課程名稱:浮力 編授教師: 中興國中 楊秉鈞 浮力與物體沉浮 浮力的意義 浮力的意義:物體進入液中,所 減輕 的重量 浮力的方向 恆鉛垂向上 ;浮力常用的符號 B 物體進入液中,即受 浮力 影響而 減輕 重量 。
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Transcript 課程名稱:浮力 編授教師: 中興國中 楊秉鈞 浮力與物體沉浮 浮力的意義 浮力的意義:物體進入液中,所 減輕 的重量 浮力的方向 恆鉛垂向上 ;浮力常用的符號 B 物體進入液中,即受 浮力 影響而 減輕 重量 。
課程名稱:浮力
編授教師:
中興國中 楊秉鈞
浮力與物體沉浮
浮力的意義
浮力的意義:物體進入液中,所 減輕 的重量
浮力的方向 恆鉛垂向上 ;浮力常用的符號 B
物體進入液中,即受 浮力 影響而 減輕 重量
。
浮力的成因
浮力的成因:
如圖物體進入液中時:
左、右側向總力相等
互相抵銷
P1
h1
h2
上、下總力不相等
向上總力較大
F2 P2 A (h2 D) A
P2
F1 P1 A (h1 D) A
h2 h1
物體上下表面積: A
液體密度:D
F2 F1
即為浮力的成因
密度與物體的沉浮關係
密度與物體的沉浮:
D1
D1
D1
D2
D2
D2
D物 D液
D物 D液
D物 D液
D1 D2
D1 D2
D1 D2
沉體
浮體
物體可靜止在液
中任何位置
物體重量與浮力力圖
物體重量與浮力力圖:假設物重代號 W;浮力代號 B
重力方向恆鉛垂向下
浮力方向恆鉛垂向上
B
B
靜止於液中物體
B
沉體
W
B
浮體
W
沉體 W B
W
W
浮體 W B
沉體的浮力小於重力;浮體的浮力等於重力
沉體在液中的重量減輕
W2
B
W1
W2
力圖
W1
W1:物體未進入液中前的重量
W2:物體進入液中後的重量
二者之差就是浮力
進入液中 , 沉體重量減輕
W1 W2
W2 B W1
W1 W2 B
浮體在液中的重量減光
B
W1
W2
力圖
W1
W1:物體未進入液中前的重量
W2:物體進入液中後的重量
進入液中 , 浮體重量減光
W2 0 ,浮體在液中重量為零
B W1
W1 就是浮力
W1 B
( 浮體原理 )
對於浮體 , 浮力等於物重
求浮力的第一個途徑
求浮力的第一個途徑:先要區分物體是 沉體或是浮體
沉體
W1 W2 B
浮體
W1 B
浮力 物重
W1:物體未進入液中前的重量
W2:物體進入液中後的重量
。
範例解說:
範例解說
1. ( D )如附圖所示,同一木塊置於不同的液體中,試根據圖中資料
判斷木塊在不同的液體中所受的浮力大小為何?
(A)甲最大 (B)乙最大 (C)丙最大 (D)三者一樣大。
浮體: W1 B
浮力 物重
2. ( B )同質量的銅球和軟木球(銅球密度為 8.9g/cm3、軟木球密
度為0.25g/cm3),放在水中時,其所受的浮力何者較大?
(A)銅球較大(B)軟木球較大
B2
(C)一樣大(D)無法比較。
質量相同 , 重力相同
沉體浮力小於重力
B1
W
浮體浮力等於重力
W
範例解說:
範例解說
3.一物體在空氣中的重量是200 gw,沉入水中後的重量是160 gw:
40 gw。
該物在水中的重量減輕 40 gw。浮力為
4. ( C )有一密度為0.5g/cm3、體積為80cm3之物體,置入水中,
此物體在水中所受的浮力為多少gw?
(A) 80gw (B) 50gw (C) 40gw (D) 30gw。
5. ( B )一艘船總重5 噸行駛在海上,則其所受的浮力為何?
(A)大於5噸(B)等於5噸(C)小於5噸(D)無法計算。
6. ( C )有艘船自淡水駛入大海,船受到的浮力如何?
(A) 越來越大(B) 越來越小 (C) 不變 (D)視航速而定。
7. ( A )鐵達尼號沉沒前及沉沒後所受的浮力何者較大?
(A) 沉沒前 (B) 沉沒後 (C) 無法比較 (D) 相等。
8. ( A )有兩個碗完全相同,一個浮在水上,一個沉入水中,則何者
所受的浮力較大?
(A)浮在水上的碗(B)沉入水中的碗(C)相等(D)無法確定。
9. ( A )將同質量的保利綸和磚塊投入水中,保利綸浮在水面上而磚
塊沉入水中,何者所受浮力較大?
