浮力的形成，探究及运用

C168重庆市11中

杨森

  周末，在家煮汤圆，先把水煮沸，然后把汤圆放入水中，汤圆一个一个沉入水中，煮了一会后，汤圆又一个一个浮了起来，然后并漂浮在水上。为什么汤圆会先沉底，然后飘浮呢？

  带着好奇，我查阅了资料。原来物体受到浮力，而产生浮力的原因，可用浸没在液体内的正立方体的物体来分析。该物体系全浸之物体，受到四面八方液体的压力，而且是随深度的增加而增大的。所以这个正立方体的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力。因为作用在左右两个侧面上的力由于两侧面相对应，而且面积大小相等，又处于液体中相同的深度，所以两侧面上受到的压力大小相等，方向相反，两力彼此平衡。同理，作用在前后两个侧面上的压力也彼此平衡。但是上下两个面因为在液体中的深度不相同，所以受到的压强也不相等。上面的压强小，下面受到的压强大，下面受到向上的压力大于上面受到的向下的压力。液体对物体这个压力差，就是液体对物体的浮力。这个力等于被物体所排开的液体的重量。当一个浮体的顶部界面接触不到液体时，则只有作用在底部界面向上的压力才会产生浮力。至于一个位于容器底面上的物体，并和容器底面密切接触，那它就只能受到向下作用于物体表面的液体压力下，所以这个物体不受浮力作用，这种现象并不多，因为只要其间有一层很薄的液膜，就能传递压强，底面就有向上的压力，物体上下表面有了压力差，物体就会受到浮力。

当物体下沉时，物体所受浮力小于物体的重力；当物体悬浮时，物体所受浮力等于物体的重力；当物体上浮时，物体所受浮力等于物体的重力。

所以一开始，汤圆沉底。明显是物体所受浮力小于物体的重力。然而汤圆在被煮一段时间后上浮，可能有三种情况。

一．          汤圆的重力减小，而汤圆的浮力不变，所以使浮力大于了重力。

二．          汤圆的重力不变，而汤圆的浮力増大，所以使浮力大于了重力。

三．          汤圆的重力减小，同时汤圆的浮力增大，所以使浮力大于了重力。

对于第一点，我找到了求重力的公式G=mg，g不变，而质量是不是变了呢，因为没有天平这样精密的仪器，所以我用电子秤称了20个汤圆的质量220克，所以每个汤圆11克，然后把20个汤圆同时放入水中，一起煮，等到它漂浮后，并将它们用勺子舀起来，在汤圆有水的情况下，再次称量，300克，所以每个汤圆15克。所以变大了，而且在锅底沾附了一些白色面粉，所以不可能。

第二点，我找到了阿基米德定律，F（浮）=ρ液gV排   。而ρ液不会变，g不会变 ，所以V排增大，F浮增大，而V排是否增大了呢？我用保鲜膜将一个汤圆包起来，把它浸没一个装有水的杯子（水足够将汤圆浸没）。用笔将水面高度在杯外画一条线。然后将汤圆在沸水中煮，只到汤圆漂浮在水面上，用保鲜膜将它包裹，再次浸没在水中，发现液面比以前高，所以可以得到，V排增大了。因此可以得到F浮增大了。

第三点，重力减小不可能，而浮力増大是对的，所以第三点不全对。

从上面的例子可以看出，浮力在某些情况下是可以改变的。那怎样将这一知识运用于生活中呢，我做过一个小实验，先将一圆柱形木块用刀子切掉三分之一的横截面，挖成空心但不能使剩余木头外部受到损害，竖放入水中，因为木块密度小于水的密度，所以发现木头漂浮于水面。然后我将5颗铁钉钉入木头中，然后再竖放入水中，发现木头依然飘浮于水面，不过可以判断出，这时木块浸入水中的深度明显要深一些，如此反复，到第7次时，木块悬浮于水中。记这时浮力为F1。然后将同样大小的木头用刀子切掉三分之一的横截面，挖成空心，但不能使剩余木头外部受到损害，将刚刚同样多的钉子放入木头中，然后将木头放入水中，我发现木头不会全浸没入水，而是飘浮于水中。记这时的浮力为F2。我继续向里面加入钉子，当钉子加到84颗时，木头进水并沉没，记木头沉没前83颗钉子时的浮力为F3。比较这3个力可知，可以知道F3>F1>F2。

而这一点，在生活中是经常被用到的，也正是因为这一点，用钢做的轮船才不会下沉。

轮船能漂浮在水面上是因为钢铁制造的轮船，由于船体做成空心的，使它排开水的体积增大，受到的浮力增大，这时船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上.它是利用物体漂浮在液面的条件F浮=G来工作的，只要船的重力不变，无论船在海里还是河里，它受到的浮力不变.根据阿基米德原理，F浮=ρ液gV排，它在海里和河里浸入水中的体积不同.轮船的大小通常用它的排水量来表示.所谓排水量就是指轮船在满载时排开水的质量.轮船满载时受到的浮力F浮=G排=m排g.而轮船是漂浮在液面上的，F浮=G船+G货=m船g+m货g，因此就有m排=m船+m货.

浮力有很多的优点，但有些东西受到浮力也是不好的，我还是用一个小实验告诉你，浮萍是一种生长得很快的植物，用三个鱼缸养鱼，其中一个不放浮萍，养2条鱼，另一盆放少许浮萍，养2条鱼，最后一盆放大量浮萍，同样养2条鱼。

第一天，第一盆中的鱼，没有什么太大反应，活的很好;第二盆中的鱼，会时常到水面用嘴吐气泡，第三盆中的鱼一直在水面，且没有太大的活力，跟死鱼差不多。  然后将第一盆中的鱼和第三盆中的鱼交换，三盆鱼中添加同样多的食物。

第二天，被掉换的第一盆鱼中，有一条鱼死亡，另一条鱼在死亡边缘，第二盆中虽然没有鱼死亡，但鱼的精神不好，我用筷子去碰它们，他们基本不动，可能也在死亡边缘，但第三盆中的鱼让我吃惊，全死了。

现在，再做一个实验，同样是三盆水，和上次放的东西一样，经过两天，不交换鱼，会发现第一盆中的鱼不但没死，而且很有活力，第二盆中的鱼没死但活的没精神，但会时常浮到水面，第三盆中的鱼死光。

浮萍由于浮力会浮到水面，而浮到水面会隔绝光线射入水中，同时隔绝氧气，浮萍越多，隔绝效果越强，鱼也就死的越快。所以，大量的浮萍对于水中的生物是致命的因此，河里，鱼塘，应该除控制浮萍的数量。

浮力在我们生产生活中很重要，但有时也会带来麻烦。

评委点评：本文主要观点的论据是作者通过观察、考察、实验获得的，有实验依据；论据充分，论证合理且符合逻辑，文字简洁准确；所附资料、鉴定证明等比较详实。