第十章 浮力
第1节 浮力
典案二 导学设计
学点一 浮力
探究1：浮力的存在。
实验1：如图10－1－6所示，将木块放在桌面上静止时，此时木块受到竖直向下的__重__力和竖直向上的__支持__力；将木块放在水面上漂浮时，此时木块受到竖直向下的__重__力和竖直向上的一个力，这个力的作用效果就相当于桌面对木块竖直向上的__支持__力。
图10－1－6 图10－1－7
实验2：如图10－1－7所示，用弹簧测力计测出金属块的重力，用手慢慢托起金属块时，弹簧测力计的示数会__变小__；如果将该金属块放入水中，会看到弹簧测力计的示数也会__变小__，这就说明金属块在液体中受到了一个类似于用手__托起__的力。
结论：浸在液体中的物体受到__向上__的力，这个力叫做浮力。浮力的施力物体是__液体__，浮力的方向__竖直向上__。
拓展：(1)平衡法：在图10－1－6中，如果木块的重力为5 N，则在水中漂浮时受到的浮力为__5__N，依据是__二力平衡__。
(2)称重法：在图10－1－7中，第一次弹簧测力计的示数为5 N，第三次的示数为3 N，则该金属块受到的浮力为__2__N。
探究2：浮力产生的原因。
实验展示：如图10－1－8所示，将乒乓球放入瓶口未堵住的空瓶内，向瓶里倒水，此时乒乓球__不能__(选填“能”或“不能”)浮起来；将瓶口堵住，乒乓球__能__(选填“能”或“不能”)浮起来。
图10－1－8 图10－1－9
理论分析：如图10－1－9所示，假设在一个盛有适量水的容器中有一个边长为L的正方体，上表面距离水面高度为h1，请完成以下分析：(1)上表面受到液体压强为__ρgh1__，下表面受到液体压强为__ρgh2__；(2)上表面受到液体压力为__ρgh1L2__，下表面受到液体压力为__ρgh2L2__；(3)左右表面和前后表面受到的压强__相等__，受到压力___也相等__，可以相互__抵消__。
结论：浮力产生的原因就是浸在液体中的物体，其上、下表面受到液体对它的压力__不同__。公式表示为F浮＝__ρgh2L2__—__ρgh1L2__。
拓展：压力差法：在图10－1－9中，如果该物体上表面受到液体向下的压力为8 N，下表面受到液体向上的压力为20 N，则该物体受到的浮力为__12__N。
学点二 浮力大小跟哪些因素有关
情景猜想：(1)如图10－1－10甲所示，将不同密度的物体放在水中，有的漂浮，有的下沉。
(2)如图乙所示，人在水中会下沉，但是在死海中却能漂浮在水面上(死海水的密度比淡水的密度大)。
(3)如图丙所示，人在水中越往深处走，浸入水中的体积越大，就越觉得所受的浮力大。
图10－1－10
由以上事例可以猜想：浮力的大小可能与__液体的密度、_浸入液体的体积、浸入液体的深度、物体的密度等__有关。
实验器材：弹簧测力计、水、盐水(或其他液体)、烧杯、不同体积不同材料的金属块等。
探究1：浮力的大小是否跟物体浸在液体中的体积有关。
图10－1－11
此时要保证液体的__密度__不变，当物体浸在液体中的体积逐渐增大时，弹簧测力计的示数会__减小__，说明物体受到的浮力__增大__。图中的__②__、__③__与①对比可以说明物体所受浮力的大小与浸在液体中的体积__有关__(选填“有关”或“无关”)。
探究2：浮力的大小是否跟物体浸没的深度有关。
此时要保证物体浸入液体的__体积__和液体的__密度__不变，把弹簧测力计下悬挂的物体浸没在同一种液体中，并分别停在液体的不同__深度__，弹簧测力计的示数__相同__，说明物体受到的浮力__不变__。图中的__③__、__④__与①对比可以说明物体所受浮力的大小与浸没在液体中的深度__无关__(选填“有关”或“无关”)。
探究3：浮力的大小是否跟液体的密度有关。
此时要保证物体浸入液体的__体积__和所处的__深度__相同，当物体浸在不同液体中时，弹簧测力计所减小的示数__不同__，说明物体受到的浮力__不同__。图中的__④__、__⑤__与①对比可以说明物体所受浮力的大小与液体的密度__有关__(选填“有关”或“无关”)。
实验结论：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。浸在液体中的__体积__越大、液体的__密度__越大，浮力就越大。而与物体浸没在液体中的深度、物体的密度及在液体中是否运动等因素__无关__。
方法总结：以上分析问题的方法是控制某些因素不变，改变其中一个因素来判断这个因素对浮力大小的影响，称为__控制变量__法。
第十章 浮力
第1节 浮力
方式一 【情景导入】
多媒体播放视频《生活中的浮力》。
