探究神奇的浮力_物理知识
4．探究神奇的浮力
海上有形形色色的船，有体态轻盈的小船，也有高大笨重的大油轮，还有巨型的货船等等，这些船的船体大多数是由像铁这样的金属制成的。我们都知道，一般金属块不会漂浮在海面上，但是这些铁质的大船却能平稳地行驶在海面上，这是为什么呢？让我们一起动手来探讨一下其中的原因吧！
Tools 材料和工具
●两个透明的小塑料瓶（半透明胶卷盒也可）
●大可乐瓶（能够将塑料瓶放入其中）
●废笔芯
●较粗的饮料管
●吹破的大气球
●线绳
●长约30厘米能够套住笔芯的软管（气门芯或输液用的塑料软管）
●蜡
●刀
●锥子（或铁丝）
●剪子
●胶条
Process 游戏步骤
（1）用刀将可乐瓶上半部分去掉做成一个水槽；
（2）用剪刀截取一节约2厘米笔芯和饮料管，将软管套在其中一根笔芯上（套入约1厘米）；
（3）把锥子（或铁丝）烧热分别在一个塑料瓶侧面中间靠上位置和已经做好的水槽靠近顶端位置扎一孔（注意安全），使笔芯刚好能够插入塑料瓶孔中，饮料管刚好能够插入可乐瓶孔中；
（4）用剪刀剪两块比小塑料瓶口大的气球皮，将其中一块气球皮蒙在塑料瓶口用线绳紧紧固定好；
（5）将带有软管的笔芯插入小塑料瓶侧面的孔、饮料管插入水槽上的孔（外部留1.5厘米），点燃蜡烛，用蜡液封闭笔芯、管与瓶的交界处（不漏水为准）；用胶条将软管一端固定在水槽外侧壁上，把与其相连的小塑料瓶放入水槽中。
玩法1：将水槽放在水平面上，在水槽中注入大半水，注入过程中你发现了什么？
玩法2：用手将小塑料瓶固定，气球皮一面向左、向右、向前、向后按入水槽底部并保持小瓶水平，观察气球皮有什么变化、变化大小如何。
玩法3：用胶条在水槽靠下部分作一标记线，将小塑料瓶固定，气球皮一面向上、向下按入水中，使瓶口与标记线相平，观察气球皮的变化，你发现了什么？
玩法4：用刀将带有软管的塑料小瓶底部切掉，将另一块气球皮蒙在小瓶底部并用线绳固定好。把小瓶竖直按到水槽的水面以下，观察小瓶上、下两气球皮的凹陷程度，你发现了什么？
玩法5：用胶条分别在两个小塑料瓶中间等高的位置作标记，将水槽注满水，等到水不再从水槽顶的笔芯向外流动后，将未加工过的塑料瓶放在水槽饮料管处（收集流出的水），另一只手将带有软管的小瓶慢慢按入水槽至标记位置静止一会（注意瓶底与水平面平行，不要让挤出的水洒到桌面上）。比较收集水的小瓶中液面与其标记线，你发现了什么？将收集水的小瓶放入水槽中，用手保持其沿竖直方向（水不洒出）漂在水槽中，放入水槽后比较小瓶中液面与水槽中水的液面，你发现了什么？
Physics 物理原理
现象1：小塑料瓶始终漂在水面上，由于小瓶受重力作用，它漂在水面上一定是水给了它向上的浮力。若忽略软管对它的影响，静止时它受到的重力与水给它的浮力平衡。
现象2：气球皮向瓶内凹陷，在同一深度凹陷程度相同。这是由于自然情况下地球上的流体（液体和气体）对浸在其中的任何物体都有压力，气球皮凹陷就是它受到水给的压力的结果。压力作用于物体表面产生压强，在同一深度气球皮凹陷程度相同说明向水平各个方向水都给它大小相等的压力，同时也说明同一深度液体水平各个方向的压强都相等。
现象3：气球皮向上时，球皮向下凹陷；气球皮向下时，球皮向上凹陷；且凹陷程度也相同。这是由于液体内部同一深度向上和向下的压强都相等的缘故。把现象2和现象3联合起来可以得出：液体内部向各个方向都有压强，同一深度的液体向各个方向的压强都相等。
