探究浮力及影响浮力大小的因素

探究情境

你读过僧人怀丙打捞铁牛的故事吗？宋治平三年（1066），有四头重达万斤的铁牛沉到了河底。由于铁牛太重，谁也想不出办法来打捞。一位名叫怀丙的僧人提出了一个很好的方法：准备两条大船，在船上装满土。两条船一左一右分别排列在铁牛的两边，在船上绑上大木头，用木头钩架住铁牛。然后将船上的土搬走，随着船不断上浮，铁牛也慢慢浮出了水面。怀丙的方法在当时是一个很了不起的创意。现代起重浮艇采用的也是类似的方法，所以怀丙称得上是现代起重浮艇的鼻祖。

探究目标

1．知道物体浸在液体中会受到浮力的作用。

2．通过探究，认识物体浸入液体所受浮力的大小与其所排开液体的重力的关系。

3．认识物体的浮沉条件。

探究准备

弹簧测力计，玻璃缸，刻度尺，水，细线，橡皮泥，塑料瓶，烧杯，溢水杯，圆柱体铁块。

过程和方法

一、感受物体所受的浮力

1．在玻璃缸内倒入一定量的水，取一只盖有瓶盖的空塑料瓶或空心塑料球，将其按入水中，记录你的手感。松手后你将会看到什么现象？

手的感觉：                                       。

松手后你看到的现象：                  ；产生这种现象的原因：                           这艘“小船”能浮在水面上吗？怎样做可以使“小船”能装载更多的“货物”？                                                                                             

（2）把“小船”取出，将它捏成一团后再放到水中，观察发生的现象：                                                       

（3）通过这个实验，你可以得出什么结论？                                                                               

二、用弹簧测力计测量浮力大小

1．取一块圆柱体铁块，把它挂在弹簧测力计下，测出它受到的重力为                              。

2．如图1-1所示，先使圆柱体铁块的一小部分浸入水中，观察弹簧测力计示数的变化，并记录此时弹簧测力计的读数：                 。此时铁块受到的浮力大小为                          。

3、增大圆柱体铁块浸入水中的体积观察弹簧测力计示数的变化，并记录此时弹簧测力计的读数：               。此时铁块受到的浮力大小为                         。

5．在圆柱体铁块全部浸入水中时，增加它浸入水中的深度，观察弹簧测力计示数的变化：            。

6．实验结论：随着圆柱体铁块浸入水中体积的增大，它排开水的体积           ，它受到的浮力也      。当铁块全部浸入水中后，它受到的浮力跟浸入的深度                    。

三、探究浮力大小

1．用弹簧测力计测出金属块所受的重力，如图1-2甲所示。

2．用弹簧测力计测出空烧杯所受的重力，如图1-2乙所示。

3．先将溢水杯中的水倒满，再把金属块浸入盛满水的溢水杯中，用空烧杯承接从溢水杯里排出的水，读出此时弹簧测力计的示数，如图1-2丙所示。

4．用弹簧测力计测出承接了水后的烧杯和排出的水的总重，如图1-2丁所示，求出金属块排出的水的重力。

  甲            乙           丙               丁

图1-2

5．根据实验过程，将测量的数据记录在表1-3中。

表1-3 记录表

6．实验结论：浸在液体里的物体，受到向上的    ，浮力的大小等于物体排开的液体受到的       。

四、探究物体浮沉与物体自重的关系

1．取一个盖紧瓶盖的空塑料瓶，将它全部压入水中，放开手，记录观察到的现象。

2．在塑料瓶中灌一些水，将它全部压入水中，放开手，记录观察到的现象。

3．在塑料瓶中灌满水，将它全部压入水中，放开手，记录观察到的现象。

4．在塑料瓶中灌适量的水，将它全部压入水中后，放开手时，塑料瓶能静止在水中（悬浮）。

5．请把以上观察到的现象和塑料瓶的受力情况填写在表1-4中。

表1-4 记录表

6．实验结论：浸在液体中的物体，当它受到的浮力      所受重力时，物体上浮；当它受到的浮力     所受重力时，物体下沉；当它受到的浮力     所受重力时，物体悬浮在液体中。

思考与讨论

1．有一金属块，如果先后将其浸没在水中1米和2米深处，后者受到的浮力是否为前者的2倍？如何操作才能使金属块在先后浸入水中时受到的浮力存在2倍的关系？   

答：

2．若将金属块浸没在酒精或煤油中，则它受到的浮力大小是否与浸没在水中时相同？为什么？   

答：

3．两个物体的体积相等，但所受的重力不相等。如果将它们浸没在水中，那么它们所受的浮力相等吗？为什么？

答：

4．一只盛满水的杯子里有一个鸡蛋沉在水底，你该怎样做才能使这个鸡蛋浮起来？又该怎样做才能使鸡蛋处于悬浮状态？           

答：

拓展研究

1．如图1-3所示，在一只很薄的塑料袋中装满水，使袋中的空气全部排出，用细线把袋口扎紧，细线另一端挂在弹簧测力计上。然后将塑料袋缓慢浸入水中直至完全浸没，观察弹簧测力计的示数将如何变化。你能解释该现象吗？

2．日常生活中的称量工具有天平、电子秤、弹簧测力计等，利用浮力可以制作“浮力秤”来称量物体的质量。请利用一次性杯子和橡皮泥自制一个“浮力秤”，并谈谈制作中需要注意什么。

3．利用细木棒和铁丝，制作一个测量液体密度的密度计。