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浮力
流體中物體表面受流體壓力的差
基本信息
| 中文名 | 浮力 |
| 別名 | 流體浮力 |
| 外文名 | buoyancy |
| 提出者 | 阿基米德（Archimedes） |
| 提出時間 | 公元前245年 |
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簡介
物體在液體中所受浮力的大小，只跟它浸在液體中的體積和液體的密度有關(guān)，與物體本身的密度、運(yùn)動狀態(tài)、浸沒在液體中的深度等因素?zé)o關(guān)。在水中，雖然比水密度大的物體會下沉，比如石頭、鐵塊；比水密度小的物體會上升，比如塑料、木頭，但是它們本身的浮力不變。在其他液體和氣體中也存在同樣的規(guī)律。
例如木頭能在水中漂浮，輪船能在大海中航行都是浮力的貢獻(xiàn)。浮力來源于物體上表面和下表面的壓力差。浮力的方向和重力相反，可以簡單地這樣理解：重力要把所有想跑的物體拉回地面，而浮力是幫助物體離開地面。
五千多年前的來自希臘的偉大的無私的物理學(xué)家阿基米德雖然是偶然發(fā)現(xiàn)的這一定論，但那是不是說鐵做的東西就永遠(yuǎn)無法漂在水面上了呢?上面舉的例子都是實(shí)心的物體。如果我們把鐵塊做成一個空心的東西，就像生活中看到的輪船或者是鐵皮做的油箱，它們還是可以浮在水面上的。任何一個物體只要它在水中排開水的重量大于它自己的重量，它就能在水中漂浮。比如我們戴上救生圈就能浮在水中就是因?yàn)榫壬臀覀儭芭砰_”了更多的水。
氣體對物體的浮力
實(shí)驗(yàn)探究
實(shí)驗(yàn)探究：浮力的大小和哪些因素有關(guān)
【提出問題】浮力的大小跟哪些因素有關(guān)。
【猜想與假設(shè)】
（1）浮力的大小可能跟物體浸在液體中的體積有關(guān)
（2）浮力的大小可能跟液體的密度有關(guān)。
（3）浮力的大小可能跟物體的密度有關(guān)。
（4）浮力的大小可能跟液體的深度有關(guān)。
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)】
（1）探究浮力的大小跟物體浸沒在液體中的深度的關(guān)系
使用彈簧測力計(jì)測出鐵球的重力和浸沒在相同液體中的不同深度時的拉力大小，并記錄數(shù)據(jù)。可以發(fā)現(xiàn)，物體的拉力沒有變化。
可得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：浮力的大小跟物體浸沒在液體中的深度無關(guān)。
（2）探究浮力的大小跟物體浸在液體中的體積的關(guān)系
使用彈簧測力計(jì)測出鐵球的重力和浸在相同液體中體積不同時的拉力大小，并記錄數(shù)據(jù)。可以發(fā)現(xiàn)，物體的拉力隨浸沒在液體中的體積改變。
可得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：浮力的大小跟物體浸在液體中的體積有關(guān)。物體浸在液體中的體積越大，物體所受的浮力就越大。
（3）探究浮力的大小跟液體的密度的關(guān)系
使用彈簧測力計(jì)測出鐵球的重力和浸沒在密度不同的液體中時的拉力大小，并記錄數(shù)據(jù)。（注意：實(shí)驗(yàn)時要使鐵球浸沒的深度相同）可以發(fā)現(xiàn)，物體在密度不同的液體中拉力改變。
可得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：浮力的大小跟液體的密度有關(guān)。液體的密度越大，物體所受浮力就越大。
（4）探究浮力的大小跟物體的密度的關(guān)系
