最新初中物理 10.2 阿基米德原理.ppt

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1、阿基米德原理,阿基米德（Archimedes，前287前212）是古希腊伟大的科学家。他在物理学方面的贡献主要有两项：其一是关于浮力问题；其二是关于杠杆平衡问题。,阿基米德有句名言：“给我一个支点，我可以撬动地球”。,国王让金匠做了一顶新的纯金王冠。但他怀疑金匠在金冠中掺假了。可是，做好的王冠无论从重量上、外形上都看不出问题。国王把这个难题交给了阿基米德。 阿基米德日思夜想。一天，他去澡堂洗澡，当他慢慢坐进澡堂时，水从盆边溢了出来，他望着溢出来的水，突然大叫一声：“我知道了！”竟然一丝不挂地跑回家中。原来他想出办法了。 阿基米德把金王冠放进一个装满水的缸中，一些水溢出来了。他取了王冠，把水装满

2、，再将一块同王冠一样重的金子放进水里，又有一些水溢出来。他把两次的水加以比较，发现第一次溢出的水多于第二次。于是他断定金冠中掺了银了。经过一翻试验，他算出银子的重量。当他宣布他的发现时，金匠目瞪口呆。 这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王。阿基米德从中发现了一条原理：即物体在液体中减轻的重量，等于他所排出液体的重量。这条原理后人以阿基米德的名字命名。,阿基米德(Archimedes，约公元前287212)是古希腊物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。,在水中，人为什么有上浮的感觉？,在水中，人受到了浮力的作用。,万吨巨轮在水中，为什么不下沉？,因为万吨巨轮在水中，受到浮力的作用。,潜

3、艇可以在大海中悬浮,氢气球、热气球、气象气球为什么能腾空而起？,因为氢气球、热气球、气象气球在空中受到浮力的作用。,弹簧秤示数为什么变小了,托力,G,加水后弹簧为什么伸长了,金属块,金属块,托力,重力,有答案了吗,液体或气体对浸在其中的物体有竖直向上的托力，物理学中把这个托力叫浮力,浮力的方向：竖直向上。 浮力产生的原因：浸在液体里的物体，受到液体对物体下表面压力与上表面压力差。 F浮=F下表面-F上表面,空气中弹簧测力计的示数为G,水中弹簧测力计的示数为F,F浮=GF,怎样计算他们受到的浮力呢,F浮=GF/ （称重法）,其中G表示物体在空气中时弹簧测力计的示数，F/为物体在液体中时弹簧测力计

4、的示数，F浮表示物体所受的浮力。,浮力的大小与哪些因素有关呢？,实验探究1：,浮力的大小与哪些因素有关？,实验猜想：,猜想1：浮力可能与液体的密度有关,猜想2：浮力可能与物体的体积有关,猜想3：浮力可能与物体浸入液体的深度有关,设计实验：,、把鸡蛋放入清水中，观察出现的现象。,、在清水中加入盐，改变水的密度，再观察出现的现象。,实验现象：,实验结论：猜想1 是正确的，浮力的大小跟液体的密度有关。,、在清水中，鸡蛋下沉。,、清水中加入食盐后，盐水的密度增大，鸡蛋慢慢上浮直至漂浮的状态。,在死海中，人为什么能悠闲地浮在水面上看书？说明人受到的浮力跟哪一个因素有关？,这是因为人受到了海水的浮力，浮力

5、跟海水的密度有关。,猜想2：浮力可能与物体的体积有关,观察实验：,两个弹簧测力计的读数一样吗？ 分别是多少？,实验说明了什么问题？,把同一物体浸入相同的液体中的不 同深度。,容器中的液体的液面发生什么样的变化？,实验分析： 、同一物体浸入相同的液体中，浸在液体中的体积不同，弹簧测力计的读数也不相同。,实验结论： 在猜想2中，浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。,、液体的液面随着物体浸在液体的体积的增大而升高。,、浸在液体中的体积也叫做物体排开液体的体积。,在大海中，轮船是用会在水里下沉的铁制做的，但是轮船却不会沉入海底，这是利用了什么道理呢？,实验探究2：,橡皮泥放入水中，会沉入水底,把橡皮泥

