八年級物理浮力專題輔導：從現(xiàn)象到本質(zhì)的探究同學們在學習物理的過程中，總會遇到一些看似簡單卻又充滿迷惑性的現(xiàn)象。比如，為什么一塊鐵會沉入水底，而用同樣的鐵打造的輪船卻能在大海上航行？為什么我們在水中感覺身體變輕了？這些現(xiàn)象都與我們今天要深入探討的主題——浮力，息息相關。浮力是初中物理力學部分的重點和難點，它不僅涉及到多個物理概念的綜合應用，也與我們的日常生活緊密相連。掌握好浮力知識，不僅能幫助我們理解自然現(xiàn)象，更能培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的能力。一、認識浮力：從日常體驗到科學定義要研究浮力，我們首先要明確：什么是浮力？1.浮力的定義與方向簡單來說，浸在液體（或氣體）中的物體，會受到液體（或氣體）對它豎直向上的托力，這個托力就叫做浮力。這里有幾個關鍵詞需要同學們格外注意：“浸在”，它既包括物體全部浸沒在液體里，也包括物體部分浸入液體中；“豎直向上”，這明確了浮力的方向，它與重力的方向“豎直向下”正好相反。我們可以做一個簡單的小實驗來感受浮力的存在：用手將一個乒乓球慢慢壓入水中，你的手會明顯感覺到乒乓球?qū)κ钟幸粋€向上的作用力，這個力就是水對乒乓球的浮力?；蛘?，你可以掂量一下一塊石頭在空氣中的重量，再將它浸沒在水中掂量，會感覺它“變輕”了，這也是因為石頭受到了向上的浮力。2.浮力產(chǎn)生的原因那么，浮力究竟是如何產(chǎn)生的呢？這需要我們回憶一下之前學過的液體壓強的知識。液體內(nèi)部向各個方向都有壓強，并且壓強的大小隨深度的增加而增大。當一個物體浸在液體中時，它的各個表面都會受到液體的壓力。我們可以設想一個長方體物體浸沒在水中，它的前后、左右側面受到的液體壓力，由于在同一深度處壓強大小相等、方向相反，所以這些力會相互平衡，彼此抵消。但是，物體上下表面所處的深度不同。下表面所處的深度更深，受到的液體壓強大，壓力也更大；上表面所處的深度較淺，受到的液體壓強小，壓力也較小。因此，物體下表面受到的向上的壓力大于上表面受到的向下的壓力。這個向上和向下的壓力差，就是液體對物體產(chǎn)生的浮力。用公式可以表示為：F浮=F向上-F向下。這個結論非常重要，它揭示了浮力的本質(zhì)來源。對于一些形狀不規(guī)則的物體，雖然計算上下表面壓力差比較復雜，但浮力產(chǎn)生的根本原因依然是液體對物體上下表面的壓力差。二、阿基米德原理：浮力大小的定量計算了解了浮力的概念和產(chǎn)生原因后，我們最關心的問題來了：浮力的大小究竟與哪些因素有關？又該如何計算呢？這就不得不提到著名的阿基米德原理。1.阿基米德原理的內(nèi)容古希臘物理學家阿基米德通過大量的實驗和思考，總結出了著名的阿基米德原理：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受的重力。用公式表示就是：F浮=G排其中，F(xiàn)浮表示物體受到的浮力，G排表示物體排開液體所受到的重力。2.公式的推導與理解我們知道，重力G=mg，而質(zhì)量m=ρV（ρ是物質(zhì)的密度，V是體積）。因此，排開液體的重力G排=m排g=ρ液V排g。所以，阿基米德原理的公式也可以寫成：F浮=ρ液gV排這個推導公式在計算中更為常用。我們來逐個分析公式中的物理量：*ρ液：指的是液體的密度，單位是千克每立方米（kg/m3）。請注意，是液體的密度，而不是物體的密度。*g：是重力加速度，通常取9.8N/kg。*V排：指的是物體排開液體的體積，單位是立方米（m3）。這里的“排開液體的體積”是指物體浸入液體中的那部分體積。如果物體完全浸沒在液體中，那么V排就等于物體本身的體積V物；如果物體只是部分浸入液體中，那么V排就小于V物，此時V排等于物體浸入液體中的那部分體積。3.對阿基米德原理的深入理解阿基米德原理告訴我們，浮力的大小只與液體的密度ρ液和物體排開液體的體積V排有關，而與物體本身的密度、質(zhì)量、體積（除非物體完全浸沒，此時V排=V物）以及物體在液體中的深度（只要完全浸沒，深度變化不影響V排和ρ液）等因素無關。