初中物理竞赛培优：第9章 浮力

第9章 浮力 一张不太重的薄铁板放在水中，它会沉入水底。若我们将它折叠成一个小铁盒的形状，它可能会漂浮在水面上。大家都知道这与浮力有关。不论是中国古代曹冲称象的故事，还是传说中古希腊的阿基米德在洗澡时想出了解决检验皇冠是否纯金的难题的办法，都与浮力有关。在学习有关浮力知识的时候，尤其运用这些知识解决问题的过程中，同学们的潜能会得到充分开发，智慧和能力会得到充分展示。 知识要点和基本方法 一、浮力 1.浮力的概念 实验表明，浸在液体(或气体)里的物体，受到液体(或气体)向上“托”的力，这种力称为浮力。万吨巨轮能够在海上航行，探空气球能够携带仪器飞向高空，都是与它们受到浮力作用有关。 2.浮力产生的原因 液体内部有压强，浸在液体内的物体会受到液体压力作用。液体内部向各个方向都有压强，液体内部压强随深度增加而增大。因此当物体浸入液体时，如果物体受到液体对它下表面向上的压力大于上表面所受到的向下的压力，其压力之差就是物体所受到的浮力。也可以说，浮力就是浸入液体中所受到的液体压力的合力， 浮力的方向就是 与 的合力的方向，它总是竖直向上的。 需要说明的，一是浮力的施力物体是液体(或气体)，浮力大小等于液体(或气体)作用于物体上下表面的压力差，在分析物体受力时，考虑了物体受到浮力作用就不要再考虑液体(或气体)对物体的压力；二是如图9-1所示长方体的物体与容器底密合时，物体下表面没有受到液体向上的压力，这种情况，通常不讨论物体是否受浮力作用，而是分析物体受到的压力和压力差。图9-2所示物体的形状不是长方体，其侧面受到液体压力与侧面垂直，这种情况如果物体下表面与容器底密合，一般也不讨论物体是否受浮力作用，同样是分析物体受到的压力和压力差。 3.根据浮力产生的原因分析物体受到的浮力的大小 设想一个边长为10cm的正方体物块浸没在水中，它的上表面与水面平行且在水下距水面5cm 处，物块静止不动。试求正方体物块上、下表面所受水的压力之差。 中小学教育资源及组卷应用平台 要求出正方体物块上、下表面所受水的压力之差，可根据液体的压强公式 求出水对正方体物块上、下表面的压强；然后根据公式F=pS，求出水对正方体物块上、下表面的压力，最后求出压力差。 物块上表面所受水的向下压强大小为 物块下表面所受水的向上压强大小为 ρgh ，其中h 和h 分别表示物块上、下表面到水面的距离，ρ表示液体的密度。上、下表面所受水的压力之差大小为 上式中 等于正方体物块的边长，S表示正方体物块每一面的表面积，因此上式可以进一步写成 其中V表示浸没在水中的正方体物块的体积。将数据代入上式，得到上、下表面所受水的压力之差 =9.8N 通过以上分析可以知道，浸没在水中的正方体物块所受到的浮力大小为 以上我们没有分析浸在液体中的正方体物块四个侧面受到的压力问题，原因是物体前、后、左、右四个表面对称地浸在液体中的同一深度，前、后两个面所受压力大小相等，方向相反，相互平衡；左、右两个面所受压力大小相等，方向相反，相互平衡。即这四个面所受压力的合力为零。而上、下两个面所受压力大小不等，合力(压力差)方向向上，这就是我们分析物体所受压力差(即物体所受浮力)的基本思路。上述结论是通过对正方体物块分析得到的，可以证明，对其他形状的物体，上述结论同样适用，只是分析过程和分析方法要复杂得多。 请读者进一步分析： (1)在本题中，若改变正方体物块在水中的深度，水对正方体物块上、下表面的压力大小是否改变 水对正方体物块上、下表面的压力差大小是否改变 为什么 (2)我们可以分步求出水对正方体物块上、下表面的压力大小 然后求出 但在上面分析过程中，我们并没有分步求出F 和F ，而是经过推导直接得到压力差的最终表达式，计算 ... ...