(A) 保利綸 (B) 磚塊 (C) 相等 (D)無法比較。
浮力影響
因素的探討
實驗觀察一
等重的黏土與金屬塊
金屬塊受浮力而減輕
黏土受浮力而減輕
實驗觀察二
實驗觀察:
1.等重的黏土與
金屬塊
粘土體積較大
2.一同放入水中
粘土重量減輕
最多
粘土浮力較大
浮力與沒入液
中體積有關。
沒入液中體積
愈大,浮力就
愈大。
等重的黏土與金屬塊
一同放入水中
實驗觀察三
甲圖
乙圖
實驗觀察:
1.等重且等體積
的二個黏土
2.甲圖:
槓桿呈平衡
清
水
清
水
二等重且等體積的黏土塊
同置於水中
食
鹽
水
清
水
二等重且等體積的黏土塊
一置食鹽水、一置清水中
同體積時所受
浮力相等
3.乙圖:
在食鹽水中浮
力較大
浮力與液體密
度有關。
沒入密度愈大
液體中,浮力
就愈大。
(媒體:1 ,4’00”)
阿基米德原理推導 BVD
阿基米德原理推導:
P1
如圖物體進入液中時:
左右側向總力相等
互相抵銷
上下總力不相等,向上總力較大
二者之差就是浮力
h1
h2
h
F2 P2 A (h2 D) A
F1 P1 A (h1 D) A
B F2 F1
P2
物體上下表面積: A
液體密度:D
(媒體:1 )
(h2 D) A (h1 D) A
(h2 h1 ) A D
(h A) D
V D
B V D
浮力 沉入液中的體積 液體密度
阿基米德原理
阿基米德原理 : (媒體:1 ,1’04”)
B VD
浮力 物體沉入液中的體積 液體的密度
物體排開同體積的液重
浮力的影響因素:
◆
物體沉入液中的體積
沉入液中體積愈大,浮力愈大
◆
液體的密度 (媒體:2 ,3’30”)
沉入液體密度愈大,浮力愈大
阿基米德
Archimedes
西元前287~212年
驗證實驗一
實驗設計:
塑
膠
圓
筒
標記 A
金
屬
圓
柱
標記 A’
塑膠圓筒與金屬圓柱
內部的截面積、高度相同。
實驗流程 :
空
驗證實驗一
W0
W1
W2
132gw
126gw
132gw
空
加水至
標記 A
水面
與A’ 對齊
W0=空筒重+圓柱重
W1=空筒重+圓柱重-圓柱所受浮力
W2=筒重+筒內水重+圓柱重-圓柱所受浮力
B 132 126 6 gw
同體積的液重
W4 W3 132 120 12gw
W3 W5 120gw
筒內的液重
實驗流程 :
驗
證
實
驗
一
W3
120gw
空
金屬圓柱
沒入水中
W4
W5
132gw
120gw
空
在圓筒內注
滿水
W3=空筒重+圓柱重-圓柱完全沒入所受浮力
沉入較
深處
(媒體:1,9’37”)
W4=筒重+筒內水重+圓柱重-圓柱完全沒入所受浮力
W5=筒重+筒內水重+圓柱重-圓柱完全沒入更深處所受浮力
驗證實驗二
驗證實驗二:
放入木塊之後(有部分水溢出),彈簧秤讀數變化 不變 。
容器重 原水重 容器重 原水重 - 溢出水重 木塊重
溢出水重 木塊重 浮力
排開同體積的液重 浮力
求浮力的第二個途徑
求浮力的第二個途徑:阿基米德原理 沉體及浮體都
沉體
D
浮體
適用。
D
B V沉 D液
B V沉 D液
V沉 沉體全部體積
V沉 浮體部份體積
V:物體沒入液中的體積
D:液體的密度
求浮力的二個途徑
求浮力的二個途徑:
沉體
D液
浮體
沉體
W1 - W2 B VD
W1 - W2 B V沉 D液
D液
浮體 W2 0
W1 B V沉 D液
W1 V物 D物 ( 可由M VD 而來 )
討論 『冰山為何一角? 』
討論 :漂浮在海水中的冰山,大約只有的 十分之ㄧ 體積露出水面
假設冰山總體積V
1
V1
9
冰的密度約為 0.9 g / cm3
海水的密度約為 1.0 g /cm3
沉入海水中的體積V1
W1 B
討論『死海為何不死?』
討論 :死海的密度
> 人體的密度,人能浮於水面上。
W1 B
浮力 物重
人體約有三分之一的體積露出水面
人體密度:0.98~1.07 g/cm3
死海密度:1.5 g/cm3
討論『水面的冰塊熔化後水位?』
討論 :冰塊浮在水中,全部溶化後,水位 不變 (液壓 不變 )。
?
