利用浮力和平衡力的知识推导,漂浮物体的质量和它排开水的质量相等?

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从漂浮在河流上的树林得到启示,古人把木头挖成空心的独木舟,承载人或货物,这是对浮力的最早利用。
  但空心的铁球并不一定浮起,实心的木块它也不会沉下。所以,物体是否空心并不能决定物体的浮沉。
  空心只是利用浮力的一种方法。
  人们运用这个道理,不但把密度轻于水的树木制造成船只,也把密度大于水的钢铁制造成军舰、轮船。
  为什么空心的物体能够利用浮力呢?
  这是因为空心的物体在水中增大了体积,增加了高度,并减小了物体的压强。而压强就是决定物体浮沉的重要条件。
  空心的牙膏皮和卷成团的牙膏皮它们的重量虽然相同,但前者产生的压强却小于后者,当空心牙膏皮产生的压强小于同高度水深的压强时,它就会浮起。而卷成团的牙膏皮产生的压强大于同体积水产生的压强,所以会在水中沉下。
  军事上用的潜水艇就是用进排水的方法,增加或减轻潜水艇的重量,从而改变压强,以此来控制潜水艇的沉浮
  其实,对于类柱体,浮力就是上表面向下的压力与下表面向上的压力的差。
  
  浮力原理的发现  公元前245年,赫农王命令阿基米德(Archimedes)鉴定金匠是否欺骗了他。赫农王给金匠一块金子让他做一顶纯金的皇冠。做好的皇冠尽管与先前的金子一样重,但国王还是怀疑金匠掺假了。他命令阿基米德鉴定皇冠是不是纯金的,但是不允许破坏皇冠。
  这看起来是件不可能的事情。在公共浴室内,阿基米德注意到他的胳膊浮到水面。他的大脑中闪现出模糊不清的想法。他把胳膊完全放进水中,全身放松,这时胳膊又浮到水面。
  他从浴盆中站起来,浴盆四周的水位下降;再坐下去时,浴盆中的水位又上升了。
  他躺在浴盆中,水位则变得更高了,而他也感觉到自己变轻了。他站起来后,水位下降,他则感觉到自己重了。一定是水对身体产生向上的浮力才使得他感到自己轻了。
  他把差不多同样大小的石块和木块同时放入浴盆,浸入到水中。石块下沉到水里,但是他感觉到石块变轻。他必须要向下按着木块才能把它浸到水里。这表明浮力与物体的排水量(物体体积)有关,而不是与物体的重量有关。物体在水中感觉有多重一定与它的密度(物体单位体积的质量)有关。
  阿基米德在此找到了解决国王问题的方法,问题的关键在于密度。如果皇冠里面含有其他金属,它的密度会不相同,在重量相等的情况下,这个皇冠的体积是不同的。
  把皇冠和同样重量的金子放进水里,结果发现皇冠排出的水量比金子的大,这表明皇冠是掺假的。
  更为重要的是,阿基米德发现了浮力原理,即水对物体的浮力等于物体所排开水的重量。
  浮力
  1.浮力及产生原因:浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)对它向上托的力叫浮力。方向:竖直向上;原因:液体对物体的上、下压力差。
  2.阿基米德原理:浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力大小等于物体排开液体所受重力。
  即F浮=G液排=ρ液gV排。
  (V排表示物体排开液体的体积)
  3.浮力计算公式:F浮=G-T=ρ液gV排=F上、下压力差
  4.当物体漂浮时:F浮=G物 且 ρ物<ρ液
  当物体悬浮时:F浮=G物 且 ρ物=ρ液
  当物体下沉时:F浮<G物 且 ρ物>ρ液
  浮力F浮
  (N) F浮=G物—G视 G视:物体在液体的重力
  浮力F浮
  (N) F浮=G物 此公式只适用 物体漂浮或悬浮
  浮力F浮
  (N) F浮=G排=m排g=ρ液gV排 G排:排开液体的重力
  m排:排开液体的质量
  ρ液:液体的密度
  V排:排开液体的体积
  (即浸入液体中的体积)浮力的应用  1.如何调节浮力的大小
  木头漂浮于水面是因为木材的密度小于水的密度.把树木挖成“空心”就成了独木舟,独木舟是减小了物体的重力,增大了可利用的浮力,从而可以多装载货物.牙膏卷成一团,沉于水底,而“空心”的牙膏皮可浮在水面上,说明“空心”可调节浮力与重力的关系.采用“空心”增大体积,从而增大浮力,使物体能漂浮在液面上.
