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1、此資料由網(wǎng)絡(luò)收集而來，如有侵權(quán)請(qǐng)告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負(fù)責(zé)傳遞知識(shí)。 《第九章 浮力與升力》課程資源 1．懸浮體的制作 用硬紙做成邊長(zhǎng)約5cm的立方體盒，將熔化的石蠟倒入空盒中。用天平稱出約10g的粗砂粒，放入熔化的石蠟中（石蠟密度為0.87～0.93g/cm3，要使125cm3的石蠟變?yōu)槠骄芏葹? g/cm3的石蠟混和物，需加入約8.7～16.2g的砂）。當(dāng)盒內(nèi)注滿蠟液后，將盒放在通風(fēng)陰涼的地方冷卻，使石蠟?zāi)?。從盒?nèi)取出凝固的蠟塊，放入水中，如果有少部分體積露出水面，可將幾枚大頭針插入蠟塊內(nèi)，直到它懸浮在水中為止。向蠟塊中增加或減少大頭針，蠟塊就可以下沉或上浮。

2、 另外，在小的透明塑料袋內(nèi)裝入紅色或藍(lán)色的水，而后將塑料袋口用細(xì)線扎緊，放入水中，也能成為很好的懸浮體。 2.阿基米德 阿基米德（Archimedes 公元前約287～公元前約212）是古希臘偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，是靜力學(xué)和流體力學(xué)的創(chuàng)始人。他在物理學(xué)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域取得了舉世矚目的成果，成為古希臘最偉大的科學(xué)家之一。 阿基米德一改亞里士多德自然哲學(xué)時(shí)代重視哲學(xué)思辨和推測(cè)的風(fēng)氣，開始注意對(duì)具體科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中具體問題的研究，比較重視理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，是把技術(shù)實(shí)踐和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理結(jié)合起來系統(tǒng)研究靜力學(xué)的第一人。他設(shè)計(jì)制造的“行星儀”，包括太陽、月亮、地球和當(dāng)時(shí)人們已知的五大行星模型，能逼真

3、地表現(xiàn)出諸天體運(yùn)行情況 ，甚至可以表現(xiàn)日蝕和月蝕。他利用杠桿原理制造的“拋石機(jī)”，在當(dāng)時(shí)的戰(zhàn)爭(zhēng)中曾起到了重要作用。 阿基米德在物理學(xué)方面最突出的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了靜力學(xué)中的杠桿原理和流體力學(xué)中的浮力定律（即阿基米德原理）。著名的古羅馬建筑學(xué)家維持維特魯維阿曾講過一個(gè)后世流傳甚廣的阿基米德為國王鑒定金王冠的故事。敘古拉國王艾希羅交給金匠一塊黃金，讓他做一頂王冠。王冠做成后，國王懷疑金匠摻了假，可他又拿不出證據(jù)，于是把阿基米德叫來，要他來解決這個(gè)難題?；丶液?，阿基米德閉門謝客，冥思苦想，但百思不得其解。一天，他的夫人讓他去洗澡。當(dāng)他跳入池中時(shí)，水從池中溢了出來。阿基米德聽到那嘩嘩嘩的流水聲，靈感一下子

4、冒了出來。他從池中跳出來，邊跑邊喊："優(yōu)勒加！優(yōu)勒加?。ㄒ鉃檎业搅耍?。原來，阿基米德由澡盆溢水找到了解決王冠問題的辦法：相同質(zhì)量的相同物質(zhì)浸在水里，溢出的水的體積應(yīng)該相同。如果把王冠放到水了，溢出的水的體積應(yīng)該與相同質(zhì)量的金塊的體積相同，否則王冠里肯定摻有假。阿基米德來到王宮，做了如下的實(shí)驗(yàn)：在盆中裝滿水，又拿來同樣質(zhì)量的一塊黃金、一塊白銀，分別浸在水盆里，白銀溢出的水比黃金溢出的幾乎要多一倍，然后他又把王冠和等質(zhì)量的金塊分別浸在水盆里，結(jié)果王冠溢出的水比金塊多，顯然王冠里肯定摻了假。在鐵的事實(shí)面前，金匠不得不低頭承認(rèn)，王冠里確實(shí)摻了白銀。王冠之謎終于解開了。 3.核潛艇 核潛艇是以核能