导入语：同学们，你还能举出生活中类似的例子吗，这就涉及今天我们要学的一个新的物理量——浮力。好，下面我们就开始探究浮力所蕴含的奥秘吧！板书课题——《第1节 浮力》。
方式二 【实验导入】
多媒体播放视频《浮力的认识》。
教师组织：组织学生按照视频过程动手测量。
教师设问：为什么弹簧测力计示数会变小？
教师引导：请同学们将手浸入水中体会施力和受力的感觉。
导入语：这种感觉就是因为我们的手受到了浮力，下面让我们一起来探究有关浮力的神奇世界吧！板书课题——《第1节 浮力》。
方式三 【实验导入】
多媒体播放视频《奇妙的瓶盖》或《不“服”(浮)的乒乓球》或《浮沉子》(或演示小实验内容，吸引学生)。
导入语：想知道其中的奥秘吗？那我们就开始今天的探究学习——浮力。板书课题——《第1节 浮力》。
抽水法探究浮力的大小
教材中用称量法测出了浮力的大小，现介绍抽水法测浮力的大小。
实验器材：弹簧测力计、注射器、烧杯、水、细线、铁架台、重物。
实验步骤：
(1)用弹簧测力计分别测出物体的重力G和注射器的重力G0。
(2)在烧杯中倒入一定量的水，在水面处做标记。用弹簧测力计吊住物体浸入水中，记下弹簧测力计示数F。
(3)用注射器将烧杯中的水抽出，直至液面回到标记处。
(4)测出注射器和水的总重力G总。
实验记录表格：
重力G/N
拉力F/N
浮力F浮/N
注射器重力
G0/N
注射器和水的
总重力G总/N
排开水的重力
G排/N
实验分析：分析物体受到的浮力F浮(F浮＝G－F)和排开水的重力G排(G排＝G总－G0)的大小，发现F浮＝G排o
[中考解读] 本节在中考中常考内容是：①浮力的产生及测量；②决定浮力大小的因素。其中探究浮力大小跟哪些因素有关是考查的重点，要注意变量的控制。本节内容考查题型一般为选择题、填空题、实验探究题。
[考点对接] 1.浮力的测量
图10.1－2 测量
铝块所受的浮力
测量铝块浸没水中所受的浮力
[源起教材P50] 演示
1．如图10.1－2甲，在弹簧测力计下悬挂一个铝块，读出弹簧测力计的示数，这就是铝块所受的重力。
2．把铝块浸没在水中(图10.1－2乙)，看看示数有什么变化。
想一想，为什么示数会有变化，它说明什么问题？
读一读，弹簧测力计的示数变化了多少？
例1 [衢州中考] 篆刻社团的小柯，对篆刻印章的石头的密度进行测量，相关过程及数据如图10－1－1所示，则石头的密度为________g/cm3，再将它浸没在烧杯中的水里，石头受到的浮力为________N。(g取10 N/kg)
图10－1－1
[答案] 2.5 0.2
[解析] (1)由图所示可知，石头的体积：V＝60 mL－40 mL＝20 mL＝20 cm3，
石头的重力：G＝0.5 N，因为G＝mg，
石头的质量：m＝＝＝0.05 kg＝50 g，
石头的密度：ρ＝＝＝2.5 g/cm3。
(2)由图可知：G＝0.5 N，F示＝0.3 N，
石头所受的浮力：F浮＝G－F示＝0.5 N－0.3 N＝0.2 N。
[考点对接] 2.浮力产生的原因
[源起教材P50]
图10.1－3 水对
长方体上、下表面的压强不同
为什么浸在液体中的物体会受到浮力？
这是因为液体内部存在压强，而且深度不同，其压强不同。如图10.1－3，我们研究浸没在液体中的长方体，分析它受力的情况。长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡，对物体水平方向的受力没有影响。长方体上、下表面所处的深度分别记为h1、h2，h2>h1，因此，液体对长方体下表面的压强要大于液体对上表面的压强。考虑到长方体上、下表面的受力面积是相同的，所以，液体对长方体向上的压力F2大于液体对它向下的压力F1。浸没在液体中的物体，其上、下表面受到液体对它的压力不同，这就是浮力产生的原因。
图10－1－2
例2 把一块石蜡的底部磨平后置于烧杯底部，使它们之间密合(如图10－1－2所示)，用手按住石蜡将水缓缓倒入烧杯中，直到水面淹没石蜡块后放手，则( )
A．由于石蜡块的密度比水小，所以石蜡块会上浮
B．由于石蜡块受到水的压力是向下的，所以石蜡块不会上浮
C．由于石蜡块受到的摩擦力大于浮力，所以石蜡块不会上浮
D．由于水对石蜡块没有压力，所以石蜡块不上浮
[答案] B
[考点对接] 3.探究浮力的大小跟哪些因素有关
[源起教材P51] 实验
(图10.1－5 浮力的大小是,否跟 (图10.1－6 浮力的大小是否,跟物体
物体浸没的深度有关？) 浸在液体中的体积有关？))
例3 [重庆中考] 小冉在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中，用到如下器材：分度值为0.1 N的弹簧测力计，底面积为5 cm2、高度为6 cm的实心圆柱体铜块，相同的大烧杯若干，水，密度未知的某种液体，细线等。
