浮力
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。例如石块的重力大于其同体积水的重量,则下沉到水底。木料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。
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。
利用物理实验或者物理现象,来记忆物理的概念或者物理的规律,是学习物理的方法之一,这也就是我们常说的以物讲理,下面我就以压强与浮力的知识为例,向你介绍这一方法。
1、压力的作用效果
(1)典型的实验:一端削尖的铅笔,在两边用手指向里面压。
反映的知识:压力相等时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(2)典型的实验:刀越快越好。
反映的知识:在受力面积相等时,压力越大,压力的作用效果越明显。
(3)典型的实验:墙的地基做得比较宽。
反映的知识:减小压强的方法是在压力相等的情况下,增大受力面积。
(4)典型的实验:针尖越尖越好。
反映的知识:增大压强的方法是在压力相等的情况下,减小受力面积。
2、液体内部的压强
(1)典型的实验:在塑料袋里放水,塑料袋向四面鼓起来。
反映的知识:液体除了对容器底部有压强外,对侧壁也有压强。
(2)典型的实验:竹篮子放入水中,四面的水都往竹篮子里面流。
反映的知识:液体内部向各个方向都有压强。
(3)典型的实验:将开有小孔的塑料瓶插入水中,越是下面的孔,水流越快。
反映的知识:液体内部的压强与深度有关,深度越深,压强越大。
(4)典型的实验:压强计在水里同一深度时,不管面向什么方向,示数都相等。
反映的知识:液体内部同一深度压强相等。
(5)典型的实验:压强计在深度相同的不同的液体里,示数一般不同。
反映的知识:液体内部的压强的大小与液体的种类有关。
(6)典型的实验:帕斯卡“裂桶”实验。
反映的知识:同一种液体内部的压强只与液体的深度有关,与液体的质量无关。
3、大气的压强
典型的实验:小口的瓶,当口对着瓶嘴吸气后,瓶可以吸在嘴上。
反映的知识:大气是有压强的。
4、气压与流速的关系
典型的实验:在两张纸之间吹气,纸反而回互相吸引。
反映的知识:流速越快的地方,气压越小。
5、浮力的存在
典型的实验:木版可以浮在水面,在水下抱石头感觉比较“轻”,气球可以升空。
反映的知识:浸在液体或者气体里的物体要受到浮力,浮力的方向是竖直向上的。
6、浮力的大小
(1)典型的实验:在弹簧秤下挂重物,分别在空气中与液体中测重力是不相等的。
反映的知识:相差的值就是浮力。
(2)典型的实验:在盛满液体的容器里,放入用弹簧秤挂着的物体,随着物体的放入,就会有液体溢出,将溢出的液体再放到弹簧秤下,弹簧秤的读数会回到放入液体前的读数。
反映的知识:浸在液体里的物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体的重力。
答案:A球浮力等于B球,A球 密度等于B球
解析:
根据阿基米德原理:F浮=ρ水gv排,v排相同,故浮力相同;
AB悬浮,密度与水相同,即二者密度也相同。
(1)质量是270g的物体浸没在盛满水的杯中,溢出的水是100g,该物体的密度是多少?
(2)把质量是250
g,体积为300cm3的金属球放入水中,静止时它受到的浮力是多少?
(3)有一气球体积为150
cm3所载货物重量为1800N,则气球在空中受到的浮力是多少?气球自重是多少?
4.体积为500cm3的物体浮在水面上,露出水面的体积占总体积的3/5,它受到的浮力是多少
N?该物体的密度是多少kg/m3?
5.有一木块,当它浮在煤油中时,露出油面的部分是它的总体积的2/3,当它浮在某种液体中时,露出液面的部分是它的总体积的4/5。求这种液体的密度?
6.弹簧秤下挂一密度为9×10'kg/m3的金属块,当金属块浸没在水中时,弹簧秤的示数是
40N,求这个金属块的体积有多大?金属块受到的重力是多少N?
7.把体积为1
dm3
的铁球(p=3×103kg/m3)挂在弹簧秤上,若将铁球在水中,则弹簧秤的示数是它在空气中称时的4/5,求:
(1)铁球受到的浮力:(2)铁球受到的重力:(3)这个铁球是实心的还是空心的?
8.质量是270
g实心铝球,用弹簧测力计测出它浸没在某种液体中的视重为6N,这种液体的密度是多大?
9.有一木块,在水中时有2/3的体积露出水面,浸入另一种液体中时有3/5体积浸入液体中,求木块和液体的密度?
10.一个边长为10cm的立方体木块,密度为0.6×103kg/m3.将它放入水中稳定后它受的浮力是多少N?露出水面的体积是多少m2,要使它恰好没入水中,至少要用多少N的压力?
11.如图所示,为了测出普通玻璃瓶的密度,小华利用一个普通玻璃制成的小瓶、一个量筒和适量的水,做了如下探究实验:
(1)在量筒内倒入50cm3的水;
(2)让小瓶口朝上漂浮在量筒内的水面上,如图示。此时水面与
80cm3刻度线相平;
(3)让小瓶口朝下,沉没水中,如图示,这时水面与62cm3刻度线相平。
请根据以上探究步骤推算出普通玻璃的密度为多少(要求有推理的过程)
12.如图,细线下面吊一个体积为100cm2,质量是0.7kg的金属块,金属块浸没在底面积为100cm2的柱形容器中的水中,求
①金属块受到的浮力。
②金属块受到的拉力。
③由于金属块浸没在水中,水对容器底的压强增加了多少?
13.一个用合金制成的空心球,当它浮在水面上时有4/5的体积浸入水中,若对球施加
0.98N竖直向下的力,它的有1/10的体积露出水面。已知合金的密度为
0.8×103kg/m3,问该球空心部分的体积多大?
度各是多少?