浮力的教学课件

浮力教学课件揭开液体中神奇的上推力第一章浮力的初识与生活中的浮沉现象生活观察基础概念浮沉规律我们每天都能看到浮力现象，但很少思浮力是液体对浸入其中物体施加的向上考其中的科学原理作用力你知道吗？物体在水中会受到一种神秘的推力在我们的日常生活中，有许多看似普通的现象实际上蕴含着奇妙的科学原理当我们将石头放入水中，它迅速沉入水底；而将木块放入水中，它却能漂浮在水面上这种现象背后的秘密就是浮力液体对浸入其中物体施加的向上推力尽管我们看——不见这种力，但它确实存在，并在我们的日常生活中扮演着重要角色为什么有的沉，有的浮？这个看似简单的问题背后，隐藏着物理学中一个重要的概念浮力——浮力的方向和大小浮力方向浮力大小排水体积浮力的方向始终垂直向上，与重力方向相浮力的大小与物体排开液体的重量有关，而物体排开液体的体积越大，受到的浮力就越反无论物体如何移动或旋转，浮力方向不非与物体本身的重量有关这是理解浮力的大这解释了为什么船只能承载重物而不沉变关键没实验演示用注射器和水测量浮力大小变化实验材料大号透明注射器（不含针头）•橡皮塞•水•电子秤•刻度尺•实验步骤将注射器装满水，用橡皮塞封住出口

1.测量注射器及水的总重量

2.将不同体积的物体放入水中

3.观察并记录排水体积与电子秤读数的变化

4.第二章阿基米德原理浮力的科学定律——阿基米德的发现公元前世纪，古希腊科学家阿基米德在解决国王的一个难题时，偶然发现了一个重3要的科学定律阿基米德原理——据传说，当阿基米德泡在浴缸中思考如何鉴别王冠的纯度时，他突然发现水位上升，并意识到浸入水中的物体会排开等体积的水他激动地喊出了著名的尤里卡（我发现了），并赤身裸体跑出浴室阿基米德原理浸在液体中的物体所受到的浮力，等于该物体排开液体的重量浮力计算公式浮力公式实际应用例一个体积为立方米的物体完全浸没在水中（水的密度为

0.2千克立方米），则1000/其中浮力（牛顿）F=这意味着物体受到牛顿的向上浮力1960液体密度（千克立方米）\\rho\=/注意如果物体只有部分浸入液体，则只计算浸入部分的体积排开液体体积（立方米）V=重力加速度（牛顿千克）g=

9.8/阿基米德原理示意图排开液体体积浮力大小浮力方向完全浸没的物体排开等于自身体积的液体浮力等于排开液体的重量浮力方向始终垂直向上物体浮沉的条件1下沉条件2悬浮条件3上浮条件当物体重力大于浮力时，物体将下沉当物体重力等于浮力时，物体将在液当物体重力小于浮力时，物体将上浮至底部体中保持悬浮状态至液面例如密度大于液体的石头在水中沉底例如潜水艇通过调整内部压载水量实例如气球在空气中上升，木块在水中现悬浮上浮生活实例船只如何依靠浮力承载重物？船只能够承载远超自身重量的货物而不沉没，这是浮力原理的完美应用船只的浮力原理船体设计成空心结构，大大增加了排水体积•钢铁材质的船体虽然密度大，但整体算上空腔后平均密度小于水•船只的最大载重量取决于其排水量•船只的负载线船身侧面的标记线（又称普利姆索尔线）表示不同环境下的最大安全载重线，超过此线会危及船只安全第三章影响浮力大小的因素及应用液体密度排水体积工程应用不同液体提供不同大小的浮力物体形状影响排水量与浮力浮力原理在各行业的实际应用影响浮力的两个关键因素液体密度排开液体的体积

1.