现象4：塑料小瓶上表面气球皮向下凹陷，下表面气球皮向上凹陷且比上表面气球皮凹陷程度大。这一现象说明浸没在水中的物体上表面受到水向下的压力，下表面受到向上的压力，且下表面受到的向上的压力大于它上表面受到的向下的压力。由于在同一深度上液体对浸在其中的物体向各个方向的压力都相等，而物体受上表面和下表面所在深度不同，受到的压力大小也不同，下表面受到的向上的压力大于其上表面受到的向下的压力，所以浸在液体的物体受到液体给的压力的合力沿竖直方向向上——浮力。
现象5：小瓶与水槽中液面基本相平（略高一些，这是由于小瓶的瓶壁占据一定空间）；小瓶中液面与标记线基本相平。浸在液体中的物体排开的液体的体积等于物体浸在液体中的体积。收集水的小瓶浮在水槽中时，小瓶内外液面基本相平；说明小瓶的重力与将它按入水中的力之和与它排出的水的重力大小相等——浮力。
相关规律
1．液体内部向各个方向都有压强，压强的大小随深度的增加而增大，同一深度的液体向各个方向的压强都相等。
2．浸在液体中的物体受到液体向上的浮力大小等于它排开液体的重量。
日常现象或应用：铁皮放在水中会沉底，封闭的空铁桶会漂在水面上，就是由于空铁桶增加了它排开水的体积，同时也就增加了它排开水的重量——浮力，当它漂在水面上时受到水的浮力与其重力相平衡。钢铁制造的船能够在水中漂浮就是利用了这一原理，随着载货重量的增加，它排开水的体积增大，受到的浮力也同时增大了。
想一想
死海的浮力为什么那么大呢？
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对浮力的认识和应用，是古代流体力学研究的重要内容。在这方面，中国古人积累了丰富的实践经验。早在先秦时期，古人就对物体的浮沉特性有所认识，并在生产实践中有十分巧妙的应用。例如在《考工记`矢人》篇中，“矢人”在确定箭杆各部分的比例时，采用的方法是：“水之，以辨其阴阳；夹其阴阳，以设其比；夹其比，以设其羽。”
就是说，把削好的箭杆投入水中，根据箭杆各部分在水中浮沉情况，判定出其相应的密度分布，根据这一分布来决定箭的各部分的比例，然后再按这个比例来装设箭尾的羽毛。这种根据箭杆各部分浮沉程度判定其相应质量分布的方法是合乎科学的，也是十分巧妙的。
先秦时期人们不仅能应用浮力定性判定物体质量分布，还能应用浮力定量测定物体的重量。晋代的《符子》一书记载了这样一个故事：“朔人献燕昭王以大豕，曰‘养奚若’。……王乃命豕宰养之。十五年，大如沙坟，足如不胜其体。王异之，令衡官桥而量之，折十桥，豕不量。命水官浮舟而量之，其重千钧。”
“浮舟量之”，就是利用水的浮力来测定这头其重无比的大猪的重量。如果《符子》的记载真实的话，那么这是我国古人定量利用水的浮力的一个绝妙的例子。由此发展下去，就是脍炙人口的曹冲称象的传说了。
曹冲称象
明末方以智在《物理小识》卷七中记载了他的老师王虚舟对金、银、铜、铁在汞液中浮沉情况的观察：“虚舟子曰：《本草》言金银铜铁置汞上则浮，此非也。铜铁则浮，金银则沉。金银取出必轻耗，以其蚀也。”
王虚舟的观察是准确的，这反映了古人对不同比重物体沉浮状态研究的深入。这段话还记述了汞对金、银的腐蚀作用，在化学史上也是有价值的。