5、為動(dòng)力的潛水艇。世界上第一艘核潛艇是美國的“紅魚”號(hào)，于1954年1月24日首次試航。首航即顯示了核潛艇的優(yōu)越性，人們聽不到常規(guī)潛艇那種轟隆隆的噪聲，艇上操作人員甚至覺察不出與在水面上航行有何差別。它84h潛航了1300km，這個(gè)航程超過了以前任何一艘常規(guī)潛艇最大航程的10倍左右。1955年7～8月，“紅魚”號(hào)和幾艘常規(guī)潛艇一起參加反潛艦隊(duì)演習(xí)，反潛艦隊(duì)由航空母艦和驅(qū)逐艦組成。在演習(xí)中，常規(guī)潛艇常常被發(fā)現(xiàn)，而核潛艇則很難被發(fā)現(xiàn)，即使被發(fā)現(xiàn)，核潛艇的高速度也可以使之?dāng)[脫追擊。由于核潛艇的續(xù)航力大，用不著浮出水面，因而能避免空中襲擊。 早期的核潛艇均以魚雷作為武器。以后由于導(dǎo)彈的發(fā)展，出現(xiàn)了攜

6、帶導(dǎo)彈的核潛艇。核潛艇安上導(dǎo)彈之后，便出現(xiàn)了兩種類型：一類是以近程導(dǎo)彈和魚雷為主要武器的攻擊型核潛艇；另一類是以中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)道為主要武器的彈道導(dǎo)彈核潛艇（又稱戰(zhàn)略核潛艇）。攻擊型核潛艇主要用于攻擊敵水面艦艇和潛艇，同時(shí)還可擔(dān)負(fù)護(hù)航及各種偵察任務(wù)。彈道導(dǎo)彈核潛艇則是戰(zhàn)略核力量的一次重要的轉(zhuǎn)移。在各種偵察手段十分先進(jìn)的今天，陸基洲際導(dǎo)彈發(fā)射并很容易被敵方發(fā)現(xiàn)，彈道導(dǎo)彈核潛艇則以其高度的隱蔽性和機(jī)動(dòng)性，成為一個(gè)難以捉摸的水下導(dǎo)彈發(fā)射場(chǎng)。 我國第一艘魚雷攻擊型核潛艇，經(jīng)過三年的航行試驗(yàn)于1974年8月1日正式交付海軍服役，成為世界上第五個(gè)擁有核潛艇的國家。核潛艇是集當(dāng)今世界高、精、尖科學(xué)技術(shù)和工業(yè)

7、發(fā)展于一身的產(chǎn)物，它涉及到冶金、機(jī)械、造船、電子、航天、化工、原子能、兵器等許多工業(yè)部門。因此，我國在十年動(dòng)亂時(shí)期、在被封閉的條件下造出了自己的核潛艇，又一次震驚了世界。現(xiàn)在我們也擁有了自己的導(dǎo)彈核潛艇，并且成功地進(jìn)行了水下發(fā)射導(dǎo)彈試驗(yàn)。 4.飛艇 飛艇主要由艇體、動(dòng)力裝置、尾翼和吊艙組成。艇體的氣囊內(nèi)充有比空氣輕的氫氣或氦氣——浮升氣體，利用它受到的空氣浮力，飛艇才能浮在空中。動(dòng)力裝置用來推進(jìn)飛艇。尾翼用來起穩(wěn)定、控制作用和改變飛行方向、吊艙用來載人和貨物。飛艇的升降調(diào)整有多種方法，如改變氣囊中的氣體量（放氣或充氣）、拋掉壓艙物（水或沙袋）、利用艇體或翼面的氣動(dòng)升力和改變推力方向等。

