中学物理知识总结（十）——浮力

从现在开始，我们在研究过液体压强与流体流速和压强关系的基础上，进行浮力的研究。

所谓浮力，狭义来讲就是物体浸没在液体中时受到的向上的力，但实际上，物体在空气中也会受到空气对它的浮力作用，但是空气对物体的浮力很小，在现阶段还不纳入考虑范围。

因此，我们的重点研究对象是物体浸没在液体中时产生的浮力作用。

首先是测量浮力的方法，我们可以用弹簧测力计来粗略的测量浮力的大小，具体实验在书中有详细介绍，这里简单叙述：

取一铝块，用弹簧测力计测出其在空气中的重力大小，然后将铝块慢慢地沉入水中，直到铝块完全浸没，注意观察在铝块开始入水到完全浸没这一过程的弹簧测力计示数变化，可以发现，测力计示数逐渐减小，直到铝块完全浸没在水中后，示数不再减小，前后两个稳定的示数差值就是铝块受到浮力的大小。

下面我们分析一下产生浮力的原因：

对上面实验的铝块进行分析，当铝块完全浸没在水中的时候，液体压强对其产生了压力，假设铝块是一正方体，其棱长为，则：

若假设其浸没后，上表面距离液面为，则下表面距离液面为：

根据前面已经学习过的液体压强的相关理论知识，我们知道，对于上述的铝块，其四个侧面受到的液体压强已经相互抵消，相当于没有受到压强的作用，那么产生浮力的原因一定在铝块的上下两个表面。

对于上表面，根据液体压强公式可以列出式子：

对于下表面，我们同样可以列出式子：

再根据上面的分析，对比两个式子，可以发现，下表面相比于上表面压强大出，所以，对铝块来讲，会产生一个向上的浮力。

我们已经在原理上分析了产生浮力的原因，下面我们来分析一下对物体受到的浮力大小产生影响的因素：

通过上面的原理分析，我们已经知道，物体受到的浮力大小取决于上面得到的两式差值，对这个式子分析，其中是一个定值，是浸没物体的液体密度，由液体的种类决定，所以是一个影响物体 受到浮力大小的因素。

是浸没在液体中的物体，其上下两表面的距离，如果浸入液体的物体是一个规则的几何体，是一个定值，但是可以改变，所以也是一个影响物体受到浮力大小的因素。

注意：这里切不可认为是物体浸没液体的深度，前面的原理分析已经指出，物体浸没在液体中时，其深度为上表面到液面的距离，而不是。

在理解了上面的这个问题后，我们重点研究影响因素中的：

先考虑几个规则几何体浸入水中受到的浮力，液体密度没有差异，假设有三个圆柱体，底面积相同，高分别为：，，，它们之间只有高不同，这会导致三个圆柱体的体积不同，显然是高越大的圆柱，体积越大，再根据前面推导出的浮力关系式，可以得出结论：对于这三个圆柱，高越大的，体积越大，受到的浮力也越大，也就是，物体体积越大，受到的浮力越大。

这是一个定性关系，现在研究定量关系：

这个定量关系通过大量实验证明：物体浸没在液体中时，它受到的浮力等于它所排开的这部分液体所受的重力大小，这个关系叫做阿基米德原理。

将这个定量关系用公式表示出来就是：

学会了这个原理，我们就可以通过和物质的密度表计算物体的材质。

下面我们介绍物体在液体中上浮和下沉的原理：

通过前面的分析，我们已经理解物体在液体中受到浮力的原因，是因为其上下表面受到压强有一差值。

那么对于这个式子，有三种情况：

这个式子是下表面受到的压强与上表面受到的压强的差值，所以对于第一种情况，物体要上浮，对于第二种情况，物体会悬浮在液体中，对于第三种情况，物体会下沉。

这三种情况很好的符合了我们日常生活中的实际情况，理论是符合实际的。