6、做成船的形状,做成船形的橡皮泥放入水中，浮在水面上,做成船形的橡皮泥还能装上许多的物体,说明橡皮泥受到的浮力变大了,把橡皮泥做成船形，是增大了橡皮泥排开水的体积，从而获得了更大的浮力。,比较两次的实验：,钢铁制作的轮船不会沉入海底，就是利用了这样的道理的。,设计实验：,把物体放入清水中，观察测力计的读数 F1 。,改变物体在水中深度，再观察测力计的读数 F2 。,比较两次的读数 F1 和 F2 。,实验现象：,实验结论： 在猜想3中，浮力的大小跟物体所在液体中的深度无关(当物体完全浸泡在液体中)。,、把物体放入清水中，测力计的读数 F1 = 2 N。,比较读数 F1 和F2，发现测力计的读数没

7、有发生改变。,、改变物体在水中深度后，测力计的读数 F2 = 2 N 。,物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的 有关，还与物体排开液体的 有关，而与浸没在液体中的 无关。,密 度,体 积,深 度,根据猜想1、2、3得出的实验结论：,实验2，浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。,实验3，浮力的大小跟物体所在液体中的深度无关。,实验1，浮力的大小跟液体的密度有关。,分析归纳,实验探究3：探究浮力的大小,实验器材：石块、铝块、铁块、溢水杯、空杯、测力计、水,、用弹簧测力计先测出石块的重力G。,、用弹簧测力计再测出空杯子的重力G杯。,1.15N,0.45N,、把石块浸没在盛满水的溢水杯里，用空杯承接

8、从溢水杯里被排开的水，读出此时弹簧测力计的示数 F。,、用弹簧测力计测出承接了水后杯子的总重 G总 。,0.70N,0.90N,收集实验数据：,1.15,0.70,0.90,0.45,0.45,0.54,0.34,0.20,0.20,0.65,0.78,0.68,0.10,0.55,0.10,比较浮力的大小和物体排开水的重量，你发现了什么？,实验结论：,浸在液体中的物体所受的浮力的大小 （填“等于”、“大于”或“小于”）被物体排开的液体所受的 。这便是著名的阿基米德原理。,等于,重力,公式：F浮 = G排=液g V排,阿基米德原理内容：物体全部或部分浸在液体中时，它会受到向上的浮力，浮力的大小

9、等于物体排开液体所受到的重力的大小。 阿基米德原理的数学表达式： F浮=G排液 F浮=液gv排 A.物体排开液体体积相等时，液体密度越大，浮力越大。 B.液体密度相等时，物体排开液体体积越大，浮力越大,3.阿基米德原理也适用气体 浮体 1.漂浮在液面上物体或悬浮在液体中的物体叫浮体 2.浮体所受浮力的计算: F浮=G物,例：一个2N的物体，挂在弹簧测力计上，当钩码浸没在水中时弹簧测力计的示数是1.2N，这个钩码受到水的浮力是 N,0.8,例：下面关于浮力的说法中，正确的是 （ ）,A、只要液体密度大，对浸没在其中的物体的浮力就一定大 B、只要物体的体积大，所受的浮力一定大 C、物体所受的浮力的

10、大小等于被物体排开的液体所受的重力，与物体的形状及浸没液体中的深度无关 D、阿基米德原理只适合液体,C,例：如图，甲乙两球体积相同在浸没水中静止不动，则 （ ）,甲,乙,A、两球受到的浮力一样大 B、乙球受到的浮力大 C、甲球受到的浮力大 D、条件不足，无法确定,C,例：三个体积相同的立方体a、b、c分别浮在同种液体的液面上，如图所示，若它们所受的浮力分别为Fa、Fb、Fc，则这三个力由小到大的顺序是_；物体的质量是ma、mb、mc；则这三个质量由小到大的顺序是_,水,水,水,盐水,1,2,3,4,5,（1）若选用的操作是1、3、5或1、4、5，可研究浮力的大小与 的关系。,例： 如图为小华同

