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浮力公式

Physics Mechanics Mode

公式卡

文字陈述

浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力(阿基米德原理),即 F浮=ρ液gV排;浮力只与液体密度和排开液体的体积有关。

单位与量纲

F浮:牛顿(N);ρ液:液体密度(kg/m³);V排:排开液体的体积(m³);g 取 10 N/kg(或 9.8 N/kg),代入前要统一单位。

使用顺序

先看演示,再调参数,最后看例题和小测。

物理力学模式:受力-速度-加速度联动

试试看

1操作:把液体密度 ρ液 从 1000 kg/m³ 缓慢调到 1400 kg/m³,排液体积 V排 保持 0.002 m³ 不变。 观察:浮力读数如何变化?变为原来的多少倍?看提示

参考:F浮=ρ液gV排 从 20 N 变为 1400×10×0.002=28 N——液体密度变为 1.4 倍,浮力也变为 1.4 倍。

2操作:把排液体积 V排 从 0.002 m³ 调到 0.004 m³,液体密度 ρ液 保持 1000 kg/m³ 不变。 观察:浮力变为原来的多少?这说明浮力与 V排 是什么关系?看提示

参考:V排 加倍,浮力从 20 N 变为 40 N,正好加倍——ρ液 一定时,浮力与排液体积成正比。

3操作:保持 ρ液=1000 kg/m³、V排=0.002 m³(浮力 20 N),把物体重力 G 从 18 N 调到 24 N。 观察:画面中物体的浮沉状态如何变化?判断依据是什么?看提示

参考:G=18 N 时浮力大于重力,物体上浮;G=24 N 时重力大于浮力 20 N,物体下沉——浮沉由 F浮 与 G 的大小关系决定。

阻尼修正

0.92

频率 f

1.20 Hz

估计相位

0.00

F浮-V排 图像(ρ液 一定)

概念精讲

传说阿基米德跨进浴缸时注意到水面上升,由此想出了测量皇冠体积的办法,并进一步发现了以他名字命名的原理。用今天的话说:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力,写成公式就是 F浮=ρ液gV排。

浮力从哪里来?液体压强随深度增大,物体下表面所处的深度更大,受到的向上的压力也就比上表面受到的向下的压力大,这个压力差就是浮力的来源。排开的液体越多、液体密度越大,压力差就越大——所以浮力只由 ρ液 和 V排 决定,与物体自身是轻是重、浸没后所在深浅都没有关系。

应用时先分清两个体积:V排 只算浸入液体的部分,只有浸没时才等于物体体积。求浮力也不止一条路:已知 ρ液、V排 时用阿基米德原理;弹簧测力计在空气和液体中两次读数之差也等于浮力;物体漂浮或悬浮时,浮力直接等于重力。判断浮沉要把 F浮 与 G 比较,而不是只看物体轻重——实心铁块下沉,钢铁巨轮却能漂浮,差别就在巨轮排开的水多得多。

按难度递进完成,先自己作答再展开解析。

变式练习

基础

一个物体浸没在水中,排开水的体积为 0.003 m³,求它受到的浮力。(ρ水=1.0×10³ kg/m³,g 取 10 N/kg)

基础

一个重 5 N 的木块漂浮在水面上,求它受到的浮力。

进阶

一个金属块在空气中用弹簧测力计称重 27 N,浸没在水中称时示数为 17 N(g 取 10 N/kg)。求金属块受到的浮力和它的体积。

挑战

一个实心小球重 8 N,体积为 0.001 m³,把它轻轻放入足量的水中(ρ水=1.0×10³ kg/m³,g 取 10 N/kg),求它静止时所受的浮力。

易错点

误区:物体浸得越深,受到的浮力越大。

为什么错:完全浸没后 V排 不再变化,由 F浮=ρ液gV排 知浮力不变;深度增加只会让液体压强变大,不改变浮力。

正确理解:浸入过程中(未完全浸没)V排 增大、浮力增大;一旦浸没,继续下移浮力保持不变。

误区:重的物体一定下沉,轻的物体一定上浮。

为什么错:浮沉由浮力与重力共同决定:实心铁块很小却下沉(密度大于水),万吨巨轮很重却能漂浮(排开大量水,浮力等于重力)。

正确理解:比较 F浮 与 G(实心物体也可比物体密度与液体密度),而不是只看质量或重量。

误区:浮力就是物体排开的那部分液体的质量。

为什么错:混淆了力和质量:阿基米德原理中 F浮 等于排开液体所受的重力 G排=ρ液gV排,单位是 N;排开液体的质量是 m排=ρ液V排,单位是 kg。

正确理解:先算排开液体的质量,再乘 g 得浮力;或直接用 F浮=ρ液gV排,注意 g 不能漏掉、单位要配套。

小测1/3

如果物体所受浮力大于自身重力,物体通常会怎样?