图10－1－3
(1)小冉进行了如图10－1－3所示的实验：A步骤所示弹簧测力计的示数为________N；用弹簧测力计挂着铜块缓慢地浸入液体中不同深度，步骤如图B、C、D、E、F所示(液体均未溢出)，并将其示数记录在下表中：
实验步骤
B
C
D
E
F
弹簧测力计示数/N
2.6
2.5
2.4
2.4
2.3
(2)在实验步骤B中铜块所受浮力F浮＝________N。
(3)分析实验步骤A、B、C、D，可以说明浮力大小跟______________有关；分析实验步骤A、E、F，可以说明浮力大小跟______________有关。
(4)小冉用表格中的数据算出了某种液体的密度是________kg/m3(结果保留一位小数)，还算出了步骤B中铜块下表面受到水的压强是________Pa，并发现步骤B、C、D中铜块下表面受到水的压强随着深度的增加逐渐__________(选填“增大”或“减小”)。
(5)小冉在步骤B的基础上继续探究：保持铜块下表面所处的位置不变，把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上，缓慢向烧杯内加水，发现弹簧测力计的示数逐渐________(选填“增大”或“减小”)；当所加水使铜块刚好浸没时(水未溢出)，烧杯底部受到水的压强增加了________Pa。(已知在一定范围内，弹簧受到的拉力每减少0.1 N，弹簧的长度就缩短0.1 cm)
[答案] (1)2.7 (2)0.1 (3)排开液体的体积 液体的密度 (4)1.3×103 200 增大 (5)减小 420
不会淹死人的海
人们从古代起，就已经知道世界上有不会淹死人的海。这就是有名的死海。死海位于巴勒斯坦和约旦之间的约旦谷地。死海里的水非常咸，任何生物都不能在里面生存。炎热而又不下雨的巴勒斯坦的气候，使海面的水发生剧烈的蒸发作用，可是蒸发掉的只是些纯水，至于溶解在里面的盐却还是留在了海里，因此，盐的浓度越来越大了。这就是为什么死海里的水的含盐量不跟大多数海洋一样只有2%～3%，而是有27%以上，并且还随着水的深度增大而增大。这里的盐的总含量，据估计大约有4000万吨。
由于这样高的含盐量，死海就有了一种有趣的特征：这里的水比普通的海水重得多。我们身体的重力比相同体积的浓盐水要轻得多，所以人不可能在死海里下沉，反而会浮在水面上，像鸡蛋会浮在盐水上一样(鸡蛋在淡水里会下沉)。
幽默作家马克·吐温游历了死海以后，曾经用有趣的笔调描写了他和同伴们在死海里洗澡的时候所得到的异常的感觉：
这是一次有趣的沐浴！我们竟不会沉下去。在这里，我们可以把身体完全伸直，并且把两手放在胸部，仰卧在水面上，而大部分身体却仍旧在水面上。这时候我们还可以把头完全抬起来……你能够很舒服地仰卧着，把两个膝盖抬到下嗓颚面用双手抱住它们——不过这样会使你很快就翻一个筋斗，因为头部太重了。你可以头顶着海水竖起来，使自己从胸膛中部到脚尖这一段身体露在水面上，不过你不能长久地保持这种姿势。你不能仰游得很快，因为你的脚完全露在水面上，只好用脚跟推水。如果你倚着身体游泳，那你就不能前进，反而要后退。马在死海里既不能游泳，也不能直立，因为它的身体太不稳定了——它一到水里，只能侧着身体躺在水面上。
在图10－1－4中，你可以看到一个人很舒服地躺在死海的水面上。较大密度的水能使他用这种姿势看书。
图10－1－4
卡拉博加兹湖湾(里海的一个海湾)里的水和含盐量达到27%的埃尔唐湖里的水，都有这种特别的性质。
在不同的海里，水的含盐量也是各不相同的。由于这个缘故，船身的吃水深度也不一样。你也许曾经在船的侧面吃水线附近看到过一种“鲁意记号”。这种记号就是用来标明船在各种密度的水里的最高吃水线的。例如图10－1－5中画的满载记号，就是船只满载时在各种海水里的最高吃水线：
图10－1－5
在淡水里——FW；
在印度洋，夏季——IS；
在咸水里，夏季——S；
在咸水里，冬季——W；
在北大西洋，冬季——WNA。
最后还应该指出，在不久以前又发现了另外一种水，这种水的不含杂质的纯态比普通水要重：它的密度是1.1×103 kg/m3，也就是说，比普通水重10%。因此，在这种水的池里，甚至连不会游泳的人也不会沉下去。新发现的这种水叫做“重水”，它的化学式是D2O(在它的组成里的氢原子，比普通氢原子重一倍，它的符号是字母D)，普通水里含有很少量的重水：10 L饮水里大约含有重水2 g。
我们现在已经能够得到几乎是纯净的重水了。在这种纯净的重水里，只含普通水0.05%。
