認識浮力 --物體的浮沈

一、浮力 1、物體在液體中所減輕的重量即為浮力。浮力＝空氣中重量－液體中重量，浮力的方向和重力的方向相反。

一、浮力 2、浮力的形成：物體在液體中，各部分皆受液體壓力作用，左右二側壓力大小相等、方向相反，互相抵銷；但上面所受的壓力比下面所受的壓力小，因此產生向上的壓力差，這就是浮力的形成。

實驗探索一－浮力的真面目 【實驗目的】 測量物體在液體中所受的浮力 , 及探討影響浮力的因素。 【實驗器材】 彈簧秤 燒杯 ( 1000ml )兩個 食鹽一包 玻棒一隻 附掛鉤的金屬圓柱 ( 1 kg )

實驗探索一－浮力的真面目 【實驗步驟】 1.金屬圓柱掛在彈簧秤下端 , 將圓柱的重量計記錄於表中 ( 裝置如圖a )。 2.燒杯裡面裝適量的水 , 移動燒杯使圓柱慢慢浸入水中約一半 , 將彈簧稱的讀數記錄於表中 ( 裝置如圖b )。 3.再讓圓柱完全沒入水中後 , 但圓柱不可碰觸燒杯底部 , 將彈簧秤的讀數記錄於表中。 4.在另一燒杯中配約 500ml 的飽和食鹽水。 5.使圓柱全部沒入鹽水中,將彈簧秤的讀數記錄於表中。

實驗探索一－浮力的真面目 【實驗裝置圖】

實驗探索一－浮力的真面目 【實驗討論】 1.圓柱大約沒入水中一半與圓柱完全沒入水中時,所受的浮力大小有什麼不同 ? 2.圓柱全部沒入水中和鹽水中 , 所受的浮力大小有什麼不同 ? 是什麼原因造成的 ?

實驗探索二－浮沉自如 【實驗目的】 瞭解物體中浮力的概念，物體受到的浮力與物體在液體中的體積成正比，當物體體積收縮浮力變小，當物體體積膨脹浮力變大。 【實驗器材】 (1).保特瓶一個 (2).滴管兩隻 (3).鉛塊數粒

實驗探索二－浮沉自如 【實驗步驟】 1.在保特瓶內裝滿水後，放入封閉的滴管， 並調整滴管下鉛粒的數量，使其重量適中，再鎖緊蓋子。 2.用力捏保特瓶，觀察 瓶中滴管製成圓柱體的移 動和滴管體積變化。

實驗探索二－浮沉自如 【實驗討論】 1.當欲使物體下沉時，其體積應如何變化？ 2.當欲使物體上浮時，其體積應如何變化？ 3.討論體積與浮力的關係。

一、浮力 3、阿基米德原理：兩千多年前希臘哲學家阿基米德發現，物體在液體中所減輕的重量（浮力）等於該物體所排開液體的重量，也就是物體在液面下的體積乘以液體的密度。 阿基米德原理實驗 浮力實驗

一、浮力 4、浮力的公式： F＝V下 × d液 F：浮力（gw） V下：物體在液面下的體積（cm3） d液：液體的密度（g/cm3）

一、浮力 （1）影響物體在液體中所受浮力的因素有二個：物體在液面下的體積和液體的密度。 （2）浮力（F）＝空氣中重量－液體中重量＝所排開液體重量＝V下 × d液。

二、物體在液體中的浮沈： 1、當W＞F時，物體會下沈到底部，稱為『沈體』，此時物體所受浮力＝物體體積×d液。 W：重力 F：浮力

二、物體在液體中的浮沈： 2、當W＝F時，物體會停留在液面下任一位置，此時物體所受浮力＝物體重量。 W：重力 F：浮力 d液：液體密度

二、物體在液體中的浮沈： 3、當W＜F時，物體會浮出水面，物體在液面下的體積減少，因此所受的浮力變小，直到物體所受的浮力＝物體重量為止，此時稱為『浮體』。 沈體與浮體 W：重力 F：浮力 d液：液體密度

【問 題】 1、為什麼密度比水大的物體會下沈？ 【問 題】 1、為什麼密度比水大的物體會下沈？ Ans：若物體重量W＝V物體×d物體、浮力F＝V下 × d液，根據物體會下沈是因W＞F，則 V物體×d物體＞V下 × d液，因為是沈體，所以V物體＝V下，則d物體＞d液。所以物體的密度若比水的密度大，則會下沈。

【問 題】 2、潛水艇為什麼能潛入水中、浮出水面？ 【問 題】 2、潛水艇為什麼能潛入水中、浮出水面？ Ans：當潛水艇要下潛時，其內部的水艙將水吸入艇內，使潛水艇的重量大於浮力，因而下潛，到適當深度時，調整水艙內水量，使重量＝浮力而停留在水中；當要浮出水面時，就把水艙內的水排出艇外，使重量小於浮力，因而浮出水面。

