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初中物理:實驗探索:浮力與哪些因素有關?

浮力是指物體表面的流體(包括液體和氣體)壓力之差(合力)。公元前245年,阿基米德發現了浮力原理。浮力的定義是F float =G row(即物體的浮力等於物體下沈時所排開的液體的重力),可用來推導公式F float = ρ gV row液體(ρ液體:液體密度,單位kg/m3;g:重力與質量之比g=9.8N/kg。粗略計算,G以牛頓為單位可以是10N/kg;v排:排出液體的體積,單位為立方米。液體的浮力也適用於氣體。

簡介

物體在液體中的浮力只與浸入液體中的體積和液體的密度有關,與物體本身的密度、運動狀態、浸入液體的深度等因素無關。在水中,雖然密度比水大的物體會下沈,比如石頭、鐵塊;密度比水小的物體會上升,比如塑料和木頭,但是它們的浮力不會改變。同樣的規律也存在於其他液體和氣體中。

比如木頭能浮在水裏,船能在海裏航行,這些都是浮力的貢獻。浮力來自物體上表面和下表面的壓力差。浮力的方向與重力相反,可以簡單的理解為:重力把所有想要跑回地面的物體都拉回來,而浮力幫助物體離開地面。

5000多年前來自希臘的偉大無私的物理學家阿基米德偶然發現了這個理論,但這就意味著鐵做的東西永遠不會浮在水面上嗎?以上例子都是實心物體。如果我們把鐵塊做成壹個空心的東西,像鐵做的船或油罐,它們還是能浮在水面上。任何物體只要在水中排出的沸水重量大於其自身重量,就能浮在水中。例如,我們可以通過佩戴救生圈漂浮在水中,因為救生圈可以幫助我們“置換”更多的水。

氣體對物體的浮力

為了能夠浮在空中,我們需要找到比空氣輕的東西。大家首先想到的是氫氣。在過去,氫氣被稱為世界上密度最小的氣體,所以人們將氫氣填充到氣球中,可以乘坐氣球在空中飛行。但是氫氣是易燃易爆氣體,壹旦處理不慎,氫氣球就會爆炸。後來,人們發現了另壹種密度小於空氣的氣體——氦。氦氣是壹種惰性氣體,即使用火也無法點燃,所以人們逐漸用氦氣球和熱氣球代替氫氣球。

實驗探究:什麽因素與浮力有關?

提出了什麽因素與浮力有關的問題。

猜想和假設

(1)的浮力可能與浸沒在液體中的物體體積有關。

(2)浮力可能與液體的密度有關。

(3)浮力可能與物體的密度有關。

(4)浮力可能與液體的深度有關。

在設計實驗中,選用了彈簧測力計、等體積的鐵球和銅球以及等體積的鹽水和水的燒杯,用稱重法測量了鐵球和銅球在不同條件下的浮力,以驗證猜想。

進行實驗和收集數據

(1)探究浮力的大小與物體浸入液體深度的關系。

用彈簧測力計測量鐵球浸入同壹液體不同深度時的重力和拉力,並記錄數據。可以發現物體的拉力沒有變化。

可以得出以下實驗結論:浮力與物體浸入液體的深度無關。

(2)探究浮力的大小與浸沒在液體中的物體體積的關系。

用彈簧測力計測量鐵球浸入相同體積不同液體時的重力和拉力,並記錄數據。可以發現,物體的拉力隨浸入液體的體積而變化。

可以得出以下實驗結論:浮力與浸沒在液體中的物體體積有關。浸在液體中的物體體積越大,物體的浮力就越大。

(3)探究浮力與液體密度的關系。

用彈簧測力計測量鐵球浸入不同密度液體時的重力和拉力,並記錄數據。(註:實驗中鐵球要浸入相同深度)可以發現,物體的拉力在不同密度的液體中是變化的。

可以得出以下實驗結論:浮力與液體的密度有關。液體的密度越大,物體的浮力就越大。

(4)探究浮力與物體密度的關系。

利用彈簧測力計,分別測量相同體積的銅球和鐵球的重力以及浸入水中時的拉力,並記錄數據。(註:實驗中銅球和鐵球要浸沒到相同的深度)可以發現,雖然銅球和鐵球的拉力不同,但F浮= G-F拉是壹樣的。

可以得出以下實驗結論:浮力與物體的密度無關。

實驗結論是:物體在液體中的浮力只與其浸入液體中的體積和液體的密度有關。浸沒在液體中的物體的體積和密度越大,物體的浮力就越大。

需要註意的事項

(1)在探索的過程中,要註意垂直方向拉動彈簧測力計,物體不要碰到容器的底部或側壁。

(2)讀數時,等待彈簧測力計顯示壹個穩定的數字後再讀數。

(3)實驗時燒杯中液體的體積要適中,以物體能被淹沒而不溢出液體為準。

(4)在探索過程中,將物體慢慢浸入液體中,避免液體溢出。

實驗思維方法

控制變量法:本實驗主要采用控制變量法;

換算方法:在探究的過程中,物體浮力的變化是通過彈簧測力計的指示器的變化來反映的,此處應用換算方法;

比較法:在探究的過程中,通過比較不同條件下物體的浮力,分析影響浮力的因素,此處應用比較法;

稱重法。