11、学“研究影响浮力大小的因素”实验的若干操作，根据此图,液体的密度,水,水,水,盐水,1,2,3,4,5,（2）若研究浮力的大小与物体排开液体体积的关系，可选用的操作是 （填序号）。,如图为小华同学“研究影响浮力大小的因素”实验的若干操作，根据此图,1、2、3,水,水,水,盐水,1,2,3,4,5,（3）若研究浮力的大小与物体浸没深度的关系，可选用的操作是 （填序号）,如图为小华同学“研究影响浮力大小的因素”实验的若干操作，根据此图,1、3、4,对原理的理解,（1）物体“浸在液体里”包括“全部浸入（即浸没）”和“部分浸入”两种情况。,不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力。对于同一物体而言

12、，浸没时受到的浮力大，部分浸入时受到的浮力小，而且浸入的体积越小，所受的浮力也越小。,浸没,部分浸入,（2）浮力的大小等于被物体排开的液体受到的重力。,A浸没时，V排=V浸=V物，此时物体所受的浮力等于排开液体的重力，即 F浮=G液=液gV排=液gV浸=液gV物,B部分浸入时， V排=V浸V物 F浮=液gV排=液gV浸液gV物,V排=V浸=V物,V排=V浸V物,V浸,（3）同一物体浸没在不同的液体中时，由于液体的密度不同，所受的浮力也不同.,根据公式 F浮=液g V排，浸没时， V排 = V物，当液不同时，浮力也随之变化。,（4）浮力产生的原因是液体对物体向上和向下的压力差。,物体在液体中的位

13、置越深，则受到的液体压强越大，则作用在物体各个面上的压力越大。,根据F压=PS=液g h. S，当h增大时，F压也增大。 但上、下两个表面的压力差却不变，即： F= F下 - F上=液g Sh2 - 液g S h1 =液g S(h2 - h1) =液g SL,当物体跟盛液体的容器底部紧密接触时，则于物体下部没有液体，因而就不受到液体对它向上的压力，也就是物体没有受到浮力的作用。,（5）阿基米德原理同样适用于气体。,悬浮和漂浮的相同点和区别：,相同点：,都是静止在液体中，都只受重力和浮力作用，根据二力平衡条件，重力和浮力相等，即： F浮 =G,F浮,G,悬浮,漂浮,不同点：,（1）悬浮时，物体停

14、留在液体内部的任何地方，它必定全部浸没在液体中；而漂浮，物体是静止在液面上，它必定在一部分露在液面之上。,（2）悬浮时，物体浸没在液体中，所以V排 =V物，而漂浮时，物体只有一部分浸入液体中，所以V排V物。,V排 =V物,V排 V物,悬浮,漂浮,例：,设液体的密度为液，物体的密度为 物，物体的体积为V物。,因为物体浸没，所以：V排 = V物,F浮 =液 g V排,G =物 g V物,当液 物， F浮 G 上浮,当液 物， F浮 G 下沉,当液 = 物， F浮 = G 悬浮,例：求木块密度？,设木块体积为V， 在水面上， 在水面下，木块漂浮，应有： F浮 = G物 =物 g V， 又根据阿基米德

