10. 如图9-1-9所示,乒乓球漂浮在水面上,请画出乒乓球受力的示意图。

答案
10. 如图所示
自学参考
1. 浮力
浸在液体或气体中的物体会受到液体或气体竖直向上的托力,这个托力就是浮力。
木块能漂浮在水面上,轮船可在大海中航行而不下沉,放飞的氢气球腾空而起,都是由于它们受到水或空气的浮力。金属块放在水中会下沉,若将金属块用细线拴住,挂在弹簧测力计的挂钩下,然后将金属块放在水中,金属块除了受到重力和弹簧测力计向上的拉力外,还受到水对它向上的托力,即浮力。金属块在水中受到浮力大小就等于空气中和水中的弹簧测力计的示数差,即$F_{浮}=G - F$,式中$G$为物体受到的重力,$F$为将物体悬挂于弹簧测力计下浸在液体中时弹簧测力计的示数。由此说明,浸在液体或气体中的物体,不论它是上浮还是下沉,都会受到液体或气体的浮力。浮力的方向总是竖直向上的。
2. 浮力产生原因
可用浸没在液体内的正立方体来分析。如图9-1-10所示,由于液体内部存在压强,在同一深度向各个方向的压强相等,而且随深度的增加而增大,所以当正立方体全部浸入液体内,它的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力。由于左右两侧面相对应的点处于液体中相同的深度,所以左右两侧面相对应的点受到的压强相等。而两个侧面的面积大小相等,所以两侧面上受到液体的压力大小相等,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。上表面受到的压强小,下表面受到的压强大,下表面受到向上的压力大于上表面受到的向下的压力。导致物体受到一个液体施加的向上和向下的压力差。液体对物体的这个压力差,就是液体对物体的浮力。当物体漂浮在液体中时,物体的上部接触不到液体,此时物体受到的浮力就是液体作用在物体底部向上的压力。当物体与容器底面密切接触时,物体的底面不受液体向上的压力,它只受到液体作用于物体表面向下的压力,所以这个物体不受浮力。

1. 浮力
浸在液体或气体中的物体会受到液体或气体竖直向上的托力,这个托力就是浮力。
木块能漂浮在水面上,轮船可在大海中航行而不下沉,放飞的氢气球腾空而起,都是由于它们受到水或空气的浮力。金属块放在水中会下沉,若将金属块用细线拴住,挂在弹簧测力计的挂钩下,然后将金属块放在水中,金属块除了受到重力和弹簧测力计向上的拉力外,还受到水对它向上的托力,即浮力。金属块在水中受到浮力大小就等于空气中和水中的弹簧测力计的示数差,即$F_{浮}=G - F$,式中$G$为物体受到的重力,$F$为将物体悬挂于弹簧测力计下浸在液体中时弹簧测力计的示数。由此说明,浸在液体或气体中的物体,不论它是上浮还是下沉,都会受到液体或气体的浮力。浮力的方向总是竖直向上的。
2. 浮力产生原因
可用浸没在液体内的正立方体来分析。如图9-1-10所示,由于液体内部存在压强,在同一深度向各个方向的压强相等,而且随深度的增加而增大,所以当正立方体全部浸入液体内,它的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力。由于左右两侧面相对应的点处于液体中相同的深度,所以左右两侧面相对应的点受到的压强相等。而两个侧面的面积大小相等,所以两侧面上受到液体的压力大小相等,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。上表面受到的压强小,下表面受到的压强大,下表面受到向上的压力大于上表面受到的向下的压力。导致物体受到一个液体施加的向上和向下的压力差。液体对物体的这个压力差,就是液体对物体的浮力。当物体漂浮在液体中时,物体的上部接触不到液体,此时物体受到的浮力就是液体作用在物体底部向上的压力。当物体与容器底面密切接触时,物体的底面不受液体向上的压力,它只受到液体作用于物体表面向下的压力,所以这个物体不受浮力。
答案
解:
1. 分析浸没在液体中的正方体的侧面受力:
正方体的左右两侧面、前后两侧面在液体中的对应深度相同,根据液体压强公式$p=\rho gh$,对应位置的液体压强相等;又因为侧面面积相等,由$F=pS$可知,左右两侧面受到的液体压力大小相等、方向相反,彼此平衡;前后两侧面受到的液体压力也大小相等、方向相反,彼此平衡,这四个面的合力为0。
2. 分析正方体的上下表面受力:
正方体上表面受到液体向下的压力为$F$,下表面受到液体向上的压力为$F'$;由于下表面所处液体深度大于上表面,根据$p=\rho gh$,下表面受到的液体压强大于上表面,且上下表面面积相等,由$F=pS$可知$F'>F$。
3. 推导浮力的表达式:
液体对正方体的浮力等于上下表面受到的液体压力差,即
$\boldsymbol{F_{浮}=F'-F}$
答:浸没在液体中的物体所受浮力等于其上下表面受到的液体压力差,即$F_{浮}=F'-F$,浮力方向竖直向上。
1. 分析浸没在液体中的正方体的侧面受力:
正方体的左右两侧面、前后两侧面在液体中的对应深度相同,根据液体压强公式$p=\rho gh$,对应位置的液体压强相等;又因为侧面面积相等,由$F=pS$可知,左右两侧面受到的液体压力大小相等、方向相反,彼此平衡;前后两侧面受到的液体压力也大小相等、方向相反,彼此平衡,这四个面的合力为0。
2. 分析正方体的上下表面受力:
正方体上表面受到液体向下的压力为$F$,下表面受到液体向上的压力为$F'$;由于下表面所处液体深度大于上表面,根据$p=\rho gh$,下表面受到的液体压强大于上表面,且上下表面面积相等,由$F=pS$可知$F'>F$。
3. 推导浮力的表达式:
液体对正方体的浮力等于上下表面受到的液体压力差,即
$\boldsymbol{F_{浮}=F'-F}$
答:浸没在液体中的物体所受浮力等于其上下表面受到的液体压力差,即$F_{浮}=F'-F$,浮力方向竖直向上。
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