  2.轮船
  轮船能漂浮在水面的原理:钢铁制造的轮船,由于船体做成空心的,使它排开水的体积增大,受到的浮力增大,这时船受到的浮力等于自身的重力,所以能浮在水面上.它是利用物体漂浮在液面的条件F浮=G来工作的,只要船的重力不变,无论船在海里还是河里,它受到的浮力不变.根据阿基米德原理,F浮=ρ液gV排,它在海里和河里浸入水中的体积不同.轮船的大小通常用它的排水量来表示.所谓排水量就是指轮船在满载时排开水的质量.轮船满载时受到的浮力F浮=G排=m排g.而轮船是漂浮在液面上的,F浮=G船+G货=m船g+m货g,因此有m排=m船+m货.
  3.潜水艇
  浸没在水中的潜水艇排开水的体积,无论下潜多深,始终不变,所以潜水艇所受的浮力始终不变.潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现的.若要下沉,可充水,使F浮<G;若要上浮,可排水,使F浮>G.在潜水艇浮出海面的过程中,因为排开水的体积减小,所以浮力逐渐减小,当它在海面上行驶时,受到的浮力大小等于潜水艇的重力.
  4.气球和飞艇
  气球和飞艇里充的是密度小于空气的气体,热气球里充的是被燃烧器加热、体积膨胀、密度变小了的热空气.F浮=ρ空气gV,G球=ρ气gV+G壳,当F浮≥G球时,气球或飞艇可升上天空.若要使充氦气或氢气的气球或飞艇降回地面,可以放出球内的一部分气体,使气球积缩小,浮力减小,使浮力小于G球.对于热气球,只要停止加热,热空气冷却,气球体积就会缩小,减小浮力,使浮力小于G球而降回地面.
  5.密度计
   密度计是利用物体浮在液面的条件来工作的,用密度计测量液体的密度时,它受到的浮力总等于它的重力,由于密度计制作好后它的重力就确定了,所以它在不同液体中漂浮时所受到的浮力都相同,根据可知:待测液体的密度越大,则越小,密度计浸入液体中的体积越小,露出部分的体积就越大;反之待测液体密度越小,则越大,密度计浸入液体中的体积越大,露出部分的体积就越小,所以密度计上的刻度值是“上小下大”。计算浮力的公式  1 称量法
  该法适用于各种浮力探究题计算,常常和弹簧测力计连在一起出题目,分值较大,需要牢牢掌握,但计算公式十分简单 F浮=G物-F拉(拉力)
  拓展:将两种力的大小分别测出来,再联立分析……
  2 成因法
  该法只需掌握其原理,就是浮力产生的原因,一般在初中阶段不做计算要求,其公式为F浮=F向上-F向下(其中向上向下的力是相对浸没在水中的物体而言)或F浮=F向上(这是指漂浮物体),但在这条上需注意,若题目注明物体下端与容器底部紧密接触,这是不存在浮力的。
  3 阿基米德法
  阿基米德原理:当物体全部或部分浸在液体中时,它会受到向上的浮力,浮力的大小等于它所排开这部分液体所受的重力大小
  该法常常用于计算,一般与平衡法使用,公式为F浮=ρ液gV排
  4 平衡法
  该法在上述浮力公式的推算已经很详细了,我只是说在漂浮与悬浮时F浮=G物
  5 附加适用于推算浮力的公式(即受力平衡时)
  G物=m物g=ρ物V物g
  当悬浮与下沉时(即受力不平衡时)
  V物=V排
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第1个回答  2013-06-08
飘浮物的质量不一定等于排开水的质量的,因为其飘浮物的密度不一定的,而浮力等于水的密度乘以重力加速度g再乘以排开水的体积的!