初中物理：实验探究：浮力的大小和哪些因素有关

浮力指物体在流体（包括液体和气体）中，各表面受流体（液体和气体）压力的差（合力）。公元前245年，阿基米德发现了浮力原理。浮力的定义式为F浮=G排(即物体浮力等于物体下沉时排开液体的重力)，计算可用它推导出公式F浮=ρ液gV排（ρ液：液体密度，单位千克/立方米；g：重力与质量的比值g=9.8N/kg在粗略计算时，g可以取10N/kg，单位牛顿；V排：排开液体的体积，单位立方米）。液体的浮力也适用于气体。

简介

物体在液体中所受浮力的大小，只跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关，与物体本身的密度、运动状态、浸没在液体中的深度等因素无关。在水中，虽然比水密度大的物体会下沉，比如石头、铁块；比水密度小的物体会上升，比如塑料、木头，但是它们本身的浮力不变。在其他液体和气体中也存在同样的规律。

例如木头能在水中漂浮，轮船能在大海中航行都是浮力的贡献。浮力来源于物体上表面和下表面的压力差。浮力的方向和重力相反，可以简单地这样理解：重力要把所有想跑的物体拉回地面，而浮力是帮助物体离开地面。

五千多年前的来自希腊的伟大的无私的物理学家阿基米德虽然是偶然发现的这一定论，但那是不是说铁做的东西就永远无法漂在水面上了呢?上面举的例子都是实心的物体。如果我们把铁块做成一个空心的东西，就像生活中看到的轮船或者是铁皮做的油箱，它们还是可以浮在水面上的。任何一个物体只要它在水中排开水的重量大于它自己的重量，它就能在水中漂浮。比如我们戴上救生圈就能浮在水中就是因为救生圈帮我们“排开”了更多的水。

气体对物体的浮力

为了能够飘在空中，我们就需要寻找比空气更轻的东西。大家首先想到了氢气，在以前，氢气世界上已知密度最小的气体，因此人们把氢气充入气球，就可以乘坐气球在天空中飞行。但是氢气是易燃易爆气体，氢气球一旦操作不慎就会爆炸，后来人们发现了另一种密度也比空气小的气体——氦气。氦气是惰性气体，即使用火去点也点不着，所以人们逐渐用氦气球和热气球取代氢气球。

实验探究：浮力的大小和哪些因素有关

【提出问题】浮力的大小跟哪些因素有关。

【猜想与假设】

（1）浮力的大小可能跟物体浸在液体中的体积有关

（2）浮力的大小可能跟液体的密度有关。

（3）浮力的大小可能跟物体的密度有关。

（4）浮力的大小可能跟液体的深度有关。

【设计实验】取弹簧测力计、体积相同的铁球和铜球、盛有相同体积盐水和水的烧杯，利用称重法测量不同情况下铁球和铜球受到的浮力，来验证猜想。

【进行实验与收集数据】

（1）探究浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度的关系

使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸没在相同液体中的不同深度时的拉力大小，并记录数据。可以发现，物体的拉力没有变化。

可得出以下实验结论：浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度无关。

（2）探究浮力的大小跟物体浸在液体中的体积的关系

使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸在相同液体中体积不同时的拉力大小，并记录数据。可以发现，物体的拉力随浸没在液体中的体积改变。

可得出以下实验结论：浮力的大小跟物体浸在液体中的体积有关。物体浸在液体中的体积越大，物体所受的浮力就越大。

（3）探究浮力的大小跟液体的密度的关系

使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸没在密度不同的液体中时的拉力大小，并记录数据。（注意：实验时要使铁球浸没的深度相同）可以发现，物体在密度不同的液体中拉力改变。

可得出以下实验结论：浮力的大小跟液体的密度有关。液体的密度越大，物体所受浮力就越大。

（4）探究浮力的大小跟物体的密度的关系

使用弹簧测力计分别测出体积相同的铜球和铁球的重力以及浸没在水中时的拉力大小，并记录数据。（注意：实验时要使铜球和铁球浸没的深度相同）可以发现，铜球和铁球的拉力虽然不同，但F浮=G－F拉相同。

可得出以下实验结论：浮力的大小跟物体的密度无关。

【实验结论】物体在液体中所受的浮力的大小，只跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，物体所受的浮力就越大。

【注意事项】

（1）在探究过程中，应注意沿竖直方向拉弹簧测力计，且物体不能与容器底部或侧壁相接触。

（2）读数时，应等弹簧测力计示数稳定后再读数。

（3）实验时烧杯内的液体体积要适中，应以能浸没物体又不能溢出液体为准。

（4）探究过程中，把物体浸入液体时要缓慢，以免溅出液体。

【实验思想方法】

控制变量法：本实验主要应用了控制变量法；

转换法：在探究过程中，通过弹簧测力计的示数的变化情况来反应物体所受浮力的变化情况，这里应用了转换法；

比较法：在探究过程中，通过比较物体在不同条件下所受的浮力，从而分析得到影响浮力大小的因素，这里应用了比较法；

称重法。