使用彈簧測力計(jì)分別測出體積相同的銅球和鐵球的重力以及浸沒在水中時的拉力大小，并記錄數(shù)據(jù)。（注意：實(shí)驗(yàn)時要使銅球和鐵球浸沒的深度相同）可以發(fā)現(xiàn)，銅球和鐵球的拉力雖然不同，但F浮=G－F拉相同。
可得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：浮力的大小跟物體的密度無關(guān)。
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】物體在液體中所受的浮力的大小，只跟它浸在液體中的體積和液體的密度有關(guān)。物體浸在液體中的體積越大、液體的密度越大，物體所受的浮力就越大。
【注意事項(xiàng)】
（1）在探究過程中，應(yīng)注意沿豎直方向拉彈簧測力計(jì)，且物體不能與容器底部或側(cè)壁相接觸。
（2）讀數(shù)時，應(yīng)等彈簧測力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)。
（3）實(shí)驗(yàn)時燒杯內(nèi)的液體體積要適中，應(yīng)以能浸沒物體又不能溢出液體為準(zhǔn)。
（4）探究過程中，把物體浸入液體時要緩慢，以免濺出液體。
【實(shí)驗(yàn)思想方法】
- 控制變量法：本實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用了控制變量法；
- 轉(zhuǎn)換法：在探究過程中，通過彈簧測力計(jì)的示數(shù)的變化情況來反應(yīng)物體所受浮力的變化情況，這里應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法；
- 比較法：在探究過程中，通過比較物體在不同條件下所受的浮力，從而分析得到影響浮力大小的因素，這里應(yīng)用了比較法；
- 稱重法。
基本定義
概念
浸在液體或氣體里的物體受到液體或氣體豎直向上托的力叫做浮力。
解釋
浮力：浸在液體(或氣體)里的物體受到液體(或氣體)向上托的力。
浮力的方向：與重力方向相反，豎直向上。
浮力產(chǎn)生的原因：浸在液體或氣體里的物體受到液體或氣體對物體向上的和向下的壓力差。
物體在液體中下表面受到的壓力大于物體在液體中上表面受到的壓力，所以合力為F向上-F向下，原因是液體內(nèi)部向各個方向都有壓強(qiáng)，那么物體上表面受到液體給它的一個向下的壓力，而物體下表面受到液體給它的一個向上的壓力。由于在同種液體中，深度越大，壓強(qiáng)越大，所以物體下表面受到的壓力很明顯要大于物體上表面受到的壓力，所以是F向上-F向下（理論推導(dǎo)）。
浮心
實(shí)物分析
產(chǎn)生浮力的原因，可用浸沒在液體內(nèi)的正立方體的物體來分析。該物體系全浸之物體，受到四面八方液體的壓力
，而且是隨深度的增加而增大的。所以這個正立方體的前后、左右、上下六個面都受到液體的壓力。因?yàn)樽饔迷谧笥覂蓚€側(cè)面上的力由于兩側(cè)面相對應(yīng)，而且面積大小相等，又處于液體中相同的深度，所以兩側(cè)面上受到的壓力大小相等，方向相反，兩力彼此平衡。同理，作用在前后兩個側(cè)面上的壓力也彼此平衡。但是上下兩個面因?yàn)樵谝后w中的深度不相同，所以受到的壓強(qiáng)也不相等。上面的壓強(qiáng)小，下面受到的壓強(qiáng)大，下面受到向上的壓力大于上面受到的向下的壓力。液體對物體這個壓力差，就是液體對物體的浮力。這個力等于被物體所排開的液體的重力。
浮力
總結(jié)
當(dāng)一個浮體的頂部界面接觸不到液體時，則只有作用在底部界面向上的壓力才會產(chǎn)生浮力。至于一個位于容器底面上的物體，這種現(xiàn)象并不多，因?yàn)橹灰溟g有一層很薄的液膜，就能傳遞壓強(qiáng)，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。
