其实，对于类柱体，浮力就是上表面向下的压力与下表面向上的压力的差。

如果密度和液体相等就该悬浮了`````而漂浮```````就证明密度比液体小```