探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)

賈元真　富春竹　祝蕊

要點(diǎn)提煉

1.重點(diǎn)

（1）研究方法：控制變量法。

①控制液體密度ρ_液相同，改變物體浸在液體中的體積V_浸，V_浸越大，物體所受到的浮力越大。

②控制物體浸在液體中的體積V浸相同，改變液體的密度ρ_液，ρ_液越大，物體所受到的浮力越大。

（2）數(shù)據(jù)處理：稱重法。本實(shí)驗(yàn)求浮力的依據(jù)是二力平衡。在豎直向上方向有物體受到彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F_拉和液體對(duì)物體的浮力F_浮，在豎直向下方向有物體受到的重力G，由此得出F_浮= G - F_拉。

（3）由V_浸過(guò)渡到V_排。采用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，教材選用了物體浸入液體中的體積V_浸，沒(méi)有直接引入物體排開液體的體積V_排，但是在考試中又經(jīng)常出現(xiàn)V_排（如下文的例題），很多同學(xué)對(duì)這兩個(gè)量的理解不深刻。其實(shí)V_浸易于觀察，但難于測(cè)量；V_排不易觀察，但易于測(cè)量。只要借助體積守恒的思想，用排水法就可以完成由 V_浸到V_排的合理過(guò)渡。

2.易錯(cuò)點(diǎn)

部分同學(xué)誤認(rèn)為浮力的大小與物體浸入液體的深度有關(guān)。在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們?nèi)菀椎贸鲆韵洛e(cuò)誤結(jié)論：在物體浸沒(méi)前，物體受到浮力的大小隨浸入液體深度的增加而增大；當(dāng)物體浸沒(méi)后，浮力的大小不變。

這個(gè)結(jié)論的錯(cuò)誤之處是：在物體浸沒(méi)前，物體浸入液體的深度增加時(shí)，并沒(méi)有控制V_浸（V_排）這個(gè)影響浮力大小的因素保持不變。因此，物體浸入液體深度的增加是表象，實(shí)質(zhì)是V_浸（V_排）增大，導(dǎo)致浮力增大，并不是深度的變化引起了浮力的變化。

3.難點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)在求出F_浮的基礎(chǔ)上，通常還會(huì)結(jié)合阿基米德原理進(jìn)行相關(guān)物理量計(jì)算的考查，提高考題的難度。

（1）計(jì)算排開液體的重力：根據(jù)阿基米德原理F_浮= G_排，即可求得。

（2）計(jì)算被測(cè)物體的體積及密度：根據(jù)阿基米德原理F_浮= G_排= ρ_液gV_排，V_物= V_排，可以計(jì)算出浸沒(méi)在液體中物體的體積。再根據(jù)G = mg，ρ = m/V，求得物體的密度。

（3）計(jì)算液體的密度：在求得V_排的基礎(chǔ)上，由阿基米德原理F_浮= G_排= ρ_液gV_排，得ρ_液=F_浮/gV_排，即可計(jì)算出液體密度。

探究應(yīng)用

例 （2022·貴州·黔西南）小明與同學(xué)一起利用彈簧測(cè)力計(jì)、玻璃杯、金屬塊、水、濃鹽水等實(shí)驗(yàn)器材，探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)。他們正確地進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn)操作：

（1）根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，把表中數(shù)據(jù)填寫完整。

（2）分析實(shí)驗(yàn)②③可得：液體密度相同，金屬塊排開液體的體積越大，浮力越______________。分析實(shí)驗(yàn)③④可得：金屬塊排開液體的體積相同，液體密度越大，浮力越____________。

（3）結(jié)論：浮力的大小與____________和____________有關(guān)。

（4）用這種實(shí)驗(yàn)方法，還可以測(cè)量____________的密度。

（5）小明完成上述實(shí)驗(yàn)后，找來(lái)合適的玻璃杯，倒入足夠深的水，將掛在測(cè)力計(jì)上的金屬塊逐漸下降，但不接觸容器底。繪制出了實(shí)驗(yàn)中測(cè)力計(jì)的示數(shù)F隨物體下表面至水面深度h變化的F-h圖象（圖⑤）。分析圖象可知：當(dāng)金屬塊浸沒(méi)水中后繼續(xù)下降過(guò)程中測(cè)力計(jì)的示數(shù)____________，這表明：浸沒(méi)在水中的物體受到的浮力跟浸沒(méi)的深度____________。

答案：（1）1.2 （2）大 大 （3）物體排開的液體的體積 液體密度 （4）金屬塊（或濃鹽水） （5）不變 無(wú)關(guān)