定理推算
推算
當(dāng)物體懸浮在液體上時(當(dāng)未受外力時),
稍加說明：
（1）h2為正方體下表面到水面距離，h1為正方體上表面到水面距離，Δh為正方體之高。
（2）“
”最重要。
（3）給出沉浮條件（實(shí)心物體）
如果漂浮（這是重要前提！），則：
其中，V物=V排+V露
變形公式
1．
2．
另外液體還可以產(chǎn)生比自身重力大的浮力
物體在液體中排開液體的重力等于物體所受浮力
但是液體可以產(chǎn)生比自身重力大的浮力
排液量是一個抽象的概念
排開的液體是當(dāng)液體凝固時，將固體拿出，用同種液體將空檔填滿，用來填充的液體量就是排開的液體量
浮力定律圖解
所以產(chǎn)生十牛的浮力不一定需要十牛重的液體，液體可以產(chǎn)生比自身重力大的浮力
當(dāng)物體在水中完全和底部接觸時就沒有浮力了，因?yàn)榈撞繘]液體就不存在浮力了。
產(chǎn)生原因
物體上下表面由于處于液體(或氣體)的深度不同，受到液體(或氣體)的壓力也不等，下表面受到的向上的壓力大于上表面受到的向下的壓力，這兩個壓力之差形成了浮力。浮力的大小與物體排開的液體(或氣體)的多少密切相關(guān)。
以浸在液體中的物體為例，由于液體會產(chǎn)生壓強(qiáng)，而且壓強(qiáng)隨深度增加而變大，且液體內(nèi)部向各個方向都有壓強(qiáng)，因此物體下底面受到的液體向上的壓力較大，上底面受到的液體向下的壓力較小，物體上、下底面的壓力差即表現(xiàn)為豎直向上的浮力。側(cè)面所受到的壓力相互抵消。
影響因素
浮力與物體浸入液體中的體積和液體的密度有關(guān)。與物體在液體中的深度、物體的形狀、質(zhì)量、密度、運(yùn)動狀態(tài)等因素?zé)o關(guān)。
應(yīng)用領(lǐng)域
1．空心法
木頭漂浮于水面是因?yàn)槟静牡拿芏刃∮谒拿芏取０褬淠就诔伞翱招摹本统闪?/span>獨(dú)木舟，自身重力變小，可承載較多人，獨(dú)木舟排開水的體積變大，增大了可利用的浮力，牙膏卷成一團(tuán)，沉于水底，而“空心”的牙膏皮可浮在水面上，說明“空心”可調(diào)節(jié)浮力與重力的關(guān)系。采用“空心”增大體積，從而增大浮力，使物體能漂浮在液面上。
2．輪船
輪船能漂浮在水面的原理：鋼鐵制造的輪船，由于船體做成空心的，使它排開水的重增大，受到的浮力增大，這時船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上。它是利用物體漂浮在液面的條件F浮=G來工作的，只要船的重力不變，無論船在海里還是河里，它受到的浮力不變。（只是海水河水密度不同，輪船的吃水線不同）根據(jù)阿基米德原理，，它在海里和河里浸入水中的體積不同。輪船的大小通常用它的排水量來表示。所謂排水量就是指輪船在滿載時排開水的質(zhì)量.輪船滿載時受到的浮力
。而輪船是漂浮在液面上的，
，因此有
3．潛水艇
浸沒在水中的潛水艇排開水的體積，無論下潛多深，始終不變，所以潛水艇所受的浮力始終不變.潛水艇的上浮和下沉是靠壓縮空氣調(diào)節(jié)水艙里水的多少來控制自身的重力而實(shí)現(xiàn)的（改變自身重力：排水充水）。若要下沉，可充水，使
。在潛水艇浮出海面的過程中，因?yàn)榕砰_水的體積減小，所以浮力逐漸減小，當(dāng)它在海面上行駛時，受到的浮力大小等于潛水艇的重力（漂浮）。
4．氣球和飛艇（浮空器）
氣球和飛艇里充的是密度小于空氣的氣體，熱氣球里充的是被燃燒器加熱、體積膨脹、密度變小了的熱空氣。
，當(dāng)