2.液体密度是影响浮力大小的重要因素根据阿基米德原理，浮力大小物体排开液体的体积也是决定浮力大小的关键因素排开液体体积越与排开液体的重量相等，而液体的重量由其密度决定大，浮力越大密度大的液体提供更大的浮力物体排水量取决于淡水密度约千克立方米完全浸没的物体排水量等于物体体积•1000/•海水密度约千克立方米部分浸没的物体排水量等于浸没部分的体积•1025/•汞密度约千克立方米物体形状可以改变其排水量•13600/•这就是为什么同一物体在海水中比在淡水中更容易漂浮，而在汞中几乎所有常见金属都能漂浮实验探究盐水与淡水中同一物体的浮沉差异实验过程实验准备将鸡蛋同时小心放入两个容器中，观察并记录现象将同一个鸡蛋准备两个相同的透明容器，一个装满淡水，一个装满高浓度盐水从一个容器转移到另一个容器，再次观察现象（加入足够食盐并充分搅拌溶解）准备几个鸡蛋或密度适中的物体实验结论实验现象在淡水中，鸡蛋通常会沉到底部；而在高浓度盐水中，同一个鸡蛋却能漂浮在液面上或悬浮在液体中盐水更密，浮力更大左侧淡水中鸡蛋沉底右侧盐水中同一鸡蛋漂浮这一简单实验直观展示了液体密度对浮力的影响物体形状对浮力的影响同样材质、同样质量的物体，由于形状不同，在液体中的浮沉状态可能完全不同这是因为形状会影响物体排开液体的体积实验金属块与金属船取一块金属（如铝片）直接放入水中，它会迅速沉底但将同样的金属片弯折成船形，放入水中则能漂浮原理解释船形设计增大了排水体积•虽然金属本身密度大于水•但船形结构包含大量空气，降低了整体平均密度•当整体平均密度小于水时，物体能漂浮•浮力在工程中的应用船舶设计潜水艇浮沉控制船体采用空心结构增大排水量，提供足够浮力现代船舶采用潜水艇通过压载水舱调节自身重量，控制浮沉状态下潜时吸双层船壳设计，既增加浮力又提高安全性不同用途的船只有入海水增加重量，上浮时排出海水减轻重量这种精确控制使着专门的水下形状设计，平衡浮力与稳定性潜水艇能在特定水深保持平衡密度计与浮力计热气球技术利用浮力原理制造的测量仪器密度计浸入液体中，根据浮沉深度读取液体密度广泛应用于检测酒精浓度、电池液比重、尿比重等领域，简单有效阿基米德原理的数学推导简述阿基米德原理可以通过液体静力学来严格推导考虑一个完全浸没在液体中的物体，受到液体各个方向的压力推导思路考虑物体表面的每一个微小面积元

1.液体对该面积元产生的压力与深度成正比

2.水平方向的压力相互抵消

3.压强公式垂直方向的压力在底部大于顶部

4.压力差形成向上的合力，即浮力

5.其中为压强p此公式表明，浮力大小等于物体体积所对应液体重量，与物体本身材料无关，只与排开液体的体积和液体密度有关为液体密度\\rho\为重力加速度g为液体深度h液体压强示意图压强与深度关系压强差计算液体压强随深度线性增加，可用公对高为的物体，顶部与底部的压h式表示物体底部所强差为将\p=\rho gh\\\Delta p=\rho gh\受压强大于顶部，产生向上的净压压强差乘以物体横截面积，得到浮力力浮力公式推导将压强差与物体横截面积相乘，再积分得到总浮力，其中为\F=\rho gV\V物体体积，即排开液体体积这一压强差示意图清晰地解释了浮力产生的物理机制，帮助我们从根本上理解阿基米德原理浮力与重力的合力分析物体在液体中的受力分析当物体浸入液体中时，主要受到两个垂直力的作用重力作用方向垂直向下，大小为G\G=mg\浮力作用方向垂直向上，大小为液体F\F=\rho_{}Vg\这两个力的合力决定了物体的运动状态当时，物体下沉•GF当时，物体悬浮•G=F当时，物体上浮•GF物体的密度与液体的密度比较，可以简化判断当物体液体时，物体下沉•\\rho_{}\rho_{}\当物体液体时，物体悬浮•\\rho_{}=\rho_{}\当物体液体时，物体上浮•\\rho_{}\rho_{}\特殊情况部分浸没物体的浮力计算浮力等于排开液体的重量对于部分浸没的物体，浮力只与浸没部分的体积有关，与露出液面的部分无关例如一块冰块漂浮在水面上，只有部分浸入水中，浮力等于冰块排开水的重量平衡条件对于部分浸没的漂浮物体，处于力平衡状态这个关系可以简化为这个比例告诉我们物体浸没的比例与物体和液体密度比相等浮力与加速度环境的关系浮力不仅存在于静止的液体中，在加速运动的环境下，浮力也会发生变化这种变化可以通过等效重力理论来解释电梯中的浮力变化当电梯加速上升或下降时，容器中的液体和物体都受到惯性力的影响电梯加速上升等效重力增大，浮力增大电梯加速下降等效重力减小，浮力减小电梯自由下落等效重力为零，浮力消失离心机应用离心机利用旋转产生的向外离心力，使得液体中的颗粒受到的等效重力增大，加速沉降这一原理被广泛应用于•医学检验中分离血液成分•工业生产中分离不同密度物质•科学研究中纯化样品等效重力计算其中g为重力加速度电梯内实验示意图电梯加速上升电梯匀速运动电梯加速下降当电梯加速上升时，容器中的液体受到向下当电梯匀速运动或静止时，浮力情况与正常当电梯加速下降时，容器中的液体受到向上的惯性力，等效重力增大物体所受浮力增地面环境相同物体受到的浮力等于排开液的惯性力，等效重力减小物体所受浮力减大，漂浮物体浸入深度减小体的重量小，漂浮物体浸入深度增大课堂互动猜猜看，为什么热气球能升空？热气球能够克服地心引力升入高空，这背后的科学原理与我们学习的浮力概念有着密切关系思考热气球内外的空气有什么不同？这种差异如何产生足够的浮力让热气球升空？热气球中的浮力原理气体中的浮力浮力不仅存在于液体中，也存在于气体中热气球正是利用空气密度差产生的浮力升空热气球工作原理燃烧器加热气囊内的空气