潛水艇的原理

【問 題】 3、魚類為什麼可以浮沈於水中？ Ans：魚類利用體內的鰾控制身體的浮沈，當魚要上浮時，先使鰾膨脹，讓身體的體積增加，所受的浮力增加，便可以上浮。反之，若鰾收縮時，魚的體積便縮小，所受的浮力也減少，魚便下沈。

【問 題】 4、鐵的密度大於水的密度，但用鐵製造的輪船為什麼會浮在水面上？

Ans：因為船內部有許多空間，使得平均密度小於水而能浮於水面上。船所受到的浮力即等於船的重量。

【問 題】 5、同一艘船在海面航行時，其吃水線（水面在船身的位置）會比在淡水中航行時低，為什麼？船在海水和淡水中航行時，所受的浮力相等嗎？ 【問 題】 5、同一艘船在海面航行時，其吃水線（水面在船身的位置）會比在淡水中航行時低，為什麼？船在海水和淡水中航行時，所受的浮力相等嗎？ Ans：因為船是浮體，船在海水、淡水中所受的浮力都等於船的重量而相等。但海水密度比淡水密度大，因此船身在海面時，排開的海水較少，所以吃水線會比淡水中的低。

例 題 一物體在空氣中重360gw，在水中重320gw，試求： （1）物體所受的浮力為多少？ （2）物體的體積為多少？ 例 題 一物體在空氣中重360gw，在水中重320gw，試求： （1）物體所受的浮力為多少？ （2）物體的體積為多少？ （3）物體的密度為多少？

例 題 2.密度0.8gw/cm3的木塊置於水中，若木塊體積為100cm3，則： （1）木塊的重量為多少？ （2）木塊在水中受到的浮力為多少？ （3）木塊在水面以下的體積為多少？

四、氣體的浮力 物體在空氣中也會受到浮力，其原理和液體浮力相似。 物體在空氣中所受到的浮力＝該物體所排開空氣的重量＝物體體積×空氣密度。

四、氣體的浮力 3.當物體在空氣中所受到的浮力＞該物體的重量時，該物體就會飄浮起來。氫氣球、熱氣球、天燈就是因浮力大於重量而飄浮起來。

【問題】 1、為什麼平常感覺不到空氣的浮力？ Ans：因空氣密度（0.0013gw/cm3）太小，所產生的空氣浮力，對於物體重量而言是微不足道的，所以較不易察覺到空氣浮力的存在。

【問 題】 2、熱氣球要上升時為什麼要加熱？要如何下降？ 【問 題】 2、熱氣球要上升時為什麼要加熱？要如何下降？ Ans：加熱會使熱氣球內空氣體積膨脹、密度變小，使熱氣球重量小於浮力而上升；若停止加熱會使熱氣球內空氣體積縮小、密度變大，使熱氣球重量大於浮力而下降。

思考與延伸 根據以上沉體與浮體的區別，我們可以知道： 若將一個鋁塊置於水銀中時，為一浮體，此時依據浮力與重量兩力平衡結果，浮力會等於鋁塊的重量。 而當同一鋁塊改置於水中時，為一沉體，此時浮力會小於此物體的重量，因為浮力與重量兩力不平衡的結果，鋁塊會沒入水中、下沉至燒杯底部。 因為同一鋁塊的重量不會改變。 所以，同一個鋁塊在水銀中所受到的浮力＞在水中所受的浮力。

思考與延伸 因此我們可以推知： 對同一個物體而言，為浮體時所受到的浮力＞為沉體時所受的浮力

思考與延伸 浮力不僅只存在液體，也存在氣體。例如，一般我們說汽球會飄上天空，其實應該說汽球浮在空氣上。

思考與延伸 冰浮於食鹽水中,冰溶化後水位上升或下降? <解>設冰在液面下體積為V’，冰溶化成水後，水 體積為V ∵冰溶化成水後，其質量不變，且冰為浮體 故浮力=物重,即浮力=冰的質量=水的質量 故浮力B=V'd=1*V <d為液體密度,1為水的密度> 比較V'和V的大小即可知水位升降情形 <1>冰浮於水中: B=V'd=1*V 因d=1,所以V'=V,故冰溶化後水位相等 <2>冰浮於食鹽水中: B=V'd=1*V 因d>1,所以V'<V,故冰溶化後水位上升 <3>冰浮於某液體(d<1)中: B=V'd=1*V 因d<1,所以V'>V,故冰溶化後水位下降

思考與延伸 蛋之舞的秘密─「怪蛋、怪蛋，水中游」 蛋在清水中沉入水底，蛋在鹽水中卻會浮起來，主要的原因是食鹽水的密度比清水大的關係。物體的沉浮是因為兩物體之間密度的比較──物體密度小的會浮起來。 生蛋的比重（密度）大，所以下沉。 愈濃的食鹽水密度越大，浮力也愈大，所以蛋才能由水底緩升到水面。 若再加清水，密度變小，蛋就可能再沉入水底。