時，氣球或飛艇可升上天空。若要使充氦氣或氫氣的氣球或飛艇降回地面，可以放出球內(nèi)的一部分氣體，使氣球積縮小，浮力減小，使浮力小于G球。對于熱氣球，只要停止加熱，熱空氣冷卻，氣球體積就會縮小，減小浮力，使浮力小于G球而降回地面。（同理，熱空氣的向上，冷空氣的向下，形成了對流——風(fēng)）。
5．密度計(jì)
測量物體密度的儀器是密度計(jì)。密度計(jì)是利用物體浮在液面的條件來工作的，用密度計(jì)測量液體的密度時，它受到的浮力總等于它的重力，由于密度計(jì)制作好后它的重力就確定了，所以它在不同液體中漂浮時所受到的浮力都相同，根據(jù)可知：待測液體的密度越大，密度計(jì)浸入液體中的體積則越小，露出部分的體積就越大；反之待測液體密度越小，密度計(jì)浸入液體中的體積則越大，露出部分的體積就越小，所以密度計(jì)上的刻度值是“上小下大”。
6．鹽水選種
用鹽和水配置成密度在
之間的鹽水，把小麥種子放進(jìn)去，密度超過
的飽滿種子因?yàn)槭艿降母×π∮谒鼈兯艿闹亓猎谒祝幻芏刃∮邴}水密度的種子則會在鹽水中上浮。然后用漏網(wǎng)把上浮的種子撈出來，這樣種子就能很容易地被分開了。
定律發(fā)現(xiàn)
阿基米德在洗澡時發(fā)現(xiàn)浮力定律
他命令阿基米德鑒定皇冠是不是純金的，但是不允許破壞皇冠。這似乎是件不可能的事情。在公共浴室內(nèi)，阿基米德注意到他的胳膊浮到了水面上。這時他腦中閃現(xiàn)出一絲模糊的想法。他把胳膊完全放進(jìn)水中全身放松，這時胳膊又浮到水面上。
他站了起來，浴盆四周的水位下降；再坐下去時，浴盆中的水位又上升了。
他躺在浴盆中，水位則變得更高了，而他也感覺到自己變輕了。他站起來后，水位下降，他則感覺到自己重了。一定是水對身體產(chǎn)生向上的浮力才使得他感到自己輕了。
他把差不多一樣大的石塊和木塊同時放入浴盆，浸入水中。石塊下沉到水里，但是他能感覺到石塊變輕了。而且，他必須要向下按著木塊才能把它完全浸沒水中。這表明在下沉的情況下，浮力與物體的排水量（物體體積）有關(guān)，而不與物體重量有關(guān)。相同質(zhì)量下，物體在水中感覺有多重一定與它的密度（物體單位體積的質(zhì)量）有關(guān)。
阿基米德因此找到了解決國王問題的方法，問題關(guān)鍵在于密度。如果皇冠里面含有其他金屬，它的密度會不相同，在重量相等的情況下，這個皇冠的體積是不同的。
把皇冠和等重的金子放進(jìn)水里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)皇冠排出的水量比金子的大，這表明皇冠是摻假的。
最重要的是，阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力原理，即水對物體的浮力等于物體所排出水的重量。
浮力定律
內(nèi)容
由阿基米德發(fā)現(xiàn)。定律為：
物體在流體（液體或氣體）所受浮力，等于所排開的液體（氣體）的重量。
浮力=物體在液體中所減輕的重量=物體在空氣中重量-物體在液體中的重量=物體所排開液體的體積×液體密度×重力加速度=物體所排開的液體重量
顯然，當(dāng)物體上浮時，浮力大于物體的重力，當(dāng)物體漂浮或懸浮時，浮力等于重力；但當(dāng)物體處于下沉狀態(tài)時，浮力小于重力。
結(jié)論
根據(jù)浮力定律，可以得出物體浮沉與密度的關(guān)系：
當(dāng)物體上浮時，浮力大于物體排開液體（氣體）的重力；當(dāng)物體飄浮或懸浮時，浮力等于物體排開流體的重力；當(dāng)物體下沉?xí)r，浮力小于物體排開流體的重力。
那么，當(dāng)流體密度大于物體密度時物體上浮；當(dāng)流體密度等于物體密度時物體懸浮；當(dāng)流體密度小于物體密度時物體下沉。
物體浮沉
概括
物體浮沉與密度的關(guān)系：已知
當(dāng)物體浸沒時，其
