浮力大小与什么有关-难.doc

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1、浅谈浮力与排开液体重力的大小关系2009-11-0916:12:47来源：董平浏览：3583次在苏教版8年级下册的物理教科书的第77页中关于“阿基米德原理”的表述如下：   浸在液体中的物体所受浮力的大小等于被排开液体的重力，即：，这就是著名的阿基米德原理.   然而是不是所有放在液体中的物体所受的浮力大小都等于排开液体的重力呢？笔者将借助于一个中学常见的实验以及一道中学物理竞赛题来探讨一下两者之间的关系：如图1所演示的一个实验，其实验步骤如下：1、取一个平底的容器，将一块石蜡（石蜡的密度小于水

2、的密度，且石蜡有这么一个特点：石蜡与容器接触处，水渗不进去）放在容器底部，使之与容器底部完全接触；2、向容器内倒水，使水逐渐漫过石蜡；3、观察现象.我们发现：石蜡的密度虽然小于水的密度，但是在这个试验中石蜡却不会上浮.图1：底面与容器接触                图2：侧面与容器接触           图3：侧面与容器接触   这就与我们所预想的实验现象产生了矛盾，因为根据阿基米德原理：       （1）也就是说石蜡所受到的浮力是大于石蜡的重力的，石蜡应该上浮.实验证实我们这样想是错误

3、的，是不是阿基米德原理就是错误的呢？不！阿基米德原理是正确的，只是这个实验不符合阿基米德原理中的条件“浸”，实验中石蜡有一侧没有水，就不能算是“浸在水中的物体”，所以不能用阿基米德原理来分析，而是要从浮力产生的实质来解释上述实验中的现象.浮力产生的实质是：对于浸在液体中的物体，液体对其有向上的作用力和向下的作用力，向上的作用力（）与向下的作用力（）之差（）即为浮力.用数学符号表示为：                      （2）在图1所示的实验中，由于石蜡的底面与容器壁完全接触，没有水渗入，

4、水对石蜡没有向上的作用力，此时，不受浮力，所以石蜡不会上浮.在这种情况下有：.我们再来看看初中物理竞赛中关于“浮力与排开液体重力大小关系”的一道题目：如图2所示，有一直角梯形状的石蜡块，其右侧面与容器壁紧密接触（接触处没有水渗入），试分析该石蜡块所受到的浮力与该石蜡块所排开水的重力的大小关系.解析：对于这样一道题目我们可以分别从定性和定量两个角度来进行分析.一、定性分析法：首先我们假设石蜡块的右侧面有水渗入（即石蜡浸在水中），水对其右侧面会有一个压力（设其与竖直方向的夹角为），对石蜡块进行受力分

5、析如图4所示.由（2）式可知石蜡块所受到的浮力为：                       （3）      这样假设使得石蜡块满足阿基米德原理中的条件（石蜡块浸在水中），则由阿基米德原理可知：                           （4）而实际上石蜡块的右侧面没有水渗入，故图4中所示的力是不存在的.所以其所受浮力应为：                （5）即：.二、定量计算法：   对图2中的石蜡块分析有：     （6）式中：、分别为石蜡块上、下表面所受到的水对它的压强；、

6、分别为石蜡块上、下表面的面积；、分别为石蜡块上、下表面距离水面的高度（如图5所示）.取，石蜡块矩形部分的体积为，三角形部分的体积为.则石蜡所受到的浮力为：即：.由定性分析和定量计算可知：在图2中石蜡所受的浮力大于石蜡排开水的重力.对图3的分析类似于图2，本文不再详解（答案：）.   综上所述：以后在判断一放在液体中的物体所受浮力与其排开液体的重力的大小关系时，需分析其是否满足阿基米德原理，如果不满足，可从浮力产生的实质（即液体对其向上的作用力与向下的作用力之差所造成的）来分析.（本文已在国家核心

7、期刊《中学物理》杂志发表）