教學流程浮力的產生影響浮力大小的因素阿基米德原理物體的浮沉浮力在生活中的應用

浮力6 ． 5

1

浮力的產生

2

人在游泳池裡，會覺得自己好像變輕了，同樣的，在水中移動石塊，會覺得石塊在水中比在空氣中輕，這些現象都與浮力有關。

前言

3Jim Bahn

把等重的黏土塊和金屬塊分別懸吊在自製桿秤的兩端，桿秤呈平衡。

浮力的產生 1/6

4

將金屬塊沒入水中，桿秤往黏土塊的一端下傾。這表示沒入水中的金屬塊變輕了。

浮力的產生 2/6

5

若改將黏土塊沒入水中，則桿秤往金屬塊的一端下傾。這表示沒入水中的黏土塊變輕了。

浮力的產生 3/6

6

由以上觀察可知，沒入液體中的物體將秤桿下拉的力，比物體的重量輕，可見物體除了重力外，還受到一個向上的作用力。

浮力的產生 4/6

7

作用力作用力

當物體液體的某一深度時，液體對物體左、右表面所產生的壓力相同，互相抵消。

浮力的產生 5/6

8

向左壓力＝向右壓力

但液體對物體上、下表面所施的壓力卻不相同，因此對物體產生向上的作用力，此作用力稱為浮力。

浮力的產生 6/6

9

向上壓　向下壓 的力 的力－ ＝浮力

影響浮力大小的因素

10

浮力與物體所受的重力方向相反，所以能抵消一部分的物體重量，習慣上常說成「物體在液體中的重量減輕了」，而浮力的大小也就是物體在液體中所減輕的重量。

影響浮力大小的因素 1/5

11

重力

浮力

將等重的黏土塊和金屬塊沒入水中，桿秤往金屬塊的一端下傾。顯示體積較大的黏土塊減輕的重量較多。代表沒入液體中的體積越大，所受浮力就越大。

影響浮力大小的因素 2/5

12

浮力大 浮力小

將兩個等重且等體積的黏土塊同時沒入水中，桿秤呈平衡，表示兩者所受浮力相等。

影響浮力大小的因素 3/5

13

水 水

改將重量、體積相同的黏土塊沒入水和密度比水大的食鹽水中，桿秤往水的一端下傾。代表沒入密度較大的液體中，所受浮力也較大。

影響浮力大小的因素 4/5

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食鹽水 水

由以上觀察和討論可知，物體所受的浮力大小，與物體沒入液體中的體積和液體密度有關。

影響浮力大小的因素 5/5

15

體積越大，浮力越大 液體密度越大，浮力越大

食鹽水 水

阿基米德原理

16

阿 基 米 德 （ Archimedes ， 西 元 前287∼ 前 212 年）

古希臘哲學家，在兩千多年前發現了浮力的現象。阿基米德原理：「物體在液體中所減輕的重量（浮力），等於該物體所排開液體的重量」。

阿基米德原理 1/3

17

經由實驗 6‧5 可證實：物體在溶液中所減輕的重量（浮力），剛好等於物體所排開的液體重。

阿基米德原理 2/3

18

B ＝ V 排 　 ×　 d液

液體每單位體積的重量

浮力＝ ×物體排開的液體體積

物體排開的液體重量為 V × d 示意如下：阿基米德原理 3/3

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將物體 A浸入液體中

物體 A 浸入後，排開等體積的液體。

排開液體體積

＝

物體的浮沉

20

鐵塊放入水中，鐵塊會下沉，但是為什麼鋼鐵打造的船隻卻能浮在水面上呢？

　

前言

21

Lee Coursey

沉體 1/2

22

浮力

重力

d=1

d >1沉體：當物體的密度＞液體的密度時，物體將完全沒入液體中。物體下沉代表

浮力＜物體重量

＜物體重量排開

液體重

ＷＷ排排＜＜ＷＷ物物

此時物體所排開的液體體積（ V 排）＝物體全部的體積（ V 物）。

沉體 2/2

23

Ｂ沉 ＝Ｖ排 × d 液 ＝Ｖ物 × d 液

ＶＶ排排＝＝ＶＶ物物沉

＝＝

例題6-10

將同質量的鐵塊（密度 7.9 公克∕立方公分）及鋁塊（密度 2.7 公克∕立方公分）投入水中，何者所受浮力較大？

24

例題6-10 詳解解：鋁塊。

沉體的體積越大，所受的浮力也越大。兩者質量相同時，由於鋁塊密度小於鐵塊，故體積較鐵塊大，因此浮力較大。

25

鋁鋁 鐵鐵

浮體：當物體的密度＜液體的密度時，物體將浮出液面。物體浮於液面代表

浮力＝物體重量 ( 兩力平衡 )

＝物體重量

浮體 1/3

26

浮力

重力d=1

d<1

排開液體重

如果將物體完全沒入液體中，則物體浸沒於液體中的體積增大：

　　　＞物體重量

浮力＞物體重量

　　　

浮體 2/3

27

浮力

重力d=1

d<1

排開液體重

Nemo

當浮力與重量達到力平衡時　， 浮力（ B ）＝ 物體在空氣中的重量（ W ），也就是物體在液體中稱得的重量＝ 0 。

浮體 3/3

28

B 浮＝ V 排 × d 液

物體排開液體造成的水位上升

浮力

重力＝空氣中的物重

知識快遞 1/2

1. 漂浮在海水中的冰山：冰的密度約為 0.92 g∕ cm3 ，大約只有十分之一的體積會露出水面，故常以「冰山一角」表示未能見到事物的全貌。

29

Brocken Inaglory Uwe Kils

知識快遞 2/2

2. 在以色列與約旦之間，有一鹹水湖死海，湖水密度約介於為 1.2 ～ 1.5 g/cm3 ，人體密度則介於 0.98 ～ 1.07 g/cm3 ，所以當人漂浮在死海上時，身體的體積約三分之一會浮出水面。