冰
水
[解析]
浮力 冰的重量 V沉 D 液
水的質量 V沉 1
V沉
水的體積 V沉
水位不變
討論『鐵船為何能浮?』
討論 :同質量的鐵塊與鐵船,為何鐵塊會沉?鐵船能浮?
鐵塊浮力
鐵船浮力
鐵的重量
鐵船,許多中空部分,使船隻比起同質量的鐵塊 體積 大。
因此 平均密度 小於水,所以不會沉入水中。
根據 阿基米德 原理,此時船所排開的水重等於 船的重量
。
討論『船在海、淡水浮力及吃水線』
討論 :同一艘船,由淡水河駛入海水時,則:
浮力變化
相等
;沉入體積變化
D1
。
海水
淡水
V1
減少
V2
B W1 浮力相等
B V沉 D液
D2
V1 D1 V2 D2
若 D1 D2 , 則V1 V2
同一浮體 , 進入密度愈大的液體時 , 上浮愈多
魚類利用魚鰾控制沉浮
討論 :魚類靠體內
魚鰾 ( 氣囊
)的調整沉浮
上浮時,魚鰾 膨脹 ,身體體積 增加 ,平均密度 減少 。
下沉時,魚鰾 收縮 ,身體體積 減少 ,平均密度 增加 。
魚鰾
(媒體:1,54”)
空氣的浮力
空氣的浮力:
飛船、熱氣球和天燈。是因為物體在空氣中受到空氣浮
力的作用。當物體的平均密度 小於 空氣密度時,則物
體物體所受的浮力 大於 物重,此時物體就能升上天空。
範例解說:
範例解說
1.有一54 g的鋁塊,密度為2.7 g∕cm3,
將它放入密度0.8 g∕cm3
的酒精中,鋁塊所受浮力為 16 gw。
W1 W2 B VD
2.有一物體在空氣中的重量是200 gw,沉入
水中後的重量是160 gw,試問:該物的
5
密度是
g∕cm3。
W1 W2 B VD
54
0.8 16gw
2.7
200 160 B V 1 40
M 200
D物
5g 3
cm
V物
40
3. 同體積的鋁塊(密度2.7g∕cm3)和鐵塊(密度7.8g∕cm3),兩者都浮
在水銀面上,何者所受浮力較大? 鐵塊 。
4. 同體積鋁塊(密度2.7 g∕cm3)和鐵塊(密度7.8 g∕cm3),一起沒入
水,何者所受的浮力較大? 相等 。
5. 同體積的鉛塊、鋁塊與木塊,其中鉛塊、鋁塊沉入水中,木塊浮在水面
上,則何者所受的浮力最小? 木塊 。
6. 一顆石頭在沉入水池底的過程中,水壓力 增加 與浮力 不變 。
7. 一氣泡由湖底往上浮升,水壓力 減少 與浮力 增加 。
範例解說:
範例解說
8.已知圓筒容積等於金屬塊體積且酒精密度0.8 g∕cm3,則:
(1) 金屬塊完全浸入水中所受的浮力為 20
gw。
(2) 金屬塊排開的水重為 20
gw。
(3) 若金屬塊完全浸入酒精中,所受到浮力為 16
gw。
(4) 圖(c)彈簧秤讀數 100 gw。
(1) B W1 W2 100 80
20gw
(2) B 20gw 排開之水重
(3) B W1 W2 100 80
20gw
B 20 V 1 V 20cm3
B VD 20 0.8 16gw
(4) B W2 201 100gw
範例解說:
範例解說
9.小明進行浮力實驗,將一均勻的實心圓柱掛在彈簧秤下端,使其逐漸沒入水中,
測得其底部沒入水中的深度(h)與彈簧秤讀數(V),繪成圖表如下所示,則根
據附圖試回答下列各問題:
(1) 此物的重量為 500
gw。
(2) 若完全沒入水中時,所受浮力為 200 gw?
(3) 由實驗結果,物體沒入水中的體積增加時,浮力變化? 增加 。
(4) 此物的密度為 2.5
g∕cm3。
(5) 當圓柱體底部距水面1 cm時,所受浮力為 50 gw。
(1) h 0 W1 500gw
(2) h 4 W2 300gw
B W1 W2 500 300
200gw
(4) 200 B V 1 200
M 500
D物
2.5 g 3
cm
V物 200
(5) h 2 W2 400gw B 500 400 100gw
h 1 B 50gw
( B V )
課程結束