基于g為固定值，所以當(dāng)二者V相等時（物體處于浸沒狀態(tài)），可得
，所以我們會以流體密度來決定該物體的浮沉。
狀態(tài)
1、當(dāng)物體的重量小于流體的浮力時且物體不在液體的表面的狀態(tài)稱為上浮，此時
2、當(dāng)物體的重量小于流體的浮力時且物體在液體的表面的狀態(tài)稱為漂浮，此時
3、當(dāng)物體的重量等于流體的浮力時的狀態(tài)稱為懸浮，此時
4、當(dāng)物體的重量大于流體的浮力時的狀態(tài)稱為下沉，此時
5、當(dāng)物體與流體底面緊密接觸時，其下底面不受任何浮力。
計(jì)算公式
（1）假設(shè)有一實(shí)心金屬正方體沉于水中，則可根據(jù)浮力的定義求出阿基米德原理。
進(jìn)一步還可以得出：
注意：h2為正方體下表面到水面距離，h1為正方體上表面到水面距離，Δh為正方體上下表面到水面距離的高差，F(xiàn)是浮力，F(xiàn)1、F2分別是液體對上面、下面的壓力。p1、p2分別是上、下的壓強(qiáng)，ρ是液體的密度，G是排開液體的體積，這個公式任何時候都使用，不管是上浮、漂浮、懸浮還是下沉。使用下標(biāo)時，
露排比公式
如果漂浮（這是重要前提），則：
。其中，
它的變式：（ρ液-ρ物）∶ρ液=V露∶V物ρ物∶（ρ液-ρ物）=V排∶V露，證明如下：
∵漂浮
其他公式
示重差法（稱重法）：
（空氣中重力減去彈簧測力計(jì)拉力）（用彈簧測力計(jì)）
漂浮、懸浮法：（其實(shí)就是給物體做受力分析，當(dāng)物體靜止時，保持平衡狀態(tài)，即重力和浮力大小相等）
壓力差法：
（上下壓力差，也就是從浮力的定義出發(fā)，給物體做受力分析，物體在水中收到水上面和下面的壓強(qiáng)，相減即為浮力大小）
貼地法
當(dāng)物體和容器底部緊密接觸時，即物體下部沒有液體。此時物體沒有受到液體向上的壓力，即F浮=0，例：正方體，圓柱體等底面平整，接觸容器底是下部沒液體浮力為0，其余例如球類，不能完全緊密接觸時浮力不為0。
沉浮條件
從阿基米德原理入手，我們可以推導(dǎo)出物體的沉浮條件（即液體和物體的密度關(guān)系，查看“概述”）。
當(dāng)物體懸浮時，物體受力平衡，下面我們就來分析一下此時的情況。F是浮力，G是物體的重力，m1、m2分別是排開水質(zhì)量和物體質(zhì)量，
以此類推。
因此我們有（根據(jù)阿基米德原理得F=G排=m1g）：
因此物體懸浮時兩者密度相等。
當(dāng)物體漂浮時物體仍然受力平衡，但是注意到浸入水的體積比物體本身的體積小。我們有（Vi是物體浸入水中的體積（就是排開水的體積），V是物體本身的體積，ρ1、ρ2和上面的相同，mi是排開水的質(zhì)量）：
接著得到（根據(jù)阿基米德原理得F=G排=mig）：
因此物體漂浮時液體密度比物體密度大。而其他情況下的都可以用類似的方法推出條件。
疑問解答
1、附著在水底的氣泡為什么不上浮？
很多時候我們會看到一些氣泡附著在水下的物體上不上浮，如果知道有關(guān)“粘滯性”的知識的話就不會感到奇怪了。超流體中不會出現(xiàn)有氣泡不上浮的現(xiàn)象，但日常所見的水不是超流體，水是有粘滯性的，雖然水的粘滯性很小，一般情況下小于浮力。熬碗糨糊，就會看到更多的氣泡不上浮現(xiàn)象的。小氣泡不會上浮，是由于水分子與容器壁間具有一種相互吸附的力，這個力十分微小，浮力總是比它要大的！
加熱的水中會產(chǎn)生氣泡，是因?yàn)殡S著水溫的升高，水對空氣的溶解能力下降，飽和后多余的空氣被析解出來并聚集形成氣泡。在此過程中由于容器壁是粗糙的，氣泡很容易首先被吸附在容器壁上，如果沒有浮力作用這些氣泡將會永遠(yuǎn)被吸附在同一位置上，直到氣泡中的空氣被再次溶解，顯然通常情況下是不會有這么頑強(qiáng)的氣泡的。你用透明的杯子盛一杯可樂，杯壁上會有很多氣泡吧？放上兩天，還有氣泡么？因?yàn)閴毫p小而溢出的二氧化碳在敞口杯中是不可能被二次溶解的，它們上哪兒了？水的粘滯性和粗糙的容器壁的吸附力是能讓小氣泡暫時升不起來，但這并不證明它們沒受浮力作用。只要時間足夠長，浮力最終是會戰(zhàn)勝其它力的效應(yīng)，最終把氣泡推上來的。
