10.2 阿基米德原理.ppt

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1、阿基米德原理 阿基米德 Archimedes 前287 前212 是古希腊伟大的科学家 他在物理学方面的贡献主要有两项 其一是关于浮力问题 其二是关于杠杆平衡问题 阿基米德有句名言 给我一个支点 我可以撬动地球 国王让金匠做了一顶新的纯金王冠 但他怀疑金匠在金冠中掺假了 可是 做好的王冠无论从重量上 外形上都看不出问题 国王把这个难题交给了阿基米德 阿基米德日思夜想 一天 他去澡堂洗澡 当他慢慢坐进澡堂时 水从盆边溢了出来 他望着溢出来的水 突然大叫一声 我知道了 竟然一丝不挂地跑回家中 原来他想出办法了 阿基米德把金王冠放进一个装满水的缸中 一些水溢出来了 他取了王冠 把水装满 再将一块同王

2、冠一样重的金子放进水里 又有一些水溢出来 他把两次的水加以比较 发现第一次溢出的水多于第二次 于是他断定金冠中掺了银了 经过一翻试验 他算出银子的重量 当他宣布他的发现时 金匠目瞪口呆 这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王 阿基米德从中发现了一条原理 即物体在液体中减轻的重量 等于他所排出液体的重量 这条原理后人以阿基米德的名字命名 阿基米德 Archimedes 约公元前287 212 是古希腊物理学家 数学家 静力学和流体静力学的奠基人 在水中 人为什么有上浮的感觉 在水中 人受到了浮力的作用 万吨巨轮在水中 为什么不下沉 因为万吨巨轮在水中 受到浮力的作用 潜艇可以在大海中悬浮 氢气球

3、 热气球 气象气球为什么能腾空而起 因为氢气球 热气球 气象气球在空中受到浮力的作用 弹簧秤示数为什么变小了 托力 G 加水后弹簧为什么伸长了 金属块 金属块 托力 重力 有答案了吗 液体或气体对浸在其中的物体有竖直向上的托力 物理学中把这个托力叫浮力 浮力的方向 竖直向上 浮力产生的原因 浸在液体里的物体 受到液体对物体下表面压力与上表面压力差 F浮 F下表面 F上表面 空气中弹簧测力计的示数为G 水中弹簧测力计的示数为F F浮 G F 怎样计算他们受到的浮力呢 F浮 G F 称重法 其中G表示物体在空气中时弹簧测力计的示数 F 为物体在液体中时弹簧测力计的示数 F浮表示物体所受的浮力 浮力

4、的大小与哪些因素有关呢 实验探究1 浮力的大小与哪些因素有关 实验猜想 猜想1 浮力可能与液体的密度有关 猜想2 浮力可能与物体的体积有关 猜想3 浮力可能与物体浸入液体的深度有关 设计实验 把鸡蛋放入清水中 观察出现的现象 在清水中加入盐 改变水的密度 再观察出现的现象 实验现象 实验结论 猜想1是正确的 浮力的大小跟液体的密度有关 在清水中 鸡蛋下沉 清水中加入食盐后 盐水的密度增大 鸡蛋慢慢上浮直至漂浮的状态 在死海中 人为什么能悠闲地浮在水面上看书 说明人受到的浮力跟哪一个因素有关 这是因为人受到了海水的浮力 浮力跟海水的密度有关 猜想2 浮力可能与物体的体积有关 观察实验 两个弹簧测

5、力计的读数一样吗 分别是多少 实验说明了什么问题 把同一物体浸入相同的液体中的不同深度 容器中的液体的液面发生什么样的变化 实验分析 同一物体浸入相同的液体中 浸在液体中的体积不同 弹簧测力计的读数也不相同 实验结论 在猜想2中 浮力的大小跟物体排开液体的体积有关 液体的液面随着物体浸在液体的体积的增大而升高 浸在液体中的体积也叫做物体排开液体的体积 在大海中 轮船是用会在水里下沉的铁制做的 但是轮船却不会沉入海底 这是利用了什么道理呢 实验探究2 橡皮泥放入水中 会沉入水底 把橡皮泥做成船的形状 做成船形的橡皮泥放入水中 浮在水面上 做成船形的橡皮泥还能装上许多的物体 说明橡皮泥受到的浮力变

