浮力、密度与浮沉
一块物体能否浮起,为什么主要看密度比,而不是只看重量?
改变液体密度、物体密度与体积,比较重力和浮力,观察物体浮起、悬浮或下沉时排开多少液体。
学习目标
- 用 F浮 = ρ液gV排 解释浮力。
- 比较物体与液体密度,预测浮起、悬浮或下沉。
- 计算漂浮平衡时的浸没比例与排液体积。
开始前
- 理解密度 = 质量 ÷ 体积,认识 kg、m³、L 与 N。
- 会比较比值并进行小数乘除。
浮力与浮沉实验
- 1水中漂浮
- 2改变液体
- 3悬浮
- 4下沉
边观察,边解释
依次完成四步。按钮会把互动模型切换到对应观察状态。
-
物体密度小于水时,只需浸入一部分就能排开足够液体,使浮力等于重力。
你的任务: 设液体 1000 kg/m³、物体 600 kg/m³,核对浸没 60%。
-
物体不变时,密度更大的液体每单位排液体积提供更大浮力,因此漂浮所需浸没比例更小。
你的任务: 把液体密度从 800 调到 1200 kg/m³,比较排液体积。
-
物体完全浸没且密度与液体相同时,浮力与重力相等。理想模型中没有净竖直力,物体可保持悬浮。
你的任务: 把两种密度都设为 1000 kg/m³,比较两个力。
-
完全浸没时可达到的浮力小于重力,合力向下。体积增大时两个力同比增大,但密度比不变,所以浮沉判断不变。
你的任务: 设物体 1300 kg/m³,再改变体积,观察状态为什么不变。
把现象连成解释
浮力来自压力差
静止液体的压强随深度增加。物体下表面通常承受比上表面更大的向上合力;对完全或部分浸入的物体,净效应等于所排液体的重量。
漂浮平衡给出密度比
均匀物体漂浮时,ρ液gV排 = ρ物gV物,因此 V排/V物 = ρ物/ρ液。质量或总体积会改变力的大小,却不会单独改变这一比例。
悬浮不等于静止在底部
悬浮指完全浸没时浮力与重力平衡且没有接触支撑。沉底后还会受到容器底部支持力,受力情况不同。
检查理解
可打印练习纸
先独立完成练习页;答案和解释在单独一页。
物理
浮力、密度与浮沉
一块物体能否浮起,为什么主要看密度比,而不是只看重量?
- 密度 750 kg/m³ 的均匀物体漂浮在密度 1000 kg/m³ 的液体中,浸没比例是多少?
A. 25% B. 75% C. 100%
- 2.0 L 物体完全浸没在 1000 kg/m³ 液体中,取 g = 10 N/kg,浮力是多少?
A. 2 N B. 20 N C. 2000 N
- 均匀物体完全浸没并悬浮时,哪项正确?
A. 物体密度等于液体密度,浮力等于重力 B. 物体密度一定为零 C. 浮力一定大于重力
- 保持物体与液体密度不变,把均匀物体体积加倍,会怎样?
A. 重力和完全浸没浮力都加倍,浮沉判断不变 B. 只有重力加倍 C. 一定从下沉变为漂浮
答案页
浮力、密度与浮沉
- 75%
漂浮时 V排/V物 = ρ物/ρ液 = 750/1000 = 0.75。
- 20 N
2.0 L = 0.002 m³,F浮 = 1000 × 10 × 0.002 = 20 N。
- 物体密度等于液体密度,浮力等于重力
完全浸没时两力之比由两种密度决定;密度相等时大小相等,理想模型合力为零。
- 重力和完全浸没浮力都加倍,浮沉判断不变
两个力都与总体积成正比;决定浮沉的是 ρ物/ρ液,密度比没有改变。