30

例題有甲、乙、丙三個不溶於水的固體，其質量和體積如下表所示，若三者同時投入水中，則下列敘述何者正確？

6-10

物體 甲 乙 丙質量 (g) 30 40 60

體積 (cm3) 20 50 80

31

(A)B 甲＞ B 乙

(C)丙為浮體(B)B 乙＞ B 丙(D) 乙為沉體。

例題6-10 詳解 1/2

32

物體 甲 乙 丙質量 (g) 30 40 60

體積 (cm3) 20 50 80

解： (C) 。D 甲＝　　　 ＝ 1.5 (g∕cm3)，故甲為沉體，

B 甲＝ 20 (cm3) × 1 (gw∕cm3)＝ 20 (gw) 。D 乙＝　　　 ＝ 0.8 (g∕cm3)，故甲為浮體，B 乙＝W 乙 ＝ 40 (gw) 。

30(g)20(cm3)

40(g)50(cm3)

例題6-10 詳解 2/2

33

物體 甲 乙 丙質量 (g) 30 40 60

體積 (cm3) 20 50 80

解： (C) 。D 丙＝　　　 ＝ 0.75 (g∕cm3)，故丙為浮體，

B 丙＝W 丙＝ 60 (gw) 。故可知 (A)B 甲＜ B 乙； (B)B 乙＜ B 丙； (D) 乙為浮體。

60(g)80(cm3)

例題6-11 1/2

小穎將同一個釣魚竿浮標分別放入甲、乙、丙三種不同的液體中，浮標的位置如下圖所示，則下列敘述何者正確？

34

例題6-11 2/2

下列敘述何者正確？(A)浮標在甲、乙、丙三種液體

中所受的浮力為甲＞乙＞丙(B)浮標在甲、乙、丙三種液體

中所受的力為丙＞乙＞甲(C)甲、乙、丙三種液體的密度

為甲＞乙＞丙(D)甲、乙、丙三種液體的密度

為丙＞乙＞甲。35

例題6-12 詳解解： (D) 。 浮體的浮力等於物體重量，所以不論浮標在甲、乙、丙哪一種液體中，浮力都一樣大（都等於浮標的重量），且因為浮力等於所排開的液體重，所以浮標在液下的體積越少，代表液體的密度越大。

36

浮力在生活中的應用

37

鐵塊的密度比水的密度大，所以會沉入水中。以相同質量的鐵打造船隻，其中空的部分使船的整體體積加大。

物體的浮沉 1/3

38

鐵

由 M ＝ DV ，質 量固定時 ，體 積 越 大 ， 密度 越 小 ， 當 船的 平均密 度 小於 水 時 ， 則 不會沉入水中。

物體的浮沉 2/3

39

鐵

根據阿基米德原理，此時船所排開的水重等於船的重量。

物體的浮沉 3/3

鐵

浮力

重力

浮力＝物重 ＝排開的液體重

40

動腦時間 1/2如下圖，一個沒有蓋子的容器，漂浮在水面上和沉入水中時，何者所受的浮力較大？為什麼？

41容器浮在水上 容器沉在水中

動腦時間 2/2解：浮在水面上時所受的浮力較大。因為浮體所受浮力等於空氣中的物重，而沉體所受浮力則會小於其物重。

42容器浮在水上 容器沉在水中

浮力在生活中的應用

43

潛水艇的體積固定，所以它所能排開的海水重量（浮力）是固定的，那為何潛水艇可以在水中自由浮沉呢？

潛水艇的原理

44Hohum

潛水艇兩側有特殊的裝置，可藉由改變本身的平均密度，可以在海中自由的浮沉。

潛水艇的原理 1/2

45

海水流入裝置內，潛水艇平均密度增加，便會下沉。

潛水艇的原理 2/2

46

將空氣打入裝置中，使海水流出，潛水艇平均密度減少，便會上浮。

飛船、熱氣球和天燈為什麼能在空氣中往上飄呢？這是因為物體在空氣中也會受到空氣浮力的作用。

浮力的應用 1/4

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浮力的應用 2/4

熱氣球和天燈經由加熱，使內部空氣受熱膨脹而排出，導致內部空氣密度變小。當內部平均密度小於空氣時，就會因浮力大於物重而向上飄升。

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Richy

Nemo

密度大

加熱

密度變小

空氣分子

知識快遞目前慶典所用的氣球大都是充填密度比空氣小的氦氣。一般街頭宣傳用的小氣球多充填空氣，所以無法在空氣中上升。用嘴巴吹氣充填的氣球，由於含較多的二氧化碳，所以密度大於空氣而無法升空。

49

依據阿基米德原理當物體停留在空中時：

浮力＝物重浮力＝排開的空氣重。

當物體升上天空時：浮力＞物重排開的空氣重＞物重。

浮力的應用 3/4

50

Nemo

浮力物重

排開氣體重

氣象觀測也常利用這個原理，以氣球攜帶測量儀器，上升至高空來測量氣溫和氣壓。

浮力的應用 4/4

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氣球氣球

探空儀探空儀

以氣球搭載測量儀器—探空儀，可測量高空氣壓、氣溫、溼度、風向及風速。

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