定义 浸在液体或气体中的物体,受到液体或气体竖直向上托起的力,叫做浮力。
从哪来 建立在“流体定义”之上。流体(液体和气体)具有流动性,这是产生浮力的物质基础。
为什么 浮力产生的根本原因是液体对物体上下表面的压力差。
因为液体压强随深度增加而增大,物体下表面所处的深度大于上表面,所以下表面受到的向上的压力($F_{下}$)大于上表面受到的向下的压力($F_{上}$)。这两个压力的合力方向竖直向上,大小等于 $F_{浮} = F_{下} - F_{上}$。这就是浮力产生的原因。
生活经验类比法**
**适合:形象思维强、对抽象物理量感到困难的学生**
**操作
让学生回忆游泳时身体感觉变轻,或者把空易拉罐按入水中感觉费力。
讲解:告诉学生,水在“托”着你。就像你用手托起一个球,手给球一个向上的力;水包围着物体,从四面八方推物体,但下面推得更用力,所以整体感觉是被向上托着。这个“托力”就是浮力。
压力差推导法**
**适合:逻辑思维强、喜欢探究原理和公式推导的学生**
**操作
画一个浸没在液体中的正方体。
讲解:
1. 上表面深度 $h_1$,压强 $p_1 = \rho g h_1$,向下压力 $F_{上} = p_1 S$。
2. 下表面深度 $h_2$,压强 $p_2 = \rho g h_2$,向上压力 $F_{下} = p_2 S$。
3. 因为 $h_2 > h_1$,所以 $F_{下} > F_{上}$。
4. 合力 $F_{浮} = F_{下} - F_{上} = \rho g (h_2 - h_1) S = \rho g V_{排}$。
结论:浮力本质是上下表面的压力差。
实验验证法(称重法)**
**适合:动手能力强、通过操作建立概念的学生**
**操作
1. 用弹簧测力计测出石块在空气中的重力 $G$。
2. 将石块浸入水中,读出测力计示数 $F_{拉}$。
3. 观察示数变小。
讲解:示数变小了,说明有一个力帮弹簧测力计“分担”了一部分重力。这个力就是浮力。计算得出 $F_{浮} = G - F_{拉}$。这是测量浮力最常用的方法。