定义 浸在流体中的物体受到向上的浮力,大小等于它排开流体所受的重力。
从哪来 建立在“流体定义”之上。流体(液体和气体)具有流动性,能传递压强,这是产生浮力的物质基础。
为什么 物体浸入流体中,上下表面存在深度差。根据液体压强公式 $p=\rho gh$,下表面深度大、压强大,上表面深度小、压强小。
压力差 $F_{浮} = F_{向上} - F_{向下}$。
通过推导可知,这个压力差在数值上恰好等于物体排开的那部分流体的重力 $G_{排} = m_{排}g = \rho_{液}V_{排}g$。
本质是流体对物体各表面压力的合力。
生活体验法
让学生把空矿泉水瓶按入水中,感受阻力随深度增加而增大;再装满水按入,感受阻力几乎不变。
适合:感性思维强、喜欢动手操作、对抽象公式恐惧的学生。
逻辑推导法
画出一个浸没在液体中的长方体,标注上下表面面积 $S$ 和深度 $h_1, h_2$。
计算 $F_{向上} = \rho g h_2 S$,$F_{向下} = \rho g h_1 S$。
相减得 $F_{浮} = \rho g (h_2 - h_1) S = \rho g V_{排}$。
适合:逻辑严密、擅长数学推导、喜欢探究原理的学生。
类比称重法
用弹簧测力计吊着石块,先读空气重量 $G$,再浸入水中读示数 $F_{拉}$。
浮力 $F_{浮} = G - F_{拉}$。
同时用量筒测出排开水的体积 $V_{排}$,计算 $G_{排} = \rho_{水} g V_{排}$。
对比发现两者相等。
适合:实验操作能力强、通过数据对比建立概念的学生。