物體所受浮力和排開(kāi)水重相等嗎

范忠海

如圖1所示.將易拉罐按入裝滿水的燒杯中，會(huì)明顯感受到易拉罐受到向上的力的作用.這個(gè)力就是浮力.易拉罐浸入水中的同時(shí)，會(huì)排開(kāi)和浸入體積相同的水.那么易拉罐所受浮力的大小與排開(kāi)的水所受的重力有什么關(guān)系呢？它們是否相等？還是讓我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)探究一下吧.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

浸在液體中的物體受到液體對(duì)它豎直向上的力.這個(gè)力叫作浮力.物體所受重力的方向是豎直向下的，而受到浮力的方向是豎直向上的.因此我們可以利用彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)稱量物體浸入水中前后所受拉力的差值計(jì)算出浮力大小.在測(cè)量浮力的同時(shí)，將物體所排開(kāi)的水收集到小桶中，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量小桶和水的總重，然后減去事先測(cè)得的空桶重，就可以得到排開(kāi)水所受的重力，最后將物體所受浮力和排開(kāi)水所受的重力進(jìn)行比較，就可以得到探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如表1所示，

實(shí)操中的注意事項(xiàng)

本實(shí)驗(yàn)是中考物理實(shí)操實(shí)驗(yàn)中的選考實(shí)驗(yàn)，涉及鐵架臺(tái)、彈簧測(cè)力計(jì)、溢水杯等多種實(shí)驗(yàn)器材的使用.鐵架臺(tái)、彈簧測(cè)力計(jì)在以往的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)多次涉及，而溢水杯的使用在物理實(shí)驗(yàn)中屬于首次.在本實(shí)驗(yàn)中需要注意以下幾點(diǎn).

1.溢水杯是一種化學(xué)反應(yīng)容器，形似燒杯（如圖2），在杯體上端有導(dǎo)管和外界連通.一旦杯中液體的液面高于溢口處.液體就會(huì)從導(dǎo)管排出，最終液面和溢口處相平.本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要確保溢水杯中水面剛好到達(dá)溢口處.實(shí)驗(yàn)前可將較多水倒人杯中，待多余的水從導(dǎo)管排出，水面靜止后可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

2.溢水杯中盛滿水時(shí).稍有晃動(dòng)水就會(huì)從導(dǎo)管流出，為了避免這種情況，要先搭建鐵架臺(tái).將溢水杯放置在鐵架臺(tái)底部之后再向杯內(nèi)注水.注滿水后.不能再調(diào)整溢水杯位置.

3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中.若溢水杯沒(méi)有盛滿水就將小石塊浸入水中.就會(huì)使得溢出水的體積小于小石塊浸入水中的體積.導(dǎo)致所測(cè)量排開(kāi)水所受的重力偏小.最終會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，增大實(shí)驗(yàn)誤差.

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中.要注意實(shí)驗(yàn)步驟的先后順序.如果先測(cè)小石塊受到的浮，再測(cè)小石塊所受重力，小石塊上面沾有水，會(huì)導(dǎo)致所測(cè)小石塊所受重力偏大，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，同理.在計(jì)算溢出水所受的重力時(shí).應(yīng)該先測(cè)量出空水桶所受的重力.如果將桶中水倒掉再測(cè)量桶重.這樣桶中殘留的水會(huì)使所測(cè)桶重偏大，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

另外.有些同學(xué)選擇將小桶中的水倒入量筒中測(cè)量水的體積，然后通過(guò)計(jì)算得出小石塊排開(kāi)水所受到的重力.這種實(shí)驗(yàn)方法不可取.因?yàn)殡y以保證將全部溢出的水倒人量筒中.最終會(huì)導(dǎo)致所測(cè)小石塊排開(kāi)的水重偏小.造成實(shí)驗(yàn)誤差.實(shí)驗(yàn)完成后要及時(shí)將實(shí)驗(yàn)結(jié)論填入表格中，并整理好實(shí)驗(yàn)器材.

分析討論

1.小石塊“浸在”水里包括“全部浸入（即浸沒(méi)）”和“部分浸入”兩種情況，在實(shí)驗(yàn)中兩種情況均不影響探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差.可以采取以上兩種方式分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，需要注意的是.要確保在彈簧測(cè)力計(jì)穩(wěn)定的情況下進(jìn)行讀數(shù).

2.本實(shí)驗(yàn)探究的是“物體所受浮力和排開(kāi)液體所受重力”的關(guān)系，我們還可以選用鹽水、酒精等其他液體進(jìn)行多次探究，從而驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的普遍性.

3.本實(shí)驗(yàn)所探究的結(jié)論即為阿基米德原理，根據(jù)阿基米德原理的導(dǎo)出式F浮=p液gv排，不論物體是浸沒(méi)還是部分浸入在液體里，都受到浮力.對(duì)于同一物體而言.浸沒(méi)時(shí)受到的浮力大小只和液體的密度及物體所排開(kāi)液體的體積有關(guān)，與物體的形狀、密度、浸沒(méi)在液體中的深度及物體在液體中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素?zé)o關(guān).阿基米德原理對(duì)物體浸入氣體中所受到的浮力也同樣適用.

責(zé)任編輯 林洋