物理：第十一章《浮力与升力》素材(沪粤版九年级上)

浮力与升力课程资源1．悬浮体的制作用硬纸做成边长约5cm的立方体盒，将熔化的石蜡倒入空盒中。

用天平称出约10g的粗砂粒，放入熔化的石蜡中（石蜡密度为0.87～0.93g/cm3，要使125cm3的石蜡变为平均密度为1 g/cm3的石蜡混和物，需加入约8.7～16.2g的砂）。

当盒内注满蜡液后，将盒放在通风阴凉的地方冷却，使石蜡凝固。

从盒内取出凝固的蜡块，放入水中，如果有少部分体积露出水面，可将几枚大头针插入蜡块内，直到它悬浮在水中为止。

向蜡块中增加或减少大头针，蜡块就可以下沉或上浮。

另外，在小的透明塑料袋内装入红色或蓝色的水，而后将塑料袋口用细线扎紧，放入水中，也能成为很好的悬浮体。

2.阿基米德阿基米德（Archimedes 公元前约287～公元前约212）是古希腊伟大的数学家、物理学家，是静力学和流体力学的创始人。

他在物理学、数学等领域取得了举世瞩目的成果，成为古希腊最伟大的科学家之一。

阿基米德一改亚里士多德自然哲学时代重视哲学思辨和推测的风气，开始注意对具体科学技术领域中具体问题的研究，比较重视理论与实际应用的结合，是把技术实践和严密的数学推理结合起来系统研究静力学的第一人。

他设计制造的“行星仪”，包括太阳、月亮、地球和当时人们已知的五大行星模型，能逼真地表现出诸天体运行情况，甚至可以表现日蚀和月蚀。

他利用杠杆原理制造的“抛石机”，在当时的战争中曾起到了重要作用。

阿基米德在物理学方面最突出的贡献是发现了静力学中的杠杆原理和流体力学中的浮力定律（即阿基米德原理）。

著名的古罗马建筑学家维持维特鲁维阿曾讲过一个后世流传甚广的阿基米德为国王鉴定金王冠的故事。

叙古拉国王艾希罗交给金匠一块黄金，让他做一顶王冠。

王冠做成后，国王怀疑金匠掺了假，可他又拿不出证据，于是把阿基米德叫来，要他来解决这个难题。

回家后，阿基米德闭门谢客，冥思苦想，但百思不得其解。

一天，他的夫人让他去洗澡。

当他跳入池中时，水从池中溢了出来。

阿基米德听到那哗哗哗的流水声，灵感一下子冒了出来。

他从池中跳出来，边跑边喊："优勒加！优勒加！（意为找到了）"。

原来，阿基米德由澡盆溢水找到了解决王冠问题的办法：相同质量的相同物质浸在水里，溢出的水的体积应该相同。

如果把王冠放到水了，溢出的水的体积应该与相同质量的金块的体积相同，否则王冠里肯定掺有假。

阿基米德来到王宫，做了如下的实验：在盆中装满水，又拿来同样质量的一块黄金、一块白银，分别浸在水盆里，白银溢出的水比黄金溢出的几乎要多一倍，然后他又把王冠和等质量的金块分别浸在水盆里，结果王冠溢出的水比金块多，显然王冠里肯定掺了假。

