沪科版(2024)八年级物理全一册 · 第 9 章

第 11 课
浮力

浮力与产生原因 · 称重法 F浮=G−F拉 · 阿基米德原理 F浮=G排=ρ液gV排 · 浮沉条件 · 浮力的应用
完整教学包:知识点脑图 · 历史故事 · 数学工具 · 互动实验 · 测试环境(单元练习 / 中考真题 / 拔高挑战)
按 ← / → 或 空格键翻页

目标本节目标

  • 理解浮力及其产生原因:浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的托力;浮力来源于物体上、下表面的压力差。
  • 会用称重法测浮力:F浮 = G − F拉。
  • 掌握阿基米德原理:F浮 = G排 = ρ液gV排,能进行公式变形与比例分析。
  • 掌握物体浮沉条件:比较 F浮 与 G,或比较 ρ物 与 ρ液,判断上浮(漂浮)、悬浮、下沉。
  • 了解浮力的应用:轮船、潜水艇、气球飞艇、密度计、盐水选种等。

本课重点等级

★★★ 重点:阿基米德原理、物体浮沉条件 | ★★☆ 一般:浮力概念与方向、浮力产生原因、浮力的应用(详见各知识点幻灯片)

脑图知识点脑图

浮力
浮力概念
方向:竖直向上
对象:浸在液体或气体中的物体
产生原因
要点:上、下表面压力差
公式:F浮 = F下 − F上
阿基米德原理 ★★★
公式:F浮 = G排 = ρ液gV排
要点:与材料、形状、浸没深度无关
浮沉条件 ★★★
力判:F浮>G 上浮 / =G 悬浮 / <G 下沉
密判:ρ物 与 ρ液 比较
应用
轮船 · 潜水艇
气球飞艇 · 密度计

中心 = 浮力;一级分支 = 五大知识点;二级分支 = 要点与核心公式。阿基米德原理与浮沉条件为本课 ★★★ 重点。

历史历史故事:阿基米德与皇冠 · 泰坦尼克号的沉没

传说阿基米德与浮力:洗澡盆里溢出的水

两千多年前的古希腊,科学家阿基米德(约公元前 287—前 212 年)受国王之托,要判断工匠打造的金冠是否掺了假,但不能把金冠破坏。传说(传说)他冥思苦想多日,有一天跨进澡盆洗澡时,看到水从盆里溢出,突然顿悟:物体浸入水中会排开一部分水,排开水的多少与物体的体积有关——由此可以检验金冠是否纯金!他兴奋地跳出澡盆,光着身子跑上大街高喊"尤里卡!尤里卡!(我找到了!)"。

传说(传说)他用与金冠等重的纯金块和银块分别放入水中,比较三者排开水的体积,发现金冠排开的水多于等重的纯金块,从而判断出金冠里掺了银。这个故事虽无法考证,但它生动地指向了本课的核心:浮力的大小与物体排开液体所受的重力有关。

史实泰坦尼克号:为什么"永不沉没"的巨轮会沉没?

1912 年 4 月 14 日深夜,号称"永不沉没"的巨型邮轮泰坦尼克号在北大西洋首航时撞上冰山,船体进水,最终沉没,1500 多人遇难。这艘排水量超过 5 万吨的钢铁巨轮,平时能稳稳浮在海面上;但当冰山把船体划开大口子、海水大量涌入船舱后,轮船排开水的"本领"被破坏,浮力不足,最终倾覆。

这引出了本课要回答的问题:巨大的钢铁轮船为什么能浮在水上?浮力究竟有多大?怎样才能让物体浮起来、又怎样让它沉下去?——答案就在阿基米德原理与浮沉条件中。

启示

一个传说引出"排开水"的猜想,一次海难引出"浮力不足"的现实——本课的「浮力」就此登场。

知识 1浮力概念与方向

浮力:浸在液体(或气体)中的物体,受到液体(或气体)对它竖直向上的托力浮力的方向总是竖直向上;施力物体是液体(或气体),受力物体是浸入其中的物体

掌握概要

★★☆一般

会判断物体是否受浮力、浮力的方向与施力物体;能区分"漂浮""上浮""悬浮"等状态描述。

举一反三:① 用力的示意图规范画出浮力(三要素:作用点、方向竖直向上、大小),与重力作图对比训练;② 浮力概念衔接流体力学入门——液体对浸入物体的作用(联系第 10 课 p=ρgh 压强知识)。

