浮力可以这样学

浮力可以这样学

湖北省宜昌市第三中学　梁华　秦丽俊

　　浮力的学习，可以从以下几个方面探究：一、浮力从哪里来;二、阿基米德的惊喜;三、探究阿基米德定律。

　　其实浮力并不是一种新的作用力，而是一个合力。我们完全可以从已经学习过的液体压强知识和压强的定义公式出发，对浮力进行认识从而找到浮力产生的原因;由于物体之间力的作用是相互的，从传说中的阿基米德的惊喜可以发现浮力的大小可能与物体排开水的重量有关;第三再来重点探究浮力的大小与物体排开水的重量大小关系，可以方便的找出阿基米德定律。

　　一、浮力从哪里来

　　我们在生活中会经常看到轮船、木头、鸭子等漂浮在水面上。显然，漂浮在水面的物体受到水的浮力，把乒乓球或者立方体浸没在水里面同样会受到水的浮力。那么水的浮力从哪里来呢?以浸没在水中的立方体为例，显然只有水与立方体接触，看来是水对立方体的压力。由于水的压强会随着离开水面的深度增加而增加，这样，水对立方体上、下两个表面会出现压力差(图1)，根据液体的压强公式P=ρgh，和公式F=PS。可以断定，这个压力差就是水对立方体的浮力。由此我们找到了浮力的产生原因，实际上浮力就是水对浸没在水中的物体压力的合力。由于立方体侧面里作用力互相抵消，所以这个浮力的方向可以断定是竖直向上的。

　　图1

　　二、阿基米德的惊喜

　　以上研究是规则形状的物体，如果形状不规则，情况又会怎样呢?传说：古希腊学者阿基米德在研究皇冠的真假时遇到难题，在他苦思冥想时走进装满水的水池洗澡，意外的事情发生了，水池里的水被阿基米德的身体排挤了出来!由此，阿基米德受到启发：终于发出了我找到了的欢叫声。

　　根据我们已有的知识：物体之间力的作用是相互的。既然浸没在水里的物体受到水的浮力，物体对水也应该有作用力，并且，这两个力的大小应该是相等的!因此，我们有理由猜想：物体受到水的浮力大小很可能等于物体排开水的重量(F=G排)。

　　我们需要设计实验验证这一猜想的正误。

　　三、探究浮力的大小与排开水的重量的关系

　　需要解决的两个问题：⑴如何测量物体浸在水中的浮力大小F;⑵如何测量此时物体排开水的重量G排。我们可以有很多方案解决以上两个问题。

　　对于问题⑴如果物体漂浮在水面，则当物体静止在水面，浮力和重力平衡，因此只要测量物体的重量就可以知道物体漂浮在水中的浮力大小(图2);如果物体在水中下沉，只需要利用弹簧测力计挂住物体并且让物体浸没在水中静止，则向上的拉力F拉与浮力F的和大小等于物体的重力G。即F+F拉=G。由此可以求出浮力的大小F=G-F拉(图3)。

　　图2 　　　　　　　　　　　　　　　　图3

　　对于问题⑵可以想办法收集物体排开的水，并且测量出被物体排开水的重量。例如利用溢水杯可以方便的收集被物体排开的水(图4);还可以利用量筒通过二次测量法，将量筒中装入一定量的水记录水的刻度V1，再把物体浸没入量筒中，观察量筒中水面的刻度V2，通过计算前后两次的体积差，求出物体排开水的体积V，再根据密度公式可以计算出被物体排开水的重量G=mg=ρVg(图5)。

　　图4 　　　　　　　　　　　　图5

　　把两个问题所测量的结果进行比较，即比较浮力与物体排开水的重量，可以方便的验证我们的猜想。由此得到阿基米德定律：浸入液体中的物体受到浮力的大小等于它排开液体的重量。