文档介绍：浮力的计算方法
一、浮力的来源
设想一个立方体浸没在水中,如图1所示,它的6个表面都受到水的压力,它的左右、前后两侧受到的压力是大小相等、方向相反的,即受力互相平衡;只有上下两个表面由于深度不同,水的压强不同,受到水的压力也因而不相等。下表面受到水向上的压力F1大于上表面受到水向下的压力F2,向上和向下这两个压力之差就是液体对浸入物体的浮力。浮力的方向总是竖直向上的,与重力的方向相反。
二、浮力大小的计算方法
由上面的分析知道,浮力的方向是竖直向上的,与重力的方向刚好相反,所以先用弹簧测力计称出物体在空气中的重力F1,然后把物体浸入液体中,这时弹簧测力计的读数为F2,则。
一个重2N的钩码,把它挂在弹簧测力计下浸没在水中时,,则钩码受到的浮力是
解析由得
把一个物体浸没在液体中让其从静止开始自由运动,它的运动状态无非有三种可能:下沉、不动或上浮。物体浸没在液体中静止不动,叫做悬浮,上浮的物体最终有一部分体积露出液面,静止在液面上,叫做漂浮。下沉的物体最终沉入液体的底部。根据物体的受力平衡可知,悬浮和漂浮的物体,浮力等于重力,即而下沉后的物体还要受到容器壁的支持力,故,即
例2 一轮船由海里航行到河里,下列说法正确的是( )
解析轮船由海里航行到河里,根据轮船漂浮的特点可知,其所受的浮力大小等于物体的重力,故正确答案为选项C。
阿基米德原理的内容是:浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力,即
阿基米德原理法常常与二力平衡法相结合使用。
例3 如图2所示,把一个小球分别放入盛满不同液体的甲、乙两个溢水杯中,甲杯中溢出液体的质量是400g,乙杯中溢出液体的质量是500g,则小球质量是________g。
解析根据阿基米德原理知,图甲中小球受到的浮力为
图乙中小球受到的浮力为
而图甲中小球是沉入液体底部的,由二力平衡法分析知,图乙中小球是漂浮在液体表面的,故即,故。
由阿基米德原理知这是求浮力常用的公式
例四三个直径相同的甲球、乙球、丙球分别放入水中,最终平衡时如图3所示,则受到的浮力大小关系是________。
解析三球浸入水中的体积关系为,由浮力公式知。浮力公式是解决浮力大小问题的重要工具,它与其他几种方法相结合,可以解决几乎所有的浮力大小的计算问题。
下面根据公式法与二力平衡法来推导实心物体在液体中的沉浮条件。由二力平衡法的分析知,实心物体完全浸没在液体中有上浮、静止和下沉三种可能:
当时,下沉;当时,悬浮;当时,上浮,最后漂浮。由浮力公式知又因为物体浸没在液体中,故。联立以上各式得:当时,物体将下沉;当时,物体处于悬浮状态;当时,物体将向上运动,最后处于漂浮状态。这是一个重要的结论,请看下面的例题。
例5 测定人体血液密度的方法是:在几支试管内分别装入密度不同的硫酸铜溶液,再向每支试管内滴入一滴血液,若血液在某一支试管内悬浮,那么血液的密度就________(填大于、等于或小于)该试管内硫酸铜溶液的密度。
解析因为血液在试管内硫酸铜溶液中处于悬浮,故ρ血液=ρ硫酸铜,血液的密度等于