這個結論非常關鍵，也是同學們?nèi)菀壮鲥e的地方。例如，有些同學會認為“物體越重，受到的浮力越大”，或者“物體體積越大，受到的浮力越大”，這些都是不準確的。請記住，決定浮力大小的核心因素是ρ液和V排。一艘巨大的輪船能浮在水面上，不是因為它輕，而是因為它排開的水的體積非常大，從而受到了巨大的浮力。三、物體的浮沉條件：受力分析與密度關系知道了如何計算浮力，我們接下來要探討的是：浸在液體中的物體，為什么有的會漂浮，有的會懸浮，有的又會下沉呢？這就涉及到物體的浮沉條件。1.基于受力分析的浮沉條件浸在液體中的物體，主要受到兩個力的作用：豎直向下的重力G物和豎直向上的浮力F浮。物體的浮沉狀態(tài)，就取決于這兩個力的大小關系：*當F浮>G物時：物體受到的合力向上，物體將向上運動，即上浮。最終，物體將露出液面一部分，排開液體的體積減小，浮力隨之減小，直到F浮'=G物時，物體就靜止在液面上，這種狀態(tài)稱為漂浮。*當F浮=G物時：物體受到的合力為零，物體將保持靜止狀態(tài)。如果物體是完全浸沒在液體中達到這種平衡，我們就稱之為懸浮。*當F浮<G物時：物體受到的合力向下，物體將向下運動，即下沉。最終，物體將沉到容器底部，此時物體還會受到容器底部對它向上的支持力N，滿足F浮+N=G物。2.基于密度關系的浮沉條件（實心物體）對于實心物體，我們還可以通過比較物體密度ρ物和液體密度ρ液的大小來判斷其浮沉狀態(tài)。這是因為：G物=m物g=ρ物V物gF浮=ρ液gV排*當物體完全浸沒時（V排=V物）：*若ρ物<ρ液，則F浮=ρ液gV物>ρ物V物g=G物，物體上浮，最終達到漂浮狀態(tài)。*若ρ物=ρ液，則F浮=ρ液gV物=ρ物V物g=G物，物體懸浮。*若ρ物>ρ液，則F浮=ρ液gV物<ρ物V物g=G物，物體下沉。*當物體漂浮時：物體部分浸沒，V排<V物，此時F浮=G物，即ρ液gV排=ρ物gV物，化簡可得ρ液V排=ρ物V物，所以ρ物<ρ液。這與上述上浮的最終結果一致。這個密度關系是判斷實心物體浮沉的另一個重要依據(jù)，在很多情況下使用起來非常方便。例如，木塊的密度小于水的密度，所以木塊能漂浮在水面上；鐵塊的密度大于水的密度，所以鐵塊在水中會下沉。3.浮沉條件的應用浮沉條件在生活和生產(chǎn)中有廣泛的應用：*輪船：輪船是利用“空心”的辦法來增大排開水的體積，從而增大浮力。雖然鋼鐵的密度遠大于水，但通過制成空心的船體，使輪船排開水的體積大大增加，受到的浮力足以支撐其自身重力，所以能漂浮在水面上。輪船的排水量，指的就是輪船滿載時排開水的質(zhì)量。*潛水艇：潛水艇的浮沉是通過改變自身重力來實現(xiàn)的。潛水艇有多個水艙，當水艙充水時，潛水艇的重力增大，大于浮力，就會下沉；當水艙排水時，潛水艇的重力減小，小于浮力，就會上?。划斨亓Φ扔诟×r，潛水艇就能懸浮在水中任意深度。*氣球和飛艇：氣球（如氫氣球、熱氣球）和飛艇是利用空氣的浮力升空的。它們內(nèi)部充入的氣體密度小于空氣的密度（如氫氣、氦氣，或通過加熱使氣球內(nèi)空氣密度減?。@樣它們受到的浮力就大于自身的重力，從而能夠升空。四、浮力的計算方法總結與典型例題解析浮力的計算是本章的重點，也是難點。在實際問題中，我們需要根據(jù)不同的已知條件和物體的狀態(tài)，靈活選擇合適的計算方法。1.浮力計算的常用方法*稱重法（實驗法）：這是最基本的測量浮力的方法。用彈簧測力計測出物體在空氣中的重力G，再將物體浸在液體中，讀出彈簧測力計的示數(shù)F示，則物體受到的浮力F浮=G-F示。這種方法適用于已知物體重力和浸在液體中時彈簧測力計示數(shù)的情況。*阿基米德原理法：F浮=G排=m排g=ρ液gV排。這是計算浮力最核心、應用最廣泛的方法。只要知道ρ液和V排，就可以直接計算出浮力。同時，也可以通過測量G排（即物體排開液體所受的重力）來得到F浮。*平衡法（狀態(tài)法）：當物體處于漂浮或懸浮狀態(tài)時，物體受到的浮力等于它自身的重力，即F浮=G物。這是解決漂浮和懸浮問題的重要依據(jù)。