6、大了 把橡皮泥做成船形 是增大了橡皮泥排开水的体积 从而获得了更大的浮力 比较两次的实验 钢铁制作的轮船不会沉入海底 就是利用了这样的道理的 设计实验 把物体放入清水中 观察测力计的读数F1 改变物体在水中深度 再观察测力计的读数F2 比较两次的读数F1和F2 实验现象 实验结论 在猜想3中 浮力的大小跟物体所在液体中的深度无关 当物体完全浸泡在液体中 把物体放入清水中 测力计的读数F1 2N 比较读数F1和F2 发现测力计的读数没有发生改变 改变物体在水中深度后 测力计的读数F2 2N 物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的有关 还与物体排开液体的有关 而与浸没在液体中的无关 密度 体积 深

7、度 根据猜想1 2 3得出的实验结论 实验2 浮力的大小跟物体排开液体的体积有关 实验3 浮力的大小跟物体所在液体中的深度无关 实验1 浮力的大小跟液体的密度有关 分析归纳 实验探究3 探究浮力的大小 实验器材 石块 铝块 铁块 溢水杯 空杯 测力计 水 用弹簧测力计先测出石块的重力G 用弹簧测力计再测出空杯子的重力G杯 1 15N 0 45N 把石块浸没在盛满水的溢水杯里 用空杯承接从溢水杯里被排开的水 读出此时弹簧测力计的示数F 用弹簧测力计测出承接了水后杯子的总重G总 0 70N 0 90N 收集实验数据 1 15 0 70 0 90 0 45 0 45 0 54 0 34 0 20 0

8、 20 0 65 0 78 0 68 0 10 0 55 0 10 比较浮力的大小和物体排开水的重量 你发现了什么 实验结论 浸在液体中的物体所受的浮力的大小 填 等于 大于 或 小于 被物体排开的液体所受的 这便是著名的阿基米德原理 等于 重力 公式 F浮 G排 液gV排 阿基米德原理内容 物体全部或部分浸在液体中时 它会受到向上的浮力 浮力的大小等于物体排开液体所受到的重力的大小 阿基米德原理的数学表达式 F浮 G排液F浮 液gv排A 物体排开液体体积相等时 液体密度越大 浮力越大 B 液体密度相等时 物体排开液体体积越大 浮力越大 3 阿基米德原理也适用气体浮体1 漂浮在液面上物体或悬浮

9、在液体中的物体叫浮体2 浮体所受浮力的计算 F浮 G物 例 一个2N的物体 挂在弹簧测力计上 当钩码浸没在水中时弹簧测力计的示数是1 2N 这个钩码受到水的浮力是N 0 8 例 下面关于浮力的说法中 正确的是 A 只要液体密度大 对浸没在其中的物体的浮力就一定大B 只要物体的体积大 所受的浮力一定大C 物体所受的浮力的大小等于被物体排开的液体所受的重力 与物体的形状及浸没液体中的深度无关D 阿基米德原理只适合液体 C 例 如图 甲乙两球体积相同在浸没水中静止不动 则 甲 乙 A 两球受到的浮力一样大B 乙球受到的浮力大C 甲球受到的浮力大D 条件不足 无法确定 C 例 三个体积相同的立方体a

10、b c分别浮在同种液体的液面上 如图所示 若它们所受的浮力分别为Fa Fb Fc 则这三个力由小到大的顺序是 物体的质量是ma mb mc 则这三个质量由小到大的顺序是 水 水 水 盐水 1 2 3 4 5 1 若选用的操作是1 3 5或1 4 5 可研究浮力的大小与的关系 例 如图为小华同学 研究影响浮力大小的因素 实验的若干操作 根据此图 液体的密度 水 水 水 盐水 1 2 3 4 5 2 若研究浮力的大小与物体排开液体体积的关系 可选用的操作是 填序号 如图为小华同学 研究影响浮力大小的因素 实验的若干操作 根据此图 1 2 3 水 水 水 盐水 1 2 3 4 5 3 若研究浮力的大

11、小与物体浸没深度的关系 可选用的操作是 填序号 如图为小华同学 研究影响浮力大小的因素 实验的若干操作 根据此图 1 3 4 对原理的理解 1 物体 浸在液体里 包括 全部浸入 即浸没 和 部分浸入 两种情况 不论物体是浸没还是部分浸入在液体里都受到浮力 对于同一物体而言 浸没时受到的浮力大 部分浸入时受到的浮力小 而且浸入的体积越小 所受的浮力也越小 浸没 部分浸入 2 浮力的大小等于被物体排开的液体受到的重力 A 浸没时 V排 V浸 V物 此时物体所受的浮力等于排开液体的重力 即F浮 G液 液gV排 液gV浸 液gV物 B 部分浸入时 V排 V浸 V物F浮 液gV排 液gV浸 液gV物 V

