[原创]阿基米德浮力定律的再认识 [全国通用]

阿 基 米 德 浮 力 定 律 的 再 认 识摘要：用发展的眼光审视“阿基米德浮力定律”，分析浮力的大小、方向、性质、产生机制、讨论“浮力势能”。关键词：浮力的大小、方向、性质、产生机制、“浮力势能”。缘起在一次开放式高三复习教学活动中，学生提出一个“浮力势能”的事情，结果当堂虽经争论但未能得到满意的解决。原以为一个物体如果浸没在流体中，受到一个浮力的作用，按阿基米得浮力定律，这个浮力的大小等于排开流体的重量，方向竖直向上，应该是比较简单的；但阿基米德这位古希腊伟大的数学家、力学家约出生在公元前287 年，虽然我们经常提及“给我一个支点，我将移动地球”，终究离我们已经2000多年了，现在的时代已经不同，一切都是在发展进步的，所以对千年以前的定律也要有相应的解释，比如说阿基米德说的是液体，早已可以扩大到流体，现在甚至可以考虑固体中的非晶体；特别是研究的问题扩展开来，具体到某个方面、某一个对象，联系上一些特殊的外界因素，争议就会发生，学生多有疑点提出，教师也会遇到一些麻烦，所以我们试着把这些问题归纳起来，看看有哪些地方应该引起大家的注意。一、浮力的大小根据阿基米德浮力定律，浮力的大小等于排开液体的重量，似乎没有什么异议，但那仅仅是“通常”的情况下，比如我们会遇到这一类的训练：一个容器内盛水，放进电梯中，水中浮定一个木块如图1 示，当电梯加速上升时。木块相对水是下沉、上浮还是保持原位置？常规的思路是：静止时，木块受到的重力和浮力相平衡；现在木块要跟随向上加速，则它所受的合外力必须向上，即浮力必须增大 ；为使浮力增大，排开水的体积必须增大；所以木块应相对水面下沉。正确的理解应该是：水一旦加速上升，就会出现超重现象；原来木块排开水的重量为木块的重量mg，如果现在加速度为a ，则排开水的重量将为m （g+a ），抵消木块的重量外，刚好能提供产生加速度的力，所以木块相对水面保持原位置。如果电梯加速度向下，出现失重现象，根据相同的道理，木块相对水面仍保持原位置。 所以在超、失重的前提下，阿基米德浮力定律中的“排开液体的重量”现在应理解为“包括超重量或失重量在内”；为了证明，我们在一个塑料瓶中灌满水后压入一个乒乓球，旋紧盖子，迅速倒置并放手让其作自由落体运动，可以观察到乒乓球相对瓶子是不上浮的，说明完全失重状态下，流体对浸没在其中的物体不产生浮力作用。用心 爱心 专心图 1a二、浮力的方向浮力的方...