失重狀態(tài)有兩種情況，一是完全失重，二是不完全失重。在地球表面附近，當(dāng)物體有向下的加速度時，物體即處于失重狀態(tài)，如果加速度小于自由落體加速度，則處于不完全失重狀態(tài)，如果加速度等于自由落體加速度，則物體處于完全失重狀態(tài)。
當(dāng)液體和浸入在液體內(nèi)部的物體處于完全失重狀態(tài)的情況下，物體不受到浮力的作用；而處于不完全失重的狀態(tài)下，浮力仍存在，但比通常情況下的浮力要減小一些。這是由于當(dāng)液體不受重力時，其無法流動，且在無重力時流體內(nèi)壓強(qiáng)不再存在，而浮力產(chǎn)生原因?yàn)槲矬w受到的上下表面壓力差（前提是壓強(qiáng)差），所以完全失重時物體將不再受到浮力。
3、同一物質(zhì)間是否存在浮力作用？
沒有其它物體的時候，只要有密度差，熱水和冷水間也是有浮力作用的，否則熱循環(huán)就是不可能的。熱對流的產(chǎn)生就是由于熱水密度比較小所以被冷水的浮力推上來了，雖然冷水和熱水并不是兩種物體。當(dāng)然，熱量除了對流之外還有擴(kuò)散、輻射等多種傳播方式，某些加熱器位于上部的“熱得快”能加熱到底部的水是很正常的，水導(dǎo)熱本來就是很快的。即使流體中沒有其它物體，只要有密度差、有引力，就有浮力現(xiàn)象。接觸當(dāng)然是必要的，浮力不可能隔空傳遞。
4、位于容器底部的物體是否仍然受浮力作用？
有人說一個位于容器底面上的物體，并和容器底面密切接觸，那它就只能受到向下作用于物體表面的液體壓力下，所以這個物體不受浮力作用。
上面這段話并不是完全正確的，它成立需要兩個條件：
- 物體的側(cè)表面必須是豎直或向內(nèi)傾斜的，不能向外傾斜；
- 物體的下表面必須在技術(shù)上保證與容器底緊密接觸，不能有液體滲入其間。
沉在水底的物體實(shí)際上是受到三個力的作用：受的水的浮力，容器對它的支持力，以及自身重力
這時受力情況：F浮+F支=G物
當(dāng)然如果物體是在水底與容器接觸的地方?jīng)]有空氣（真空）時，那么物體就沒有受到水的浮力作用。
5、解釋不同液體間的分層現(xiàn)象？
不同液體間的分層現(xiàn)象仍是浮力作用的結(jié)果，其根本原因是不同液體的密度不同（見前面的物體的浮沉條件），而不分層的混合液如果并沒有相互溶解的話，可能就是它們的密度極其接近，這和水中氣泡暫時不上浮的現(xiàn)象是類似的。靜置一段時間，或者用離心機(jī)加速度強(qiáng)化重力效應(yīng)，它們是能夠被沉淀或分離出層次來的。
6、液體分層時，計(jì)算浮力的V排在哪里？
有的學(xué)生對于油漂浮在水面上的現(xiàn)象，認(rèn)為油根本沒有排開水，怎么會受到浮力呢？比如肉湯碗中水面上的一層油，它的V排是多少呢？
其實(shí)上面的問題中，由于容器的形狀限制，油排開的水根本不能通過溢出碗等方式顯現(xiàn)出來，但并不是油沒有排開水，只是我們沒有看到。有下面兩個方法將這個V排顯示出來：1.將水倒在光滑的水泥地面上，水漬會有一定的面積，此時，在水漬中央輕輕倒上一些油，你會發(fā)現(xiàn)在油的擠壓下，水漬的分布面積擴(kuò)大了，這表明油確實(shí)排開了水。2.取一個兩端開口的U形管（連通器），放入一些水，在其中一個管口倒入油，你會發(fā)現(xiàn)這個管中的水面會下降一些，而另一個管中的水面相應(yīng)地上升，這兩個管中水面的高度差，再乘以管的截面積，就是油排開的水的體積。
