浮力產生的分析

李瑞

摘要：經過這幾年的初中物理的教學經歷，我發現學生無論是在學習新知還是中考復習的時候都對浮力產生的原因、理解包括計算都存在很大的問題，因此我對浮力的形成、理解問題進行了思考，在論文中對浮體受力分析、簡單的計算和應用知識。

關鍵詞：壓強；浮力；牛頓第一定律；合力；阿基米德原理

《浮力》是人教版義務教育八年級下冊物理的內容。我們都知道像鴨子這樣能漂在水面上的物體，是因為它們受到向上力的作用才沒有下沉。那么沉在水中的石塊也會受到向上力的作用嗎？鋼鐵制造的輪船又是怎樣漂浮在海面上的呢？

例如：一個立方體物塊放入有水的燒杯中，根據液體內部壓強的特點物塊在水中受到液體對的壓力，因為液體內部朝各個方向都有壓強；在同一深度，各個方向壓強相等。深度增大，液體的壓強增大。因此物塊的上方受到液體對它的壓強，同時物塊的下方也受到液體對它的壓強，但是物塊底部在水中的深度比上部大，因此受到的壓強較大，則物塊下底受到液體的向上的壓力較大。又因為物塊每個面的面積相同，則F=PS，F下表面=P下表面*S（方向豎直向上）；F上表面=P上表面*S（方向豎直向下）；又P下表面>P上表面；則F下表面>F上表面。物塊上、下底面的壓力差即表現為豎直向上的浮力，物塊上方受到的壓力和木塊底部受到壓力合力就木塊受到的浮力，浮力實際上是合力。這個力等于被物體所排開的液體的重量。原因是根據浸在靜止流體中的物體受到流體作用的合力大小等于物體排開的流體的重力。

當浮體的底面沒有液體時，液體對浮體就沒有向上的壓強，也就沒有液體對浮體向上的壓力，只有液體對物體向下的壓力，因此物體不會受到浮力。浮力存在的條件就是浮體下方有液體或氣體，這樣上下才會有壓力差。

當然實際生活中這種現象并不多，因為只要其間有一層很薄的液膜，就能傳遞壓強，底面就有向上的壓力，物體上下表面有了壓力差，物體就會受到浮力。此時受到浮力就等于方塊下方受到豎直向上的壓力。依據：P=ρgh。則下方受到的壓力為：F=PS=ρgh*S=ρgV排。阿基米德原理公式：F浮=G排=ρ液gV排。h為浸入液體部分的高度。

產生浮力的根本原因是重力的作用，重力使液體（或氣體）中的壓強隨深度的增加而加大.正因為如此，物體在液體（或氣體）中所受液體（或氣體）向上的壓力才會大于向下的壓力；或者說，所受液體（或氣體）壓力的合力方向才會豎直向上.

研究在進入液體中的物體的沉浮條件，主要運用牛頓第一定律來分析物體的沉浮條件，現在用力的示意圖來分析燒杯中木塊受到的力，木塊受到的力是：（1）重力（2）液體對它的向上的力；

木塊的運動狀態是靜止狀態，根據牛頓第一定律可以發現，物體是處于靜止或勻速直線運動時物體受到的一切力的合力為零，根據這個道理選一個參考方向，是因為力是即有方向又有大小的物理量，可以選豎直向上為參考方向，跟參考方向同向為取正，反方向為負；

F+（-G）=0

上式等于零的原因是木塊在水中的運動狀態是靜止狀態，根據牛頓第一定律：上式等于零；

由上式可以得到

F=G

受到兩個力的作用，一個是豎直向下的重力，一個是豎直向上的浮力。物體在液體中的狀態是取決于它受到的重力和浮力的大小。

1）當F>G時，物體上浮，此時物體受到的合力的方向是豎直向上的，運動狀態是物體在液體中向上運動。

2）當F

3）當F=G時，物體懸浮在液體中，物體可以靜止在液體中的任意位置

浮力的應用

1.輪船

①輪船是采用“空心”法來增大排開水體積從而增大浮力，使它浮于水面的，它們受到的浮力等于船的總重力。

②輪船浮力的大小通常用排水量來表示，排水量是指輪船滿載時排開的水的質量，根據漂浮條件知，m排=G船+G貨物。

2.潛水艇

潛水艇是靠改變自身的重力來實現浮沉的。潛水艇為了實現升降，必須使浮力大小不等于重力，潛水艇在水下時，由于潛水艇的體積不能任意改變，因此浮力是不變的，要想控制上浮、下沉就只有改變自重。潛水艇兩側都有水艙，與高壓氣艙相連，高壓氣體能將水從水艙內排出，減小潛水艇重力，當其小于浮力時潛水艇就上浮；當浮力大小等于重力，潛水艇可在水中任意位置保持靜止即懸浮；關閉高壓氣艙，使進水口打開，在水壓作用下水艙進水，自重增大到大于浮力時，潛水艇開始下沉。

3.氣球和飛艇

氣球和飛艇是漂浮在空中的，內部所充氣體的密度必須小于空氣的密度，一般充有氫氣或氦氣，充氣時體積增大，浮力增大，當浮力增大到大于其重力時，氣球和飛艇就上升；反之，排出一部分氫氣或氦氣時，氣球和飛艇就下降，因此它們是通過改變體積來實現上升和下降的。

熱氣球是通過加熱的方式使氣球內氣體熱膨脹，從而減小氣體的密度，因此熱氣球只要停止加熱，氣球體積就會縮小，浮力減小，降回地面。

總結：當一個浮體的在液體（氣體）中某一位置時，浮體的下表面受到的壓強大于上表面受到的壓強，因此下表面受到液體（氣體）對浮體向上的壓力大于上表面受到液體（氣體）對浮體向下的壓力，即上下表面的壓力差就是浮體所受到的浮力

（作者單位：新疆維吾爾自治區阿克蘇地區拜城縣第二中學842300）