15、原理，应有： F浮 =水 g V排 =水 g 物 g V=水 g 物= 水=0.625103千克/米3,1.轮船是浮体 F浮=G物 2.潜水艇靠改变自身重力实现沉浮。 3.密度计：测液体的密度，刻度上小下大 4.气球和气艇靠改变物体浸没在空气中的体积来改变受到浮力实现升降。,阿基米德原理的应用,例：在大海中航行的轮船、空气中上升的气球、太空中运行的宇宙飞船是否都受到浮力？,答：轮船受到海水浮力，气球受空气浮力，飞船没有受到浮力。,例：如图所示，是一位先生巧用物理知识将帽子送给楼上女士的情景。此过程中应用的关键知识是( ) A气球受到重力 B帽子质量大于气球质量 C帽子密度大于气球密度 D空气对

16、物体有浮力作用,例：船从海里驶到河里时 ( ) A船受到的浮力变小，船身沉下去一些；B船受到的浮力不变，船身浮上来一些；C船受到的浮力不变，船身沉下去一些；D船受到的浮力变大，船身浮上来一些。,D,C,例：在水中游泳的人要上岸从深水处向浅水处行走的过程中( ) A. 人所受的重力逐渐变小 B. 人所受的重力逐渐变大 C. 水池底对人的支持力逐渐变小 D. 水池底对人的支持力逐渐变大,例：将重5N的物块放入盛满水的烧杯中，从杯中溢出3N的水，则物块受到的浮力是（ ） A、8N； B、5N； C、3N； D、2N。,C,例：某物体重0.5N,把它放入盛有水的烧杯中,溢出重为0.3N的水,则它受到的

17、浮力为( ) A.一定为0.3N. B.可能为0.2N. C.一定为0.5N. D.可能为0.4N.,例：一个盛水的杯中浮着一个小球，所受的浮力为10牛，杯子放在斜面上，如图用力的图示法画出小球受到的浮力。,关于浮力计算的几种方法总结： 1、浮=G-F 2、浮排 3、浮=液排,1).用弹簧测力计称出空气中重 G. 2).再称出物体浸入液体中时弹簧秤 的拉力 F弹. 物体所受浮力 F浮 = G F弹.,一. 称差法,例：把一物体吊在弹簧测力计上,在空气中称物体重1.96N,浸没在水中称时, 弹簧测力计示减小了0.49N,物体在水中受到的浮力_N. 浸没在某种液体中时, 弹簧测力计示数为1.16N

18、,物体在这种液体中受到的浮力为_N.,例：有一石块挂在弹簧测力计下并浸没在水中，弹簧测力计的读数是3.4牛。如果石块受到的浮力是1.5牛，则石块的重力是 牛，石块排开的水的重是 牛。,4.9,1.5,F浮=F向上-F向下 说明: a.漂浮在液面上的物体 F浮= F向上 b.与底部完全密合的物体 F浮=0,二.压力差法,浙江教育版,B,浙江教育版,点拨 因为鼓的下底表面与容器底部完全紧密接触，所以鼓的圆柱体的体积部分不受浮力作用。受浮力的部分是鼓凸出来的部分。V50 cm3，V排80 cm350 cm330 cm3，根据阿基米德定律，F浮水g V排1.0103 kg/m310 N/kg30106

19、m330102N0.3 N。,F浮= G,三.漂浮或悬浮状态法,浙江教育版,例：某课外活动小组在探究物体的“浮沉条件”时，将重为100 g的物体放入盛满水的盆中，有90 g水溢出，则() A物块会浮在水面上 B物块会悬浮在水中 C物块会沉入盆底 D不能据此判断出物块的沉浮,C,点拨 物体受到的浮力小于重力。,浙江教育版,例：假如地球的引力减小一半，那么对于漂浮在水面上的某艘船来说，它所受的重力和吃水深度(吃水深度指水面到船底的深度)与原来相比，下列说法中正确的是() A船受到的重力不变船的吃水深度也不变 B船受到的重力减小，船的吃水深度也减小 C船受到的重力减小，船的吃水深度不变 D船受到的重