【物理】物理规律

  • 浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的托力——浮力,方向总是竖直向上。
  • 气体同样能产生浮力:气球、飞艇充入密度小于空气的气体后,受到的空气浮力大于自身重力,便能升空。

【数学】数学工具

  • 用"压力差"定量理解:F浮 = F下 − F上,方向向上。
  • 联系 p=ρgh:深度越深压强越大,下表面压强必大于上表面压强。

【生活】生活案例

  • 游泳:人在水中感觉被水"托"起来、身体变轻。
  • 氢气球、热气球升上天空(气体浮力)。
  • 救生圈套在身上能让人浮在水面。
案例

游泳时身体被水"托"起变轻(液体浮力);氢气球升空(气体浮力);套上救生圈能浮在水面。

知识 2浮力产生原因(上下表面压力差)

产生原因:物体上、下表面受到液体的压力差(下表面压力 > 上表面压力)F浮 = F下 − F上;若下表面不受液体压力(如桥墩与河底紧密接触),则物体不受浮力

掌握概要

★★☆一般

能说出浮力产生的原因,能判断"桥墩、打入河底的桩柱"为何不受浮力。

举一反三:① 压力差法求浮力:已知上下表面深度、受力面积,用 F=ρghS 计算压力差(中考压强浮力综合题的常见入口);② 理解"浮力是液体对物体表面压力的合力",水平方向压力相互抵消。

【物理】物理规律

  • 液体压强随深度增大而增大(p=ρgh):上表面深度小、受向下的压力小;下表面深度大、受向上的压力大。
  • 物体上、下表面受到液体的压力差就是浮力;气体同理。
  • 若下表面与容器底紧密接触(如桥墩打入河底),下表面不受液体压力,则不受浮力。

【数学】数学工具

  • F浮 = F下 − F上(减法关系),方向向上。
  • 各面压力:F = pS = ρghS,深度不同→压力不同。

【生活】生活案例

  • 桥墩、拦河坝底部与河床紧密接触,不受浮力。
  • 人站在水中的越深处,身体下部压力越大(上下压力差明显)。
案例

桥墩打入河底,下表面没有水,不受浮力;而船底、潜艇外壳下表面有水,受向上的浮力。

知识 3称重法测浮力

F浮 = G − F拉先测空气中重力 G,再测浸入液体后弹簧测力计示数 F拉;由三力平衡 G = F浮 + F拉 移项得到——测力计示数减小的量就是浮力

掌握概要

★★☆一般(方法)

会用称重法测量浮力;知道"未浸没前浸入越深 F拉 越小、完全浸没后 F拉 不变"。

举一反三:① 称重法 + 阿基米德原理可间接测密度:ρ物 = G/(G−F浮)·ρ液(浮力法测密度,中考试验探究常考);② 体会"转换法":用可测量的重力、拉力把不可直接测量的浮力"转换"出来。

【物理】物理规律

  • 物体浸入液体中受 G(向下)、F浮(向上)、F拉(向上),三力平衡:G = F浮 + F拉。
  • 弹簧测力计读数减小,减小的数值就是浮力大小。
  • 完全浸没后,F拉 不再随深度变化,F浮 保持不变。

【数学】数学工具

  • 减法公式:F浮 = G − F拉(代数移项)。
  • 示例:G=4.9 N、浸入水中 F拉=2.9 N → F浮 = 4.9 − 2.9 = 2.0 N。

【生活】生活案例

  • 用弹簧测力计吊石块测浮力。
  • 在水里提起装满水的水桶,比出水面后轻——浮力"帮了忙"。
案例

用弹簧测力计吊石块:空气中示数 G=4.9 N,浸入水中后示数 F拉=2.9 N,则 F浮 = 2.0 N。

知识 4阿基米德原理 ★★★

F浮 = G排 = ρ液gV排浸在液体中的物体受到的浮力,等于它排开的液体所受的重力;ρ液 一定时 F浮∝V排,V排 一定(浸没)时 F浮∝ρ液;对气体同样适用

掌握概要

★★★重点

能完整叙述阿基米德原理,会代入 ρ液、V排 计算浮力,理解"浮力与物体材料、形状、浸没深度无关"。

举一反三:① 浮力→流体力学:升力与伯努利方程(高中),飞机机翼上方流速快、压强小产生升力;② 用阿基米德原理测密度——排水量法测固体体积、密度计测液体密度。

【物理】物理规律

  • 内容:F浮 = G排;由 G排=m排g=ρ液V排g 得 F浮 = ρ液gV排。
  • 浮力只由 ρ液 与 V排 决定,与材料、形状、浸没深度无关。
  • 对气体适用:F浮 = ρ气gV排。