8、 第一艘飛艇是法國的H·吉法爾于1852年制成的。1900年德國的齊柏林公司開始制造大型硬式飛艇，在第一次世界大戰(zhàn)期間，曾多次用飛艇進(jìn)行遠(yuǎn)程轟炸。 充氫氣的飛艇容易發(fā)生事故，還由于飛機(jī)在30年代和40年代有了很大發(fā)展，因此，后來就不再生產(chǎn)飛艇了。但是，跟飛機(jī)比，飛艇有很多優(yōu)點(diǎn)。它噪聲小、耗油少，對(duì)空氣污染輕，運(yùn)載量大，能垂直起落和懸浮空中。因此，在70年代又有些國家提出制造充氮飛艇的設(shè)想，并在逐步實(shí)現(xiàn)中。今后，飛艇在勘探、運(yùn)輸、救災(zāi)、海洋研究、通信廣播中，將有廣闊的應(yīng)用前景。 我國近十余年來先后研制出熱氣飛艇、充氫試驗(yàn)艇、充氫遙控飛艇、浮空4（FK4）載人實(shí)用飛艇。其中由華航飛艇開發(fā)

9、集團(tuán)研制的FK4飛艇采用氦氣為浮升氣體，囊體材料為自行研制的層壓復(fù)合材料，并設(shè)置有俯仰偏轉(zhuǎn)正負(fù)90度的螺旋槳，填補(bǔ)了我國充氮實(shí)用飛艇的空白。 5.密度計(jì) 密度計(jì)也叫比重計(jì)或浮秤，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用很普遍的一種測(cè)量液體密度的儀器。它是一根密閉的玻璃管，上部粗細(xì)均勻，內(nèi)壁貼有刻度紙，下部較粗，下端裝有鉛丸或水銀，使玻璃管能豎直浮在液面上。 常用的密度計(jì)有兩種。一種密度計(jì)是用來測(cè)量密度大于水（即密度大于1.0×103kg／m3）的液體，俗稱重表，它的下部裝的鉛丸或水銀多一些，這種密度計(jì)的最小刻度是“1.00”，它的最小刻度線在最高處，由上而下，順次是1.1，1.2，1.3……，全

10、部刻度線都在1.00刻度的下面。另一種密度計(jì)是用來測(cè)量密度小于水的液體，俗稱輕表，它的下部裝的鉛丸或水銀少一些。這種密度計(jì)的最大刻度是“1.00”，它的最大刻度線在最低處，由下而上順次為0.9、0.8、0.7……。全部刻度線都在1.00刻度的上面。 另外在貿(mào)易、生產(chǎn)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，還常用到酒精計(jì)、（直接讀出酒精的濃度），硫酸計(jì)（直接讀出硫酸的濃度），檢乳計(jì)（直接讀出牛奶的濃度）等，這些儀表實(shí)質(zhì)上也都是密度計(jì)，只是它們的刻度值不是密度的大小罷了。 可以讓學(xué)生利用木棍和保險(xiǎn)等自制密度計(jì)。在木棍的一端繞上保險(xiǎn)絲，目的是使密度計(jì)能豎直浮在液體中。沒有保險(xiǎn)絲或銅絲，可在木棍下端的軸心按入一個(gè)釘子，

11、使木棍能豎直地浮在液體中。如果找不到均勻的木棍，可用一支帶有橡皮頭的鉛筆代替。在橡皮頭上按一個(gè)釘子，然后放在清水中，可以看到鉛筆豎直浮在水面。在鉛筆與水面接觸處劃一條細(xì)橫線，這就是水的密度的刻度。把它放在食油或鹽水中，就可以比較出三種液體密度的大小。 6. 漂浮在水面上的冰熔化后，水面怎樣變化？ 要研究水面的變化，就要比較未熔化時(shí)前冰排開水的體積V排和熔化后水的體積V水的相互關(guān)系。 開始冰塊漂浮于水面，重力等于浮力，即F浮=G冰 根據(jù)阿基米德原理可知V排==……① 而冰熔化后，質(zhì)量保持不變，即m冰=m水，有V水===……② 因?yàn)閂排=V水，所以水面位置不變。 問題引申：如果冰塊內(nèi)