1.热空气膨胀，密度降低热气球浮力计算

2.气囊内热空气密度小于外部冷空气

3.根据阿基米德原理，气球受到向上的浮力

4.当浮力大于气球总重量时，气球上升其中

5.热气球的上升和下降控制\\rho_{冷空气}\为外部冷空气密度•上升增加热量，降低气囊内空气密度\\rho_{热空气}\为气囊内热空气密度下降减少热量，气囊内空气冷却，密度增加•为气囊体积V为重力加速度g浮力的误区澄清误区一物体轻就会浮，重就会沉误区二浮力与物体材质有关误区三物体体积越大，浮力越大错误观点不同材质的物体受到不同的错误观点物体的重量决定它是否漂浮力错误观点物体总体积决定浮力大小浮正确理解浮力只与排开液体的体积和正确理解对于部分浸没的物体，只有正确理解物体是否漂浮取决于密度比液体密度有关，与物体本身的材质无浸没部分的体积才影响浮力大小例较，而非绝对重量一艘重达数万吨的关相同体积的铁块和木块在水中受到如，无论冰山露出水面部分有多大，浮轮船能漂浮在水面上，而一枚小小的钢完全相同的浮力力只取决于水下部分的体积针却会沉入水底理解并澄清这些误区，有助于我们正确把握浮力概念的本质，避免在实际应用中犯错复习小结应用船舶设计、潜水艇、密度计、热气球1影响因素2液体密度、排开液体体积、重力环境物体浮沉条件3下沉悬浮上浮GF G=F G4阿基米德原理5浮力排开液体的重量=浮力基本概念6液体对物体的向上推力我们已经系统学习了浮力的基本概念、阿基米德原理、浮力计算公式、物体浮沉条件以及浮力的实际应用这些知识不仅帮助我们理解自然现象，也是许多技术和工程应用的基础课后思考题1为什么铁船能浮在水面？2如何设计一个能漂浮的容器？3浮力在日常生活中的其他体现？铁的密度约为千克立方米，远大使用铝箔纸设计并制作一个能在水面上除了课堂上讨论的例子外，请至少举出7800/于水的密度（千克立方米）按承载尽可能多硬币的小船计算船体的三个日常生活中利用浮力原理的例子，1000/照浮沉原理，铁块应该沉入水底，但为最大理论承载能力，并解释如何优化设并解释其工作原理思考人类如何在什么铁制的船只却能漂浮在水面上？请计以提高承载效率历史上利用浮力原理解决实际问题？从浮力原理和船体结构设计角度解释这一现象请在下节课前完成这些思考题，我们将进行小组讨论和分享优秀的解答将获得加分机会浮力的奇妙世界，等待你去探索！掌握浮力，理解自然法则用科学点亮生活的每一刻浮力原理不仅是物理学的重要概念，也是我们理解自然世界的关键保持好奇心，勇于探索，将科学原理应用到生活中科学不仅存在于从鱼类在水中游动到船只在海上航行，从潜水艇在深海探索到热气球课本和实验室，更融入我们的日常带着所学的浮力知识，重新审视在天空翱翔，浮力原理无处不在周围的世界，你会发现无穷的奥秘和乐趣谢谢大家的参与！希望这次课程能激发你对物理世界的探索热情。