【数学】数学工具

  • 乘法(正比)关系;变形:V排 = F浮/(ρ液g)、ρ液 = F浮/(gV排)。
  • 示例:V=1×10⁻³ m³ 物体完全浸没水中,F浮=1.0×10³×9.8×1×10⁻³=9.8 N=G排。

【生活】生活案例

  • 空矿泉水瓶越往下按越费力(V排 越大,F浮 越大)。
  • 轮船"排水量"越大,F浮 越大,能装载的货物越多。
  • 物体完全浸没后,F浮 不再随深度变化。
案例

把空矿泉水瓶逐步按入水中,越往下越费力——V排 增大、F浮 增大;物体浸没后再加深,V排 不变、F浮 不变。

知识 5物体浮沉条件 ★★★

比较 F浮 与 G:F浮>G 上浮(最终漂浮 F浮=G);F浮=G 悬浮;F浮<G 下沉(最终沉底)密度判断法:ρ物<ρ液 上浮/漂浮;ρ物=ρ液 悬浮;ρ物>ρ液 下沉

掌握概要

★★★重点

会用"力判断法"与"密度判断法"判定物体浮沉;区分漂浮与悬浮(F浮=G 的两种平衡,浸没程度与密度关系不同)。

举一反三:① 浮力与密度综合计算(中考力学压轴常考:由漂浮 F浮=G 求 ρ物、V排、露出比例);② 仿生应用:鱼靠鱼鳔、潜水艇靠注排水改变重力实现浮沉。

【物理】物理规律

  • 浸没时:F浮>G → 上浮;F浮=G → 悬浮;F浮<G → 下沉。
  • 上浮的最终状态是漂浮(F浮=G,部分露出液面);下沉的最终状态是沉底。
  • 悬浮:全部浸没(ρ物=ρ液);漂浮:部分露出(ρ物<ρ液)。

【数学】数学工具

  • 本质是比较大小:F浮↔G,或 ρ物↔ρ液(公式变形等价)。
  • 漂浮时 V排/V物 = ρ物/ρ液:木块 ρ≈0.6×10³ kg/m³,漂浮时约 60% 体积浸入水中。
  • 同一物体漂浮在不同液体中,F浮=G 不变;ρ液 越大 V排 越小,露出越多。

【生活】生活案例

  • 木块上浮、最终漂浮;铁块下沉到水底。
  • 鱼靠鱼鳔充气、放气改变体积(V排)实现上浮、下沉与悬停。
  • 盐水选种:饱满种子下沉、干瘪种子漂浮。
案例

木块(ρ<ρ水)松手后上浮、最终漂浮;铁块(ρ>ρ水)下沉到水底;鱼通过鱼鳔胀大(V排 增大、F浮 增大)上浮、收缩下沉,调节到 F浮=G 时悬停。

知识 6浮力的应用

轮船(空心增大 V排)|潜水艇(注水/排水改 G)|气球飞艇(充密度小于空气的气体)|密度计(漂浮,刻度上小下大)轮船漂浮时 F浮=G 不变:从江入海 ρ液 变大 → V排 变小 → 船身露出更多(上浮一些)

掌握概要

★★☆一般

能说明轮船、潜水艇、气球飞艇、密度计浮沉的原理,知道排水量的含义。

举一反三:① 推导密度计刻度"上小下大、上疏下密"的原理(漂浮 F浮=G 不变,V排 与 ρ液 成反比);② 浮力在海洋工程中的应用:浮船坞、打捞沉船(往浮筒充气增大浮力托起沉船)。

【物理】物理规律

  • 轮船:钢铁做成空心船体增大 V排,使 F浮=G;"排水量"=满载时排开水的质量。
  • 潜水艇:V排 基本不变,靠注水/排水改变自身重力实现浮沉。
  • 气球飞艇:充入密度小于空气的气体(氢气、氦气、热空气)升空。
  • 密度计:始终漂浮(F浮=G),ρ液 越大浸入越浅,刻度上小下大。

【数学】数学工具

  • 漂浮时 V排 = G/(ρ液g):ρ液 越大 V排 越小。
  • 轮船"从江入海":F浮=G 不变,海水密度大 → V排 变小 → 上浮。
  • 排水量换算:m排 → G排=m排g → F浮=G排。