20、力不变，船的吃水深度减小,C,点拨 地球引力减小，船所受重力会减小，船所排开的水的重力也减小，但排开水的体积不变。因此吃水深度不变。,例：一物体浸入水中,排开了1000cm3水，求受的浮力多大？,已知：水=1.0103kg/m3，g=9.8N/kg V排=1000cm3=10-3m3,答：这物体受的浮力是9.8N。,求：F浮,解：F浮= 水gV排,=1.0103kg/m3 9.8 N/kg10-3m3,=9.8N,例：把密度为7.8 103 kg/m3、体积为500cm3的铁块浸没在密度为0.8103 kg/m3的煤油中，受到的浮力为多少牛？,解 :铁块完全浸没在煤油中， V排= V物 F浮=

21、 液V排g = 0.8103 kg/m3500 10-6m3 9.8N/kg =3.92N,浙江教育版,例： 边长为4 cm、密度为2103 kg/m3的立方体橡皮泥块，放在足够多的水中，沉入水底；当把它捏成一只小船时，便能漂浮在水面上以下计算结果正确的是(水1.0103 kg/m3，g10 N/kg) () A橡皮泥块的质量是12.8 g B橡皮泥块浸没在水中时受到的浮力是1.28 N C橡皮泥小船漂浮时受到的浮力是0.64 N D橡皮泥小船漂浮时排开水的体积是1.28104m3,D,例：已潜入海水中的潜艇，在继续往深海下潜的过程中，它受到的 （ ） A重力增大，浮力增大 B重力和浮力都不变

22、 C重力增大，浮力不变 D重力不变，浮力增大,例： 密度计在不同的液体中所受浮力 。密度计上面 的刻度线从上到下，对应的液体密度有 特点。,C,相同,由小到大,C,例：在弹簧测力计的下端挂一实心铜球，现将铜球慢慢浸入水中，直到铜块沉到水底，在铜块浸入到沉底的过程中，弹簧测力计的示数将（ ） A、逐渐变小； B、保持不变； C、先逐渐变小，后保持不变； D、先逐渐变小，后逐渐变大。,比较下列物体受的浮力,体积相同的铜、铁、铝浸没水中,F浮铝 F浮铁 F浮铜,铜,铝,如图所示，A、B两个物体的体积相 等，哪个受到的浮力大？,F浮A F浮B,比较下列物体受的浮力,如图所示，A、B两个金属块的体积相等

23、，哪个受到的浮力大？ (水 酒精),比较下列物体受的浮力,A,水,B,酒精,F浮A F浮B,拓展：质量是1kg的实心铜球和铝球,浸没水中, 受到的浮力大.,铜,铝,铝球,(铜铝),比较下列物体受的浮力,例：把重力为10牛，体积为110-3米3的金属球全部浸入盛满水的容器内，求： 溢出的水的重力为多少牛？ 浮力和重力的合力为多少牛？其方向如何？,浙江教育版,C,浙江教育版,C热气球冉冉升空 D飞机翱翔蓝天,图164,点拨 翟志刚行走太空，处于失重状态；李宁点燃奥运火炬是用绳子吊起的。飞机翱翔蓝天是应用气体流速大压强小的原理。,浙江教育版,例：如图165所示，对于水中正在上升的气泡，下列说法正确的

24、是 () A气泡受到水的压强变小、浮力变小 B气泡受到水的压强变小、浮力变大 C气泡受到水的压强变大、浮力变小 D气泡受到水的压强变大、浮力变大,图165,B,点拨 气泡深度变浅、体积变大。,浙江教育版,例： 将同一正方体物体先后放入a、b、c三种液体中，物体静止时如图161所示，则下列判断正确的是 (),图161,A,浙江教育版,A在三种液体中，物体受到的浮力相等 B在三种液体中，物体受到的浮力不相等 C液体的密度abc D在三种液体中，物体下表面受到的液体压强相等,点拨 三种状态下物体分别处于悬浮、漂浮和漂浮。根据物体的浮沉条件，三种状态下浮力大小与物体重力相等。又是同一物体，因此浮力相等

