浮力产生的分析

李瑞

摘要：经过这几年的初中物理的教学经历，我发现学生无论是在学习新知还是中考复习的时候都对浮力产生的原因、理解包括计算都存在很大的问题，因此我对浮力的形成、理解问题进行了思考，在论文中对浮体受力分析、简单的计算和应用知识。

关键词：压强；浮力；牛顿第一定律；合力；阿基米德原理

《浮力》是人教版义务教育八年级下册物理的内容。我们都知道像鸭子这样能漂在水面上的物体，是因为它们受到向上力的作用才没有下沉。那么沉在水中的石块也会受到向上力的作用吗？钢铁制造的轮船又是怎样漂浮在海面上的呢？

例如：一个立方体物块放入有水的烧杯中，根据液体内部压强的特点物块在水中受到液体对的压力，因为液体内部朝各个方向都有压强；在同一深度，各个方向压强相等。深度增大，液体的压强增大。因此物块的上方受到液体对它的压强，同时物块的下方也受到液体对它的压强，但是物块底部在水中的深度比上部大，因此受到的压强较大，则物块下底受到液体的向上的压力较大。又因为物块每个面的面积相同，则F=PS，F下表面=P下表面*S（方向竖直向上）；F上表面=P上表面*S（方向竖直向下）；又P下表面>P上表面；则F下表面>F上表面。物块上、下底面的压力差即表现为竖直向上的浮力，物块上方受到的压力和木块底部受到压力合力就木块受到的浮力，浮力实际上是合力。这个力等于被物体所排开的液体的重量。原因是根据浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力大小等于物体排开的流体的重力。

当浮体的底面没有液体时，液体对浮体就没有向上的压强，也就没有液体对浮体向上的压力，只有液体对物体向下的压力，因此物体不会受到浮力。浮力存在的条件就是浮体下方有液体或气体，这样上下才会有压力差。

当然实际生活中这种现象并不多，因为只要其间有一层很薄的液膜，就能传递压强，底面就有向上的压力，物体上下表面有了压力差，物体就会受到浮力。此时受到浮力就等于方块下方受到竖直向上的压力。依据：P=ρgh。则下方受到的压力为：F=PS=ρgh*S=ρgV排。阿基米德原理公式：F浮=G排=ρ液gV排。h为浸入液体部分的高度。

产生浮力的根本原因是重力的作用，重力使液体（或气体）中的压强随深度的增加而加大.正因为如此，物体在液体（或气体）中所受液体（或气体）向上的压力才会大于向下的压力；或者说，所受液体（或气体）压力的合力方向才会竖直向上.

研究在进入液体中的物体的沉浮条件，主要运用牛顿第一定律来分析物体的沉浮条件，现在用力的示意图来分析烧杯中木块受到的力，木块受到的力是：（1）重力（2）液体对它的向上的力；

木块的运动状态是静止状态，根据牛顿第一定律可以发现，物体是处于静止或匀速直线运动时物体受到的一切力的合力为零，根据这个道理选一个参考方向，是因为力是即有方向又有大小的物理量，可以选竖直向上为参考方向，跟参考方向同向为取正，反方向为负；

F+（-G）=0

上式等于零的原因是木块在水中的运动状态是静止状态，根据牛顿第一定律：上式等于零；

由上式可以得到

F=G

受到两个力的作用，一个是竖直向下的重力，一个是竖直向上的浮力。物体在液体中的状态是取决于它受到的重力和浮力的大小。

1）当F>G时，物体上浮，此时物体受到的合力的方向是竖直向上的，运动状态是物体在液体中向上运动。

2）当F

3）当F=G时，物体悬浮在液体中，物体可以静止在液体中的任意位置

浮力的应用

1.轮船

①轮船是采用“空心”法来增大排开水体积从而增大浮力，使它浮于水面的，它们受到的浮力等于船的总重力。

②轮船浮力的大小通常用排水量来表示，排水量是指轮船满载时排开的水的质量，根据漂浮条件知，m排=G船+G货物。

2.潜水艇

潜水艇是靠改变自身的重力来实现浮沉的。潜水艇为了实现升降，必须使浮力大小不等于重力，潛水艇在水下时，由于潜水艇的体积不能任意改变，因此浮力是不变的，要想控制上浮、下沉就只有改变自重。潜水艇两侧都有水舱，与高压气舱相连，高压气体能将水从水舱内排出，减小潜水艇重力，当其小于浮力时潜水艇就上浮；当浮力大小等于重力，潜水艇可在水中任意位置保持静止即悬浮；关闭高压气舱，使进水口打开，在水压作用下水舱进水，自重增大到大于浮力时，潜水艇开始下沉。

3.气球和飞艇

气球和飞艇是漂浮在空中的，内部所充气体的密度必须小于空气的密度，一般充有氢气或氦气，充气时体积增大，浮力增大，当浮力增大到大于其重力时，气球和飞艇就上升；反之，排出一部分氢气或氦气时，气球和飞艇就下降，因此它们是通过改变体积来实现上升和下降的。

热气球是通过加热的方式使气球内气体热膨胀，从而减小气体的密度，因此热气球只要停止加热，气球体积就会缩小，浮力减小，降回地面。

总结：当一个浮体的在液体（气体）中某一位置时，浮体的下表面受到的压强大于上表面受到的压强，因此下表面受到液体（气体）对浮体向上的压力大于上表面受到液体（气体）对浮体向下的压力，即上下表面的压力差就是浮体所受到的浮力

（作者单位：新疆维吾尔自治区阿克苏地区拜城县第二中学842300）