12、含有石塊，當(dāng)冰熔化后，水面又會(huì)怎樣變化？ 分析：開始，含有石塊的冰漂浮于水面，則F浮=G總， 根據(jù)阿基米德原理可知V排===+……③ 而冰熔化成水后，石塊下沉到底部。則冰熔化后排開水的體積為V=V水+V石 其中，冰熔化后質(zhì)量保持不變，所以有V水===……④ 石塊的體積為V石==……⑤ 因?yàn)棣咽睛阉?，比較③和④+⑤，可知V排＞V，水面下降。 7.我國古代對(duì)浮力的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用 大約在殷商時(shí)期，我們的祖先就開始認(rèn)識(shí)和應(yīng)用浮力了，可以說是世界上應(yīng)用浮力最早的國家之一。當(dāng)時(shí)人們利用較大的獨(dú)木，從中間挖成槽形，放在江河的水中漂流，稱為獨(dú)木舟。人們利用它來載人和裝運(yùn)收獲的獵物。后來又發(fā)展到用

13、木板做成船體，在江河中代替獨(dú)木舟航行。隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，以后各個(gè)朝代對(duì)船的形狀和結(jié)構(gòu)又進(jìn)行了多次改進(jìn)，使木船不僅能在內(nèi)河、湖泊中航行，還制造了能適用于大海、大洋中航行的大型船舶。明朝時(shí)的鄭和出使西洋用的大型“寶船”船隊(duì)，其船體在結(jié)構(gòu)上合理、精致、美觀，都達(dá)到了古代造船工藝史上的顛峰。這一偉大的成果，是古代造船史上非常光輝的業(yè)績(jī)，是我們祖先對(duì)世界航海事業(yè)做出的偉大貢獻(xiàn)。 浮橋是我國古代歷史上應(yīng)用浮力的偉大奇跡，在公元前8世紀(jì)周朝時(shí)就得到了廣泛的應(yīng)用。在以后的年代，發(fā)展到不僅可以在小河上架起浮橋，而且像黃河這樣的大河上也架起了浮橋。相傳在11世紀(jì)初，在蒲州附近潼關(guān)以北的黃河上曾架起一座很大的

14、浮橋，浮橋的纜繩用8只鐵牛系住，這些鐵牛立于兩岸，每只鐵牛重?cái)?shù)萬斤。后來由于洪水泛濫，浮橋被沖垮，鐵牛也沉入河中。如何把鐵牛打撈起來，在當(dāng)時(shí)的條件下，是比較困難的。和尚懷丙派人潛入水中，用鐵索把鐵牛和兩只裝滿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，把鐵牛拉上來。 利用物體的沉浮原理估測(cè)液體的密度，在我國的宋、元時(shí)代已經(jīng)開始。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)記載，密度的測(cè)定主要是和古代的制鹽業(yè)密切聯(lián)系的，即由于估測(cè)鹽水的需要，發(fā)展了液體密度的測(cè)量技術(shù)，為曬鹽業(yè)提供了方便。11世紀(jì)，姚寬在臺(tái)州做官時(shí)，為了檢查鹽商是否舞弊，他首創(chuàng)了一種簡(jiǎn)單的估測(cè)鹽水密度的方法。選用體積大體相同，而質(zhì)量不同的蓮

15、子十粒，當(dāng)把蓮子放在鹽水中時(shí)，如果這些浮沉子──蓮子有5粒以上浮起，說明鹽水是最濃的；如果有三四粒蓮子浮起，說明此鹽水是濃鹽水；如果不足3粒蓮子浮起，說明此鹽水是稀鹽水。到了元代，經(jīng)進(jìn)一步改進(jìn)，制造了便于攜帶的簡(jiǎn)單裝置。取四個(gè)蓮子，分別用四種不同濃度的鹽水浸泡，放在一個(gè)竹筒內(nèi)，便成為簡(jiǎn)單的測(cè)定鹽水濃度的裝置。如果要測(cè)某種鹽水的濃度，只要把待測(cè)鹽水的一小部分裝入筒內(nèi)，觀察各類蓮子浮起的情況，便可以估測(cè)鹽水的濃度。到了明代，測(cè)定鹽水濃度的方法進(jìn)一步簡(jiǎn)化，選一粒輕重合適的蓮子，放在竹筒內(nèi)，當(dāng)把待測(cè)的鹽水放入竹筒中時(shí)，如果蓮子浮在水面上成橫倒形，則鹽水最濃；如果成垂直形，則鹽水次濃；如果蓮子沉而下浮，