【生活】生活案例

  • 轮船从江驶入海会上浮一些。
  • 潜水艇注水下潜、排水上浮。
  • 密度计插在密度大的液体里浸入浅、在密度小的液体里浸入深。
案例

轮船从江驶入海:全程漂浮 F浮=G 不变,海水密度大 → V排 变小,船身露出更多(上浮);潜水艇注水使 G>F浮 下潜;密度计漂浮时液面所对刻度即液体密度。

数学数学工具:把浮力"算得清、比得明"

工具 1 称重法:F浮 = G − F拉

F浮 = G − F拉由三力平衡 G = F浮 + F拉 移项得到——一条"减法"公式

【理解】空气中示数 = G;浸入液体后示数 = F拉。示数减小的量就是浮力。

【计算示例】空气中 G=4.9 N,完全浸入水中 F拉=2.9 N:F浮 = 4.9 − 2.9 = 2.0 N。

【易错提醒】F拉 是"浸入液体后"的测力计示数;浸入越深(未浸没前)F拉 越小、F浮 越大。

工具 2 阿基米德原理公式变形与比例

F浮 = ρ液gV排 ⟶ V排 = F浮/(ρ液g) ⟶ ρ液 = F浮/(gV排)乘法(正比)公式:ρ液 一定时 F浮∝V排;V排 一定(浸没)时 F浮∝ρ液

【比例 1】ρ液 一定时,F浮∝V排:空矿泉水瓶慢慢按入水中,浸入越多 V排 越大、浮力越大、手越费力。

【比例 2】V排 一定(浸没)时,F浮∝ρ液:同一铁块完全浸没在盐水里比浸在水里受到的浮力大;轮船从江入海浮力不变、V排 变小。

【计算示例】体积 1 dm³(1×10⁻³ m³)物体完全浸没水中(ρ水=1.0×10³ kg/m³,g=9.8 N/kg):F浮 = 1.0×10³×9.8×1×10⁻³ = 9.8 N;G排 同为 9.8 N,验证 F浮 = G排。

情景V排(m³)ρ液(kg/m³)F浮=ρ液gV排(N)
浸入 1/2 体积(水)0.5×10⁻³1.0×10³4.9
完全浸没(水)1×10⁻³1.0×10³9.8
完全浸没(盐水 ρ≈1.1×10³)1×10⁻³1.1×10³10.78

【易错提醒】V排 是"排开液体的体积":漂浮时 V排 < V物,浸没时 V排 = V物。单位统一:ρ液 用 kg/m³、V排 用 m³,才能得到 N。

集锦案例集锦:浮力在生活中的应用

知识点生活案例
浮力及产生原因游泳被水托起、氢气球/热气球升空(气体浮力)、救生圈托人、桥墩不受浮力
称重法测浮力弹簧测力计吊石块测浮力(G−F拉);水中提水桶比出水面轻
阿基米德原理空矿泉水瓶越按越费力(V排 增大);轮船排水量越大载货越多;浸没后浮力不随深度变化
物体浮沉条件木块上浮漂浮、铁块下沉;鱼靠鱼鳔改变体积悬浮;盐水选种(饱满下沉、干瘪漂浮)
浮力的应用轮船从江入海上浮(海水密度大 V排 小);潜水艇注排水浮沉;气球飞艇充轻气升空;密度计刻度上小下大
拓展

救生圈/救生衣(泡沫材料提供大浮力);打捞沉船(往浮筒充气增大浮力托起船体)——都是阿基米德原理与浮沉条件的直接应用。

实验 1阿基米德原理互动:验证 F浮 = G排

弹簧测力计吊物块逐步浸入溢水杯

拖动「浸入深度」滑杆,让弹簧测力计吊着的物块逐步浸入装满水的溢水杯中(0 → 完全浸没 → 继续加深)。观察:弹簧测力计示数逐渐减小、浮力逐渐增大;被排开的水从溢水口流入量筒。实时对比 F浮 与 G排 的数值,验证阿基米德原理;完全浸没后再加深,V排 与 F浮 都不再变化。
物块:质量 2 kg,重力 G=19.6 N,体积 1×10⁻³ m³(10 cm×10 cm×10 cm)。完全浸没时 F浮=ρ水gV排=9.8 N。
说明:物块底面积 10 cm×10 cm=100 cm²,浸入深度 d cm 时 V排 = 100d cm³ = d×10⁻⁴ m³(d≤10 cm 时)。F浮 = 1.0×10³×9.8×V排 = 0.98×d N(d≤10),完全浸没(d≥10 cm)时 F浮 恒为 9.8 N;G排=ρ水gV排 与 F浮 恒相等。水的密度 1.0×10³ kg/m³,g=9.8 N/kg。
在课程内容页做实验 →