在铁的事实面前，金匠不得不低头承认，王冠里确实掺了白银。

王冠之谜终于解开了。

3.核潜艇核潜艇是以核能为动力的潜水艇。

世界上第一艘核潜艇是美国的“红鱼”号，于1954年1月24日首次试航。

首航即显示了核潜艇的优越性，人们听不到常规潜艇那种轰隆隆的噪声，艇上操作人员甚至觉察不出与在水面上航行有何差别。

它84h潜航了1300km，这个航程超过了以前任何一艘常规潜艇最大航程的10倍左右。

1955年7～8月，“红鱼”号和几艘常规潜艇一起参加反潜舰队演习，反潜舰队由航空母舰和驱逐舰组成。

在演习中，常规潜艇常常被发现，而核潜艇则很难被发现，即使被发现，核潜艇的高速度也可以使之摆脱追击。

由于核潜艇的续航力大，用不着浮出水面，因而能避免空中袭击。

早期的核潜艇均以鱼雷作为武器。

以后由于导弹的发展，出现了携带导弹的核潜艇。

核潜艇安上导弹之后，便出现了两种类型：一类是以近程导弹和鱼雷为主要武器的攻击型核潜艇；另一类是以中远程弹道导道为主要武器的弹道导弹核潜艇（又称战略核潜艇）。

攻击型核潜艇主要用于攻击敌水面舰艇和潜艇，同时还可担负护航及各种侦察任务。

弹道导弹核潜艇则是战略核力量的一次重要的转移。

在各种侦察手段十分先进的今天，陆基洲际导弹发射并很容易被敌方发现，弹道导弹核潜艇则以其高度的隐蔽性和机动性，成为一个难以捉摸的水下导弹发射场。

我国第一艘鱼雷攻击型核潜艇，经过三年的航行试验于1974年8月1日正式交付海军服役，成为世界上第五个拥有核潜艇的国家。

核潜艇是集当今世界高、精、尖科学技术和工业发展于一身的产物，它涉及到冶金、机械、造船、电子、航天、化工、原子能、兵器等许多工业部门。

因此，我国在十年动乱时期、在被封闭的条件下造出了自己的核潜艇，又一次震惊了世界。

现在我们也拥有了自己的导弹核潜艇，并且成功地进行了水下发射导弹试验。

4.飞艇飞艇主要由艇体、动力装置、尾翼和吊舱组成。

艇体的气囊内充有比空气轻的氢气或氦气——浮升气体，利用它受到的空气浮力，飞艇才能浮在空中。

动力装置用来推进飞艇。

尾翼用来起稳定、控制作用和改变飞行方向、吊舱用来载人和货物。

飞艇的升降调整有多种方法，如改变气囊中的气体量（放气或充气）、抛掉压舱物（水或沙袋）、利用艇体或翼面的气动升力和改变推力方向等。

第一艘飞艇是法国的H·吉法尔于1852年制成的。

1900年德国的齐柏林公司开始制造大型硬式飞艇，在第一次世界大战期间，曾多次用飞艇进行远程轰炸。

充氢气的飞艇容易发生事故，还由于飞机在30年代和40年代有了很大发展，因此，后来就不再生产飞艇了。

但是，跟飞机比，飞艇有很多优点。

它噪声小、耗油少，对空气污染轻，运载量大，能垂直起落和悬浮空中。

因此，在70年代又有些国家提出制造充氮飞艇的设想，并在逐步实现中。

今后，飞艇在勘探、运输、救灾、海洋研究、通信广播中，将有广阔的应用前景。

我国近十余年来先后研制出热气飞艇、充氢试验艇、充氢遥控飞艇、浮空4（FK4）载人实用飞艇。

其中由华航飞艇开发集团研制的FK4飞艇采用氦气为浮升气体，囊体材料为自行研制的层压复合材料，并设置有俯仰偏转正负90度的螺旋桨，填补了我国充氮实用飞艇的空白。

5.密度计密度计也叫比重计或浮秤，是工农业生产和科学实验中使用很普遍的一种测量液体密度的仪器。

它是一根密闭的玻璃管，上部粗细均匀，内壁贴有刻度纸，下部较粗，下端装有铅丸或水银，使玻璃管能竖直浮在液面上。

常用的密度计有两种。

一种密度计是用来测量密度大于水（即密度大于1.0×103kg ／m 3）的液体，俗称重表，它的下部装的铅丸或水银多一些，这种密度计的最小刻度是“1.00”，它的最小刻度线在最高处，由上而下，顺次是1.1，1.2，1.3……，全部刻度线都在1.00刻度的下面。

另一种密度计是用来测量密度小于水的液体，俗称轻表，它的下部装的铅丸或水银少一些。

这种密度计的最大刻度是“1.00”，它的最大刻度线在最低处，由下而上顺次为0.9、0.8、0.7……。

全部刻度线都在1.00刻度的上面。

另外在贸易、生产和化学实验中，还常用到酒精计、（直接读出酒精的浓度），硫酸计（直接读出硫酸的浓度），检乳计（直接读出牛奶的浓度）等，这些仪表实质上也都是密度计，只是它们的刻度值不是密度的大小罢了。