16、則鹽水不濃。我國古代這種簡(jiǎn)單估測(cè)鹽水濃度的方法，與現(xiàn)代密度計(jì)的原理相似，這說明我國古代對(duì)浮力的研究與應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)深入了。 8.弧圈球和香蕉球 當(dāng)球在空中飛行時(shí)，若不但使它向前，而且使它不斷旋轉(zhuǎn)，由于空氣具有一定的粘滯性，因此當(dāng)球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣就與球面發(fā)生摩擦，旋轉(zhuǎn)著的球就帶動(dòng)周圍的空氣層一起轉(zhuǎn)動(dòng)，球周圍產(chǎn)生和球旋轉(zhuǎn)方向一致的氣流。又由于球同時(shí)向前運(yùn)動(dòng)，因此相對(duì)于球的運(yùn)動(dòng)方向，在球飛行過程中空氣氣流相對(duì)于球是向后的。這樣，在球的一側(cè)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流和飛行中的相對(duì)氣流的方向相同，空氣流動(dòng)速度快，球的另一側(cè)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流和飛行中的相對(duì)氣流的方向相反，使該側(cè)氣流流速變慢。在速度較大一側(cè)的壓強(qiáng)比速度

17、較小一側(cè)的壓強(qiáng)為小，所以球一方的壓強(qiáng)小于球另一方的壓強(qiáng)。由于球所受空氣壓力的合力不為零，所以球在運(yùn)行過程中就產(chǎn)生了偏向一方的運(yùn)行，即產(chǎn)生弧圈球。 9． 伯努利和伯努利方程 伯努利是瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家，1700年2月8日生于荷蘭格羅寧根，是著名的伯努利家族中最杰出的一位。他是數(shù)學(xué)家J．伯努利的次子，和他的父輩一樣，違背家長(zhǎng)要他經(jīng)商的愿望，堅(jiān)持學(xué)醫(yī)，他曾在海得爾貝格、斯脫思堡和巴塞爾等大學(xué)學(xué)習(xí)哲學(xué)、論理學(xué)、醫(yī)學(xué)。1721年取得醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位。努利在25歲時(shí)(1725)就應(yīng)聘為圣彼得堡科學(xué)院的數(shù)學(xué)院士。8年后回到瑞士的巴塞爾，先任解剖學(xué)教授，后任動(dòng)力學(xué)教，1750年成為物理學(xué)教授。

18、在1725～1749年間，伯努利曾十次榮獲法國科學(xué)院的年度獎(jiǎng)。1782年3月17日，伯努利在瑞士巴塞爾逝世，終年82歲。 伯努利的貢獻(xiàn)涉及到醫(yī)學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)等各個(gè)方面。 在物理學(xué)上的貢獻(xiàn)有： (1)1938年出版了《流體動(dòng)力學(xué)》一書，共13章。這是他最重要的著作。書中用能量守恒定律解決流體的流動(dòng)問題，寫出了流體動(dòng)力學(xué)的基本方程，后人稱之為“伯努利方程”，提出了“流速增加、壓強(qiáng)降低”的伯努利原理。 (2)他還提出把氣壓看成氣體分子對(duì)容器壁表面撞擊而生的效應(yīng)，建立了分子運(yùn)動(dòng)理論和熱學(xué)的基本概念，并指出了壓強(qiáng)和分子運(yùn)動(dòng)隨溫度增高而加強(qiáng)的事實(shí)。 (3)從1728年起，他和歐拉還共同研究柔韌而有彈性的鏈和梁的力學(xué)問題，包括這些物體的平衡曲線，還研究了弦和空氣柱的振動(dòng)。 (4)他曾因天文測(cè)量、地球引力、潮汐、磁學(xué)、洋流、船體航行的穩(wěn)定、土星和木星的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)理論等成果而獲獎(jiǎng)。 在數(shù)學(xué)方面，有關(guān)微積分、微分方程和概率論等，他也做了大量而重要的工作。