7、液體能否浮起比其自身重力更大的物體？
有人根據(jù)阿基米德原理的表述認(rèn)為液體不能浮起比其自身重力更大的物體，其實(shí)這是一個錯誤的推論，原因是原理中表述的是“浮力等于物體排開的液體受到的重力”，注意這里的關(guān)鍵是“排開”，通過巧妙設(shè)計(jì)，我們完全可以做到讓“物體排開的液體的體積”大于“液體原來的總體積”（加引號是為了引起注意)。
例如：取一個圓柱形容器，再加工出一個直徑比容器的內(nèi)徑稍小一點(diǎn)的圓柱形木塊，讓兩個圓柱體等高，以利于觀察。在容器中倒入很少量的水（關(guān)鍵是要使水的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于圓柱體木塊質(zhì)量），再將圓柱體木塊放入容器中，你會發(fā)現(xiàn)水在圓柱體的四周上升起來，將木塊浮起（效果就是木塊比容器口高出一些來）。
壓力差的局限性
一個底面積為12.56平方米，高2米的木質(zhì)圓錐體，錐尖向下浸沒于水下20米處。因?yàn)閴毫Φ扔趬簭?qiáng)乘以面積，所以它上表面受到向下的壓力大于下表面受到向上的壓力，根據(jù)壓力差推論，它會沉沒水底。但阿基米德定律認(rèn)為，它的物重小于它排出的水重，木錐會浮出水面。何況圓錐體是木頭做的，而木頭會浮出水面，這是自然現(xiàn)象的常識。
1、為什么壓力差的推論與自然現(xiàn)象相反呢？
解答：1、不相反。水作用在圓錐側(cè)面上的壓力的方向是斜著的，真正起著浮力作用的是其中豎直向上的分量，而且隨著深度加深此分量逐漸加大，通過積分式可知此時的壓力差依然等于ρgV
2、圓錐體錐尖向下或向上，根據(jù)壓力差計(jì)算的結(jié)果，它們受到的浮力是不相同的。但它們排出的水都一樣重，根據(jù)阿基米德定律，它們受到的浮力應(yīng)相等。為什么壓力差和阿基米德定律得出的結(jié)論不一樣？
解答：原理同1一樣，只是因?yàn)閳A錐體相反放置后，錐面上的壓力積分式不同，導(dǎo)致其值變小，因此總的壓力差仍然相等，等于ρ液gV排
3、物體受到的浮力大小與物體在水中的形狀、形態(tài)有關(guān)嗎？
解答：無關(guān)，只與其在水中排開的體積有關(guān)。當(dāng)形狀不規(guī)則時，浮力需寫成積分式。
4、壓力差能不能解釋各種形狀（包括不規(guī)則）物體在水中受到的浮力大小及其產(chǎn)生的原因。
解答：能，原理同3
5、如果壓力差的適用只局限在個別、少數(shù)形狀的物體。那么這個片面的推論能說明產(chǎn)生浮力的真正原因嗎？
解答：在前面的1，2，3，4中已經(jīng)說明了壓力差并無局限性，因此第5問的提出的問題不成立。
壓力差的矛盾性
把一個底面光滑的木塊放進(jìn)裝有底閥的玻璃缸內(nèi)。用手把木塊按住，然后往水里放水，淹沒木塊后，又打開閥門把水放盡。這時候拿起木塊，如果檢查它的底面與缸接觸部位沒有水。就又重新放進(jìn)缸里，再用手按住，放滿水。松手后，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)：木塊會自動浮起。（也可以用一些輔助辦法讓木塊的底面無水。比如在木塊與缸底接觸的四周糊上漿糊，防止進(jìn)水。但不能增加木塊上浮的外來阻力。因?yàn)闅怏w的浮力性質(zhì)與液體相同，所以也可以在空氣里作類似實(shí)驗(yàn)）根據(jù)壓力差推論：如果浸沒在缸里的木塊底面沒有水，那么它就沒有受到水向上的壓力，只受到水向下的壓力。
1、為什么實(shí)驗(yàn)結(jié)果與壓力差結(jié)論自相矛盾？
2、實(shí)驗(yàn)中的木塊在缸里排出了與它體積相等的水，根據(jù)阿基米德定律，它受到了浮力大小等于它排出的水重。為什么壓力差卻認(rèn)為木塊沒有受到浮力呢？它們之間孰對孰錯？