12、排 V浸 V物 V排 V浸 V物 V浸 3 同一物体浸没在不同的液体中时 由于液体的密度不同 所受的浮力也不同 根据公式F浮 液gV排 浸没时 V排 V物 当 液不同时 浮力也随之变化 4 浮力产生的原因是液体对物体向上和向下的压力差 物体在液体中的位置越深 则受到的液体压强越大 则作用在物体各个面上的压力越大 根据F压 PS 液gh S 当h增大时 F压也增大 但上 下两个表面的压力差却不变 即 F F下 F上 液gS h2 液gS h1 液gS h2 h1 液gS L 当物体跟盛液体的容器底部紧密接触时 则于物体下部没有液体 因而就不受到液体对它向上的压力 也就是物体没有受到浮力的作用 5

13、 阿基米德原理同样适用于气体 悬浮和漂浮的相同点和区别 相同点 都是静止在液体中 都只受重力和浮力作用 根据二力平衡条件 重力和浮力相等 即 F浮 G F浮 G 悬浮 漂浮 不同点 1 悬浮时 物体停留在液体内部的任何地方 它必定全部浸没在液体中 而漂浮 物体是静止在液面上 它必定在一部分露在液面之上 2 悬浮时 物体浸没在液体中 所以V排 V物 而漂浮时 物体只有一部分浸入液体中 所以V排 V物 V排 V物 V排 V物 悬浮 漂浮 例 设液体的密度为 液 物体的密度为 物 物体的体积为V物 因为物体浸没 所以 V排 V物 F浮 液gV排 G 物gV物 当 液 物 F浮 G上浮 当 液 物 F

14、浮 G下沉 当 液 物 F浮 G悬浮 例 求木块密度 设木块体积为V 在水面上 在水面下 木块漂浮 应有 F浮 G物 物gV 又根据阿基米德原理 应有 F浮 水gV排 水g 物gV 水g 物 水 0 625 103千克 米3 1 轮船是浮体F浮 G物2 潜水艇靠改变自身重力实现沉浮 3 密度计 测液体的密度 刻度上小下大4 气球和气艇靠改变物体浸没在空气中的体积来改变受到浮力实现升降 阿基米德原理的应用 例 在大海中航行的轮船 空气中上升的气球 太空中运行的宇宙飞船是否都受到浮力 答 轮船受到海水浮力 气球受空气浮力 飞船没有受到浮力 例 如图所示 是一位先生巧用物理知识将帽子送给楼上女士的情

15、景 此过程中应用的关键知识是 A 气球受到重力B 帽子质量大于气球质量C 帽子密度大于气球密度D 空气对物体有浮力作用 例 船从海里驶到河里时 A 船受到的浮力变小 船身沉下去一些 B 船受到的浮力不变 船身浮上来一些 C 船受到的浮力不变 船身沉下去一些 D 船受到的浮力变大 船身浮上来一些 D C 例 在水中游泳的人要上岸从深水处向浅水处行走的过程中 A 人所受的重力逐渐变小B 人所受的重力逐渐变大C 水池底对人的支持力逐渐变小D 水池底对人的支持力逐渐变大 例 将重5N的物块放入盛满水的烧杯中 从杯中溢出3N的水 则物块受到的浮力是 A 8N B 5N C 3N D 2N C 例 某物体

16、重0 5N 把它放入盛有水的烧杯中 溢出重为0 3N的水 则它受到的浮力为 A 一定为0 3N B 可能为0 2N C 一定为0 5N D 可能为0 4N 例 一个盛水的杯中浮着一个小球 所受的浮力为10牛 杯子放在斜面上 如图用力的图示法画出小球受到的浮力 关于浮力计算的几种方法总结 1 浮 G F 2 浮 排3 浮 液 排 1 用弹簧测力计称出空气中重G 2 再称出物体浸入液体中时弹簧秤的拉力F弹 物体所受浮力F浮 G F弹 一 称差法 例 把一物体吊在弹簧测力计上 在空气中称物体重1 96N 浸没在水中称时 弹簧测力计示减小了0 49N 物体在水中受到的浮力 N 浸没在某种液体中时 弹簧测力计示数为1 16N 物体在这种液体中受到的浮力为 N 例 有一石块挂在弹簧测力计下并浸没在水中 弹簧测力计的读数是3 4牛 如果石块受到的浮力是1 5牛 则石块的重力是牛 石块排开的水的重是牛 4 9 1 5 F浮 F向上 F向下说明 a 漂浮在液面上的物体F浮 F向上b 与底部完全密合的物体F浮 0 二 压力差法 浙江教育版 B 浙江教育版 点拨 因为鼓的下底表面与容器底部完全紧密接触 所以