可以让学生利用木棍和保险等自制密度计。

在木棍的一端绕上保险丝，目的是使密度计能竖直浮在液体中。

没有保险丝或铜丝，可在木棍下端的轴心按入一个钉子，使木棍能竖直地浮在液体中。

如果找不到均匀的木棍，可用一支带有橡皮头的铅笔代替。

在橡皮头上按一个钉子，然后放在清水中，可以看到铅笔竖直浮在水面。

在铅笔与水面接触处划一条细横线，这就是水的密度的刻度。

把它放在食油或盐水中，就可以比较出三种液体密度的大小。

6. 漂浮在水面上的冰熔化后，水面怎样变化？要研究水面的变化，就要比较未熔化时前冰排开水的体积V 排和熔化后水的体积V 水的相互关系。

开始冰块漂浮于水面，重力等于浮力，即F 浮=G 冰根据阿基米德原理可知V 排=g F 水浮ρ=g G 水冰ρ……①而冰熔化后，质量保持不变，即m 冰=m 水，有V 水=水水ρm =水冰ρm =g G 水冰ρ……②因为V 排=V 水，所以水面位置不变。

问题引申：如果冰块内含有石块，当冰熔化后，水面又会怎样变化？分析：开始，含有石块的冰漂浮于水面，则F 浮=G 总，根据阿基米德原理可知V 排=g F 水浮ρ=g G G 水石冰ρ+=g G 水冰ρ+gG 水石ρ……③ 而冰熔化成水后，石块下沉到底部。

则冰熔化后排开水的体积为V=V 水+V 石其中，冰熔化后质量保持不变，所以有V 水=水水ρm =水冰ρm =g G 水冰ρ……④石块的体积为V 石=石石ρm =gG 石石ρ……⑤ 因为ρ石＞ρ水，比较③和④+⑤，可知V 排＞V ，水面下降。

7.我国古代对浮力的认识及应用大约在殷商时期，我们的祖先就开始认识和应用浮力了，可以说是世界上应用浮力最早的国家之一。

当时人们利用较大的独木，从中间挖成槽形，放在江河的水中漂流，称为独木舟。

人们利用它来载人和装运收获的猎物。

后来又发展到用木板做成船体，在江河中代替独木舟航行。

随着生产和技术的发展，以后各个朝代对船的形状和结构又进行了多次改进，使木船不仅能在内河、湖泊中航行，还制造了能适用于大海、大洋中航行的大型船舶。

明朝时的郑和出使西洋用的大型“宝船”船队，其船体在结构上合理、精致、美观，都达到了古代造船工艺史上的颠峰。

这一伟大的成果，是古代造船史上非常光辉的业绩，是我们祖先对世界航海事业做出的伟大贡献。

浮桥是我国古代历史上应用浮力的伟大奇迹，在公元前8世纪周朝时就得到了广泛的应用。

在以后的年代，发展到不仅可以在小河上架起浮桥，而且像黄河这样的大河上也架起了浮桥。

相传在11世纪初，在蒲州附近潼关以北的黄河上曾架起一座很大的浮桥，浮桥的缆绳用8只铁牛系住，这些铁牛立于两岸，每只铁牛重数万斤。

后来由于洪水泛滥，浮桥被冲垮，铁牛也沉入河中。

如何把铁牛打捞起来，在当时的条件下，是比较困难的。

和尚怀丙派人潜入水中，用铁索把铁牛和两只装满泥土的大船系在一起，然后再把船中的泥土除去，利用大船所受的浮力，把铁牛拉上来。

利用物体的沉浮原理估测液体的密度，在我国的宋、元时代已经开始。

根据有关文献记载，密度的测定主要是和古代的制盐业密切联系的，即由于估测盐水的需要，发展了液体密度的测量技术，为晒盐业提供了方便。

11世纪，姚宽在台州做官时，为了检查盐商是否舞弊，他首创了一种简单的估测盐水密度的方法。

选用体积大体相同，而质量不同的莲子十粒，当把莲子放在盐水中时，如果这些浮沉子──莲子有5粒以上浮起，说明盐水是最浓的；如果有三四粒莲子浮起，说明此盐水是浓盐水；如果不足3粒莲子浮起，说明此盐水是稀盐水。

到了元代，经进一步改进，制造了便于携带的简单装置。

取四个莲子，分别用四种不同浓度的盐水浸泡，放在一个竹筒内，便成为简单的测定盐水浓度的装置。

如果要测某种盐水的浓度，只要把待测盐水的一小部分装入筒内，观察各类莲子浮起的情况，便可以估测盐水的浓度。