3、如果浸沒在水里的木塊底面沒有水，而它依然受到了浮力。那么，這個浮力是怎樣產(chǎn)生的呢？
解答：實(shí)驗(yàn)并沒有保證木塊底部是光滑的，也就是說，無法確保木塊底部絕對不會進(jìn)水，因此這個實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是經(jīng)不起推敲的。故1，2，3問均屬于無效提問。
阿基米德定律
有甲、乙、丙三只相同質(zhì)量、體積的模型鐵船，用手給甲船施加壓力，使之沉入水底。把乙船斜放入水，讓其自然沉入水底，而丙船則浮在水面上。
1、從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看：甲船排出的水最多，乙船排出的水最少。根據(jù)阿基米德定律我們知道：甲船受到的浮力最大，丙船次之，而乙船受到的浮力最小。雖然甲船和乙船排出的水重各異，但由于甲船和乙船都沉入水底，它們相同部位在同一水平面上，受到的壓強(qiáng)相同。根據(jù)壓力差計(jì)算，它們受到的浮力大小應(yīng)相等。
①壓力差和阿基米德定律應(yīng)該是什么關(guān)系？
②它們之間的矛盾該如何解釋？
2、根據(jù)書中浮力章節(jié)研究物體浮沉的實(shí)驗(yàn)得知：當(dāng)物體排出的水重大于它的物重時，物體浮起。可甲船排出的水重也大于它的船重，為什么甲船卻沒有上浮呢？
3、丙船排出的水重大于乙船，受到的浮力也應(yīng)比乙船大。但乙船和甲船同沉水底，根據(jù)壓力差它們受到的浮力相等。而甲船排出的水重又大于丙，甲、乙、丙三船究竟誰受到的浮力最大？
解答：設(shè)甲乙丙三艘船均是完全一樣的實(shí)心鐵船，那么甲船在沉入水底后，船艙內(nèi)進(jìn)水，最終的排水量V排=V鐵，乙船同理。所以題設(shè)中“雖然甲船和乙船排出的水重各異”一句完全是錯的。
物體如何漂浮
沉沒在水底的物體，當(dāng)它的重量小于排出的液重時，物體就會浮上來。物體浮上來，自然是因?yàn)槭艿搅烁×Γ×κ窃鯓幼饔糜谖矬w而使它上浮的呢？壓力差認(rèn)為：物體四側(cè)受到的壓力平衡而相互抵消，只有底面受到向上的壓力，上浮的動能理應(yīng)由此獲得。但我們要注意，這個向上的壓力是由水的壓強(qiáng)產(chǎn)生，而在同一水面，水向各個方向產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等。向上的壓力如同支持力一樣只對物體起支撐作用。并不能對物體作功而促使物體上浮。既然物體底面的壓力不能產(chǎn)生物體上浮的動能，那浮力是怎樣作用于物體而讓它上浮的呢？
解答：物體上浮時，下方壓力做正功，使動能增加，上方壓力做負(fù)功，使動能減少，而且因?yàn)橄路降膲毫Υ笥谏戏降膲毫Γ哉Υ笥谪?fù)功，所以物體總動能增加。不規(guī)則物體的浮力[3]不規(guī)則物體即使其底面與容器底部完全接觸，其不規(guī)則部分仍要受到相應(yīng)的浮力（大小由阿基米德定律計(jì)算）。
參考資料
[1]
“天宮課堂”深度解讀：為啥都以物理實(shí)驗(yàn)為主？2021-12-10T10:12:13+08:00[引用日期2022-06-10 19:55:14]
[2]
“天宮課堂”深度解讀：為啥都以物理實(shí)驗(yàn)為主？2021-12-10T10:12:13+08:00[引用日期2022-06-10 20:01:03]
[3]
“天宮課堂”深度解讀：為啥都以物理實(shí)驗(yàn)為主？2021-12-10T10:12:13+08:00[引用日期2022-06-10 20:02:03]
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作者
