阿基米德原理, SPM Physics Glossary

释义

全部或部分浸入流体中的物体会受到一个向上的浮力，其大小等于它所排开流体的重量。

阿基米德原理指出，完全或部分浸入流体中的物体，会受到一个向上的浮力，其大小等于该物体所排开流体的重量。这个向上的力称为浮力，它解释了为什么某些物体在水中看起来更轻，以及为什么有些物体能够浮起。

浮力由 Fb = ρVg 计算得出，其中 Fb 是以牛顿(N)为单位的浮力，ρ 是流体密度，以千克每立方米(kg m⁻³)为单位，V 是排开流体的体积，以立方米(m³)为单位，g 是重力场强度，以米每二次方秒(m s⁻²)为单位。

对于漂浮的物体，适用浮体定律：作用在物体上的浮力恰好等于物体本身的重量，因此合力为零，物体在固定深度处保持平衡。当物体的重量大于其能获得的最大浮力时，也就是物体完全浸没后重量仍然大于所排开流体的重量时，物体就会下沉。

一块体积为 0.002 m³ 的实心方块完全浸没在密度为 ρ = 1000 kg m⁻³ 的水中。取 g = 9.81 m s⁻²，计算作用在该方块上的浮力。

由于方块完全浸没，排开的水的体积等于方块的体积，即 V = 0.002 m³。

根据 Fb = ρVg，浮力为 Fb = 1000 kg m⁻³ × 0.002 m³ × 9.81 m s⁻² = 19.62 N。

如果方块的实际重量大于 19.62 N，该方块就会下沉，因为浮力不足以支撑它。如果方块的重量恰好为 19.62 N，它就能在水中保持平衡悬浮。

整个计算过程中，密度以千克每立方米表示，体积以立方米表示，最终浮力正确地以牛顿表示。

在试卷一中，客观题常要求考生用 Fb = ρVg 计算浮力，或根据给定的密度或重量值辨认物体会浮起还是下沉。在试卷二中，结构题通常要求考生写出阿基米德原理、解释浮体定律，并针对所描述的物体计算浮力或排开流体的体积。

在试卷三中，实验任务通常涉及用弹簧秤分别在空气中和水中称量物体，要求考生根据两次读数之差确定浮力，并将其与所排开水的重量联系起来。

常见的错误是对漂浮物体使用其总体积而不是仅浸没部分的体积，或把流体的密度与物体本身的密度相混淆。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)

常见问题

阿基米德原理是不是只适用于漂浮的物体？

不是。阿基米德原理适用于任何完全或部分浸入流体中的物体，无论它是漂浮、下沉，还是被固定在水中保持静止。在每种情况下，物体都会受到一个等于其所排开流体重量的浮力，由 Fb = ρVg 给出。

为什么形状相同的物体，有的能漂浮，有的却会下沉？

当物体尚未完全浸没时，如果它凭借所排开的流体能产生的浮力足以等于自身重量，它就会漂浮。如果即使完全浸没，物体的重量仍超过所能获得的最大浮力，它就会下沉而不是漂浮。

如何通过实验测量物体所受的浮力？

常见的做法是先用弹簧秤在空气中称量物体的重量，再把它完全浸入液体中重新称量。用第一次读数减去第二次读数得到的表观失重，就等于作用在物体上的浮力，单位为牛顿(N)。