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1. 称重法

浮力及其在生活中的应用 · 初二
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用天平或弹簧测力计测量物体在空气中和浸入液体中的示数差,从而计算浮力大小的实验方法。

从哪来 基于“流体定义”这一前置知识。流体(液体和气体)具有流动性,当物体浸入其中时,流体会对物体产生向上的托力,称重法正是通过测量这种托力导致的视重变化来量化浮力。

为什么 根据力的平衡原理,物体在静止状态下受力平衡。在空气中,物体受重力 $G$ 和空气浮力(通常忽略不计),此时测力计示数 $F_1 \approx G$。当物体浸入液体中时,物体受到向下的重力 $G$、向上的液体浮力 $F_{浮}$ 和向上的拉力 $F_2$。由平衡方程 $F_2 + F_{浮} = G$ 可知,$F_{浮} = G - F_2$。因此,两次示数之差即为浮力大小。

生活类比法
适合形象思维强、抽象逻辑较弱的学生。 讲解时让学生想象自己站在体重秤上,然后跳进游泳池。身体入水后,体重秤读数变小了,减去的这部分重量就是水把你“托”起来的力。称重法就是把这个“变轻”的过程用天平或测力计精确记录下来。
受力分析图解法
适合逻辑严密、擅长受力分析的学生。 直接在黑板画出物体在空气中和液体中的受力示意图。左边画 $G$ 向下,$F_{拉1}$ 向上;右边画 $G$ 向下,$F_{拉2}$ 向上,$F_{浮}$ 向上。通过对比两个状态,引导学生列出等式 $F_{拉1} = G$ 和 $F_{拉2} + F_{浮} = G$,推导出 $F_{浮} = F_{拉1} - F_{拉2}$。
实验探究法
适合动手能力强、喜欢验证的学生。 直接进行演示实验:用弹簧测力计挂一石块,读出示数 $G$;缓慢浸入水中,观察指针回缩,读出示数 $F$。让学生自己计算 $G-F$,并改变浸入体积,发现示数变化量与浸入体积成正比,从而理解称重法的核心是“测量视重减少量”。
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练一道
基础题
一个石块在空气中称重为 5N,完全浸没在水中时弹簧测力计示数为 3N。求石块受到的浮力。
变式
一物体挂在弹簧测力计下,在空气中示数为 10N。将其一半体积浸入水中,示数变为 8N;将其完全浸没在水中,示数变为 6N。若将该物体完全浸没在酒精中($\rho_{酒精} = 0.8 \times 10^3 \text{kg/m}^3$),求此时弹簧测力计的示数。(取 $g=10\text{N/kg}$,$\rho_{水} = 1.0 \times 10^3 \text{kg/m}^3$)
试试手自己判
检测题
用弹簧测力计测得某金属块在空气中的重力为 4.9N。将其浸没在某种液体中,测力计示数为 3.9N。若将该金属块浸没在水中,测力计示数为 3.4N。求该液体的密度。($\rho_{水} = 1.0 \times 10^3 \text{kg/m}^3$,$g=10\text{N/kg}$)
看答案和判分标准
答案:1. 金属块在液体中受到的浮力:$F_{浮液} = 4.9\text{N} - 3.9\text{N} = 1.0\text{N}$ 2. 金属块在水中受到的浮力:$F_{浮水} = 4.9\text{N} - 3.4\text{N} = 1.5\text{N}$ 3. 因为都是浸没,所以 $V_{排} = V_{物}$。 $F_{浮水} = \rho_{水} g V_{物} \Rightarrow 1.5 = 1.0 \times 10^3 \times 10 \times V_{物} \Rightarrow V_{物} = 1.5 \times 10^{-4} \text{m}^3$ 4. 液体密度:$F_{浮液} = \rho_{液} g V_{物} \Rightarrow 1.0 = \rho_{液} \times 10 \times 1.5 \times 10^{-4}$ $\rho_{液} = \frac{1.0}{1.5 \times 10^{-3}} = \frac{1000}{1.5} \approx 666.7 \text{kg/m}^3$
判对标准:
1. 正确计算出两种情况下的浮力(各1分)。
2. 正确利用水中浮力求出物体体积(2分)。
3. 正确代入液体浮力公式求出液体密度(2分)。
4. 单位正确,计算无误(1分)。
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