25、。出现三种状态的原因是液体的密度不同。三种液体中，物体下表面受到液体压强b、c相等，a压强比两者大。,浙江教育版,例：小柯在家探究鸡蛋受到的浮力大小与哪些因素有关，如图167所示。请仔细观察图示并回答下列问题：,图167,浙江教育版,(1)从A、B两图可知，鸡蛋在水中受到的浮力大小是_N。 (2)根据B、C两实验，他就得出鸡蛋受到的浮力大小与液体的密度有关，你认为对吗？_，理由是_ _。 (3)在图167实验中，你还可以观察到什么现象？(写出一个)_ _。,0.5,不对,实验中没有控制鸡蛋排开液体的体积相同,浸没在水中的鸡蛋看起来比在空气中的大(或鸡蛋浸入盐水中的部分看起来比空气中的大),点拨

26、 浮力等于空气中小球的重力减去水中弹簧秤受到的拉力。B和C应浸入液体中的体积要相同。,浙江教育版,例：把体积为1 dm3的空心铜球挂在弹簧秤上，浸没在水中静止时，弹簧秤的示数是放在空气中称时的 ，已知铜9.0103 kg/m3。(取g10 N/kg)求： (1)铜球受到的浮力是多少？,(2)铜球的重力是多少？,答案 10 N,答案 60 N,浙江教育版,浙江教育版,浙江教育版,“长征6号”在接受检阅时与潜在深水处时相比，所受压强_(选填“变大”“不变”或“变小”)，当它在海水中排开水的体积是7103 m3时，所受浮力是_N。(海水1.03103kg/m3，g10 N/kg),点拨 潜在深水中比

27、受检时水下的深度增大。,变小,7.21107,小结：,浸在液体中的物体所受浮力的大小等于被物体排开的液体所受的重力。这便是著名的阿基米德原理。,物体的浮沉条件,a.当F浮 G物，,物体下沉；,b.当F浮G物，,物体悬浮；,物体的沉浮条件：,c. 当 F浮G物，,物体上浮；,当 F浮 G物 ，,物体漂浮,上浮F浮 G,下沉F浮 G,悬浮F浮 G,V排 V物,液 物,液 物,液 = 物,浮沉条件,5. 浮沉条件的应用,密度计,水,液体甲,液体乙,1.0,1.2,1.4,利用密度计在各种液体中总是漂浮的状态，F浮G ，浮力大小不变。,密度计是用来测量液体密度的仪器，密度计在不同的液体 中所受浮力相同

28、，等于自身的重力（密度计工作原理）， 因此在密度大的液体中排开的液体的体积小，所以密度计 刻度上小下大。,，密度计上刻度值是液体密度与水密度的比值，所以最后的测量结果是刻度值乘以水的密度。,，密度计下部的玻璃泡内封装入小铅丸的作用是：降低密度计重心，提高密度计在液体中的稳度。,浙江教育版,物体的浮沉条件,(1)浮沉条件：浸没在液体里的物体浮沉取决于_和_的大小关系。 当F浮G物时，物体_。 当_时，物体悬浮。 当F浮G物时，物体_。 (2)漂浮的条件：_(此时物体有部分露出液面) (3)浮沉条件的应用 密度计：根据_的原理制成的。密度计在各种液体中受到的浮力相等。,重力,浮力,上浮,F浮G物,下沉,F浮G物,漂浮时F浮G物,浙江教育版,轮船：轮船在不同的水中都处于_状态，但_不同。载重量即为排水量。 潜水艇：靠改变_达到上浮和下沉的目的。 热气球：使气球内的气体体积变化(即排开空气的体积)而改变_达到上浮和下降的目的。,提醒要点 在比较F浮和G物关系判断物体浮沉时，F浮指的是该物体浸没在液体中的浮力。“漂浮”和“悬浮”是两种不同状态。“浸在”和“浸没”，前者包含后者。,漂浮,排开液体的体积,自身重力,浮力大小,