*壓力差法：根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因，F(xiàn)浮=F向上-F向下。這種方法在理論分析中常用，但在實際計算中，由于要計算液體對物體上下表面的壓力，往往比較復雜，除非題目明確給出相關壓力數(shù)據(jù)，否則較少直接使用。2.典型例題解析例題1：稱重法求浮力用彈簧測力計測得一個石塊在空氣中的重力為5N，將其浸沒在水中時，彈簧測力計的示數(shù)為3N。求：（1）石塊受到水的浮力是多大？（2）石塊排開水的體積是多大？（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）解析：（1）已知石塊在空氣中的重力G=5N，浸沒在水中時彈簧測力計的示數(shù)F示=3N。根據(jù)稱重法，石塊受到的浮力F浮=G-F示=5N-3N=2N。（2）由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可得，石塊排開水的體積V排=F浮/(ρ水g)=2N/(1.0×103kg/m3×10N/kg)=2×10??m3。由于石塊浸沒在水中，所以V排等于石塊的體積V石=2×10??m3。例題2：漂浮條件的應用一個質(zhì)量為0.6kg的木塊漂浮在水面上，求：（1）木塊受到的浮力是多大？（2）木塊排開水的體積是多少？（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）解析：（1）木塊漂浮在水面上，根據(jù)漂浮條件F浮=G物。木塊的重力G物=m物g=0.6kg×10N/kg=6N。所以，木塊受到的浮力F浮=6N。（2）由F浮=ρ水gV排可得，木塊排開水的體積V排=F浮/(ρ水g)=6N/(1.0×103kg/m3×10N/kg)=6×10??m3。例題3：綜合判斷與計算體積為1dm3的正方體鐵塊，浸沒在水中時受到的浮力是多大？若將其浸沒在酒精中，受到的浮力又是多大？（ρ水=1.0×103kg/m3，ρ酒精=0.8×103kg/m3，g取10N/kg）解析：鐵塊的體積V物=1dm3=1×10?3m3。因為鐵塊浸沒在液體中，所以V排=V物=1×10?3m3。浸沒在水中時，F(xiàn)浮水=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10?3m3=10N。浸沒在酒精中時，F(xiàn)浮酒=ρ酒精gV排=0.8×103kg/m3×10N/kg×1×10?3m3=8N。由此可見，同一物體完全浸沒在不同密度的液體中，由于ρ液不同，受到的浮力大小也不同。五、學習浮力的注意事項與常見誤區(qū)浮力這一章概念多，公式多，綜合性強，同學們在學習過程中容易產(chǎn)生一些誤解。下面列舉一些常見的注意事項和易錯點，希望能幫助同學們更好地掌握這部分知識。1.正確理解“V排”：V排是物體排開液體的體積，而不是物體的體積，除非物體完全浸沒。例如，一艘漂浮的輪船，其V排遠小于輪船自身的總體積。2.區(qū)分“漂浮”、“懸浮”和“上浮”、“下沉”：“漂浮”和“懸浮”是物體靜止時的狀態(tài)，此時F浮=G物；而“上浮”和“下沉”是物體的運動過程，此時F浮與G物不相等（F浮>G物時上浮，F(xiàn)浮<G物時下沉）。3.浮力與物體密度、液體密度的關系：并非物體密度越小浮力越大，也并非液體密度越大浮力越大，關鍵還是看V排。例如，一滴密度很小的油滴入水中，它受到的浮力可能很小，因為它排開水的體積很小。4.稱重法中彈簧測力計的示數(shù)：當物體浸在液體中時，彈簧測力計的示數(shù)是物體受到的拉力，而不是物體的重力。浮力是重力與拉力之差。5.阿基米德原理的普適性：阿基米德原理不僅適用于液體，也適用于氣體。例如，熱氣球升空就是利用了空氣對它的浮力。6.解決浮力問題的一般步驟：*明確研究對象，確定它所處的狀態(tài)（漂浮、懸浮、浸沒、下沉等）。*對研究對象進行受力分析，找出受到的所有力（重力、浮力、拉力、支持力等）。*根據(jù)物體的狀態(tài)和受力情況，選擇合適的浮力計算公式（如平衡法、阿基米德原理法、稱重法等）。*