实验 2物体浮沉条件互动:密度比一比

调节物体密度与液体密度,观察浮沉

用两条滑杆分别调节小球的密度(0.5~2.5 g/cm³)与液体的密度(0.8~1.3 g/cm³,默认水 1.0 g/cm³)。系统实时比较 ρ物 与 ρ液,判断小球上浮漂浮 / 悬浮 / 下沉,小球在容器中的位置随之动画变化。
ρ物=0.60 g/cm³ < ρ液=1.00 g/cm³ → 上浮,最终漂浮(F浮=G)
浮沉条件:浸没时比较 F浮 与 G:F浮>G 上浮(最终漂浮 F浮=G);F浮=G 悬浮;F浮<G 下沉(最终沉底)。用密度判断:ρ物<ρ液 上浮/漂浮;ρ物=ρ液 悬浮;ρ物>ρ液 下沉。
在课程内容页做实验 →

思考思考题(想一想,再看答案)

1. 轮船从江里驶入海里,为什么会上浮一些?

轮船始终漂浮,F浮=G 不变。由 F浮=ρ液gV排 知,V排=G/(ρ液g)。海水密度大于江水,ρ液 变大、V排 变小——船排开水的体积减小,船身露出水面的部分变多,所以上浮一些。

2. 潜水艇是怎样实现上浮和下潜的?

潜水艇的体积(V排)基本不变,受到的浮力基本不变,它靠改变自身的重力实现浮沉:向水柜注水,重力 G 增大,当 G>F浮 时下沉;排出水柜里的水,重力 G 减小,当 G<F浮 时上浮;把重力调节到 G=F浮 时,可悬浮在某一深度。

3. 物体完全浸没在液体中后,深度增加,浮力会变化吗?

不会。物体完全浸没后,V排=V物 不再改变;同一液体中 ρ液 也不变,由 F浮=ρ液gV排 知浮力保持不变。(前提是深度变化不引起液体密度明显变化。)

测试 1测试环境 · 单元练习(基础)

选择题点击选项即时反馈对错并显示解析;填空题在输入框作答,移开光标自动比对。共 6 题,覆盖本课全部知识点。

本部分得分:0 / 6测试环境总得分:0 / 12

测试 2测试环境 · 中考真题(真实可查证)

以下为近年中考物理真题(浮力 / 阿基米德原理 / 浮沉相关),每题标注来源。选择题点击选项即时反馈对错并显示解析。

本部分得分:0 / 4测试环境总得分:0 / 12

测试 3测试环境 · 拔高挑战(物理竞赛真题)

以下为全国初中应用物理知识竞赛真题(浮力部分,真实可查证),每题标注来源(届数 / 题号)。

本部分得分:0 / 2测试环境总得分:0 / 12
真题来源说明

中考真题与竞赛真题均来自公开可查证的试卷资料(如历年中考物理真题汇编、历届全国初中应用物理知识竞赛试题汇编),题目与官方参考答案一致,未作虚构或改写。

小结本课要点

  • 浮力:浸在液体(气体)中的物体受竖直向上的托力;产生原因 = 上下表面压力差(F浮=F下−F上)。
  • 称重法:F浮 = G − F拉(测力计示数减小的量 = 浮力)。
  • 阿基米德原理 ★★★:F浮 = G排 = ρ液gV排;ρ液 一定时 F浮∝V排,浸没后 V排 不变浮力不变。
  • 浮沉条件 ★★★:F浮>G 上浮(漂浮 F浮=G);F浮=G 悬浮;F浮<G 下沉(沉底);或比较 ρ物 与 ρ液。
  • 应用:轮船(空心、从江入海上浮)、潜水艇(注排水)、气球飞艇(轻气)、密度计(刻度上小下大)。

数学工具:称重法减法公式、F浮=ρ液gV排 公式变形与比例关系(V排、ρ液 与 F浮 的乘积关系)。物理数值按沪科版教材:g=9.8 N/kg,水密度 1.0×10³ kg/m³。

测试环境进度:单元练习 0/6 · 中考真题 0/4 · 拔高挑战 0/2(总得分 0/12,随作答实时更新)

打开课程内容页复习 / 做实验 →
🏠 返回主页
1 / 19
提示:按 ← / → 或 空格键翻页