科普下阿基米德原理介绍

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　　1.阿基米德原理是什么
　　1.1定义
　　浸入静止流体(气体或液体)中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体重量，方向垂直向上并通过所排开流体的形心。
　　1.2公式
　　1.公式
　　F浮=G排=ρ涂·g·V排
　　单位:F浮——N
　　ρ涂——千克/米3
　　g%%——牛顿/千克
　　V排——米3
　　2.推导阿基米德原理：
　　根据浮力产生原因，上下表而的压力差:
　　以边长为a的正方形铁块为例，沉没水中时水深h。上表面压强p1=ρg(h-a), 压强等于液体密度乘以g乘以深度，水总的深度是h，下表面压强p2=ρgh 水中正方体高a，正方体上表面距离水面h-a
　　F浮=a^2 p2-a^2 p1 浮力等于下表面压力减去上表面压力，压力等于压强乘以受力面积
　　=a^2[ρgh-ρg(h-a)] 正方体底面积是边长的平方a^2
　　=a^2ρga
　　=a^3ρg
　　=Vρg
　　铁块体积就是排开水的体积。
　　1.3浮力的有关因素
　　浮力只与ρ液，V排有关;
　　与ρ物(G物)，h深和V物无直接关系。
　　1.4阿基米德被发现的故事
　　历史阿基米德发现的浮力原理，奠定了流体静力学的基础。传说希伦王召见阿基米德，让他鉴定纯金王冠是否掺假。
　　他冥思苦想多日，在跨进澡盆洗澡时，从看见水面上升得到启示，作出了关于浮体问题的重大发现，并通过王冠排出的水量解决了国王的疑问。
　　在著名的《论浮体》一书中，他按照各种固体的形状和比重的变化来确定其浮于水中的位置，并且详细阐述和总结了后来闻名于世的阿基米德原理：放在液体中的物体受到向上的浮力，其大小等于物体所排开的液体重量。从此使人们对物体的沉浮有了科学的认识。
　　2.阿基米德原理的适用范围
　　2.1适用范围
　　适用于液体和气体。阿基米德原理适用于全部或部分浸入静止流体的物体，要求物体下表面必须与流体接触。
　　如果物体的下表面并未全部同流体接触，例如，被水浸没的桥墩、插入海底的沉船、打入湖底的桩子等，在这类情况下，此时水的作用力并不等于原理中所规定的力。
　　如果水相对于物体有明显的流动，此原理也不适用。鱼在水中游动，由于周围的水受到扰动，用阿基米德原理算出的力只是部分值。这些情形要考虑流体动力学的效应。水翼船受到远大于浮力的举力就是动力学效应，所循规律与静力学有所不同。
　　2.2应用实例
　　1.气球
　　阿基米德原理可用于解释气球的上升机理：充满轻气体的气球的自重小于它所排开的空气的重量(浮力)。
　　2.液体比重计
　　对部分浸入液体的比重计，它所受到的浮力：F=W=γV 。式中W为比重计的重量，V为浸入液体的体积;γ为液体的比重。若已知W和V，可确定比重γ。
　　3.排水量
　　Vmax=m船/ρ水由ρ=1,得 Vmax=m船/1简写: V=m即体积常数等于质量常数，合称排水量。
　　4.积云对流
　　阿基米德静浮力可使积云对流得以发展，在稳定层结大气中可以产生重力内波。
　　3.阿基米德原理的特点
　　3.1原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态
　　(1)物体的全部体积都浸入液体里，即物体浸没在液体里
　　(2)二是物体的一部分体积浸入液体里，另一部分露在液面以上。
　　3.2浮力与重力
　　G排指被物体排开的液体所受的重力，F浮= G排表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体的重力。
　　3.3公式
　　V排是表示被物体排开的液体的体积，当物体全部浸没在液体里时，V排=V物;当物体只有一部分浸入液体里时，则V排 
　　3.4相关因素
　　由F浮=G排=ρ涂·g·V排可以看出，浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、液体的多少等因素无关。
　　3.5适用范围
　　阿基米德原理也适用于气体，但公式中ρ液应该为ρ气。
　　4.实验法探究阿基米德原理
　　探究阿基米德原理的实验，就是探究“浮力大小等于什么”的实验，结论是浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。实验时，用重力差法求出物体所受浮力大小，用弹簧测力计测出排开液体重力的大小，最后把浮力与排开液体的重力相比较。实验过程中注意溢水杯中的液体达到溢口，以保证物体排开的液体全部流入小桶。
　　例题：在探究“浮力大小等于什么”的实验中，小明同学的一次操作过程如图所示。
　　(1)测出铁块所受到的重力G铁;
　　(2)将水倒入溢水杯中;
　　(3)把铁块浸入溢水杯中，读出弹簧测力计示数F;
　　(4)测出小桶和被排开水的总重力G;
　　(5)记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材。
　　分析评估小明的实验，指出存在的问题并改正。
　　解析:
　　在探究“浮力大小等于什么”的实验中，探究的结论是浮力的大小等于物体排开的液体所受到的重力，所以实验时，需要用弹簧测力计测出铁块受到的浮力和它排开水的重力进行比较得出结论，因此实验过程中需要测空小桶的重力G桶，并且将溢水杯中的水加至溢水口处。
　　答案:
　　存在的问题：
　　(1)没有测空小桶的重力
　　(2)溢水杯的水量不足
　　改正：
　　(1)测空小桶的重力G桶
　　(2)将溢水杯中的水加至溢水口处