文档文本内容
沪科版物理2024.indd 4 2024/11/22 上午11:26义 务 教 育 教 科 书
（五·四学制）
物 理
八 年 级 下册
上海科学技术出版社
物理前言后记.indd 7 2024/3/8 上午11:00主 编：高 景
执行主编：朱 臻
本册主编：朱 臻
核心编写人员：（以姓氏笔画为序）
成晓俊 严荣琴 范晓琦 林 燕 贾丽浈 涂 泓
责任编辑：徐青莲 金波艳 陈慧敏
美术设计：房惠平 诸梦婷
义务教育教科书（五·四学制） 物理 八年级 下册
出 版 上海世纪出版（集团）有限公司 上海科学技术出版社
（上海市闵行区号景路159弄A座9F-10F 邮政编码201101）
发 行 上海新华书店
印 刷 上海新华印刷有限公司
版 次 2025年1月第1版
印 次 2025年1月第1次
开 本 787毫米×1092毫米 1/16
印 张 8.5
字 数 138千字
书 号 ISBN 978-7-5478-6881-2/G·1283
定 价 8.85元
价格依据文号 沪价费〔2017〕15号
版权所有·未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分·违者必究
如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：021-64848025，邮箱：jc@sstp.cn目 录
第 6 章 密度与压强
1
第1节·物质的密度 2
第2节·固体、液体密度的测量 8
第3节·压力与压强 13
第4节·液体压强 19
第5节·大气压强 27
第6节·流体压强与流速的关系 32
第 7 章 浮力
40
第1节·浮力 41
第2节·阿基米德原理 46
第3节·浮沉的条件及应用 52
跨学科实践·我国造船技术的发展 57第 8 章 简单机械 功和能
63
第1节·杠杆 64
第2节·滑轮 72
第3节·功与功率 77
第4节·机械能及其转化 84
第5节·机械效率 90
跨学科实践·斜拉桥的原理与模型制作 94
第 9 章 物态变化
103
第1节·温度 104
第2节·汽化和液化 111
第3节·熔化和凝固 117
第4节·升华和凝华 122第 6 章 密度与压强
大型客机是重要的现代交通工具，C919 大型客机是我国首次按照国际
通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机，彰显我国工
业技术的整体水平。飞机的研制涉及材料的密度和流体的压强等问题。本章
我们将学习密度和压强的相关知识。
通过本章内容的学习，你将了解液体压强和大气压强，理解密度和压强
等基本概念，知道流体压强与流速的关系；学会测量固体和液体密度的基本
方法；经历探究影响液体压强因素的过程；了解密度与压强知识在日常生活
中的具体应用；初步建立物质观念。
1第
1
图6-1-1 各种规格的矿泉水 第 节
物质的密度
图 6-1-1 所示是各种规格的矿泉水，显然，
相同体积的水质量相同，瓶中所装水的体积越
大，这瓶水的质量就越大。但是，相同体积的水
和食用油的质量并不相同，这是为什么呢？
● 物体的质量与体积有什么关系？
我们测量不同瓶装水的质量与体积，发现
水的质量与体积成正比。其他物质是否也有类似
规律？
自主活动
取一些大小不同的实心长方体铝块、铁块和木块，测量并分析它们
的质量与体积的关系。
6
章
·
密
度
与
压
强
2大量实验表明，通常情况下，同种物质组
成的物体的质量与体积的比值是一个定值；不
第
同物质组成的物体的质量与体积的比值一般不
同。质量与体积的比反映了物质本身的特性，可
用密度这个物理量来描述。
● 什么是密度？
在物理学中，将某种物质组成的物体的质量
与体积之比叫做这种物质的密度（density），用ρ
表示。
如果用 m 表示质量，V 表示体积，则密度
可表示为
m
ρ =
V
由公式可知，密度ρ的单位可由质量单位和
体积单位确定。在国际单位制中，密度的单位是
千克/米3，读作“千克每立方米”，符号是kg/m3。
密度的常用单位还有克 / 厘米3，读作“克每立
方厘米”，符号是g/cm3。
1 g/cm3 = 1×103 kg/m3
虽然密度由质量与体积之比来定义，但密
度是描述物质自身特性的物理量，由物质本身决
定，与物体的质量、体积无关。
我国古人很早以前就对密度有了相当程度的
想一想
认知。在古代数学著作中记载了金、银、铜、铁
人们常说“铁比
等物质的密度，如魏晋时期刘徽注《九章算术》
棉花重”，如何理解这
时记载“黄金方寸，重十六两”，按当时的度量
种说法呢？
衡换算得到金的密度为19.6 g/cm3。
1
节
·
物
质
的
密
度
3自然界中，不同物质的密度通常不相同。水
和食用油密度不同，因此相同体积的水和食用油
第
质量不同。表 6-1-1 ～ 表 6-1-3 列出了一些常见
物质的密度。
表6-1-1 一些常见固体的密度（常温常压）
物 质 密度ρ/（kg·m-3） 物 质 密度ρ/（kg·m-3）
金 19.3×103 碘 4.9×103
铅 11.3×103 铝 2.7×103
银 10.5×103 海波 1.69×103
铜 8.9×103 冰（0 ℃） 0.9×103
铁 7.9×103 石蜡 0.9×103
表6-1-2 一些常见液体的密度（常温常压）
物 质 密度ρ/（kg·m-3） 物 质 密度ρ/（kg·m-3）
汞 13.6×103 柴油 （0.81 ～ 0.85）×103
硫酸 1.8×103 酒精 0.8×103
海水 （1.02 ～ 1.07）×103 煤油 （0.78 ～ 0.8）×103
纯水 1.0×103 汽油 （0.72 ～ 0.78）×103
表6-1-3 一些常见气体的密度（0 ℃，1个标准大气压）
物 质 密度ρ/（kg·m-3） 物 质 密度ρ/（kg·m-3）
二氧化碳 1.98 一氧化碳 1.25
氩 1.78 氮 1.25
氧 1.43 氦 0.18
空气 1.29 氢 0.09
6
章
·
密
度
与
压
强
4示例·估算一间普通教室内空气的质量。
拓展 视野
（ρ = 1.29 kg/m3）
空气
日常生活中会依据 第
解：一间普通教室的面积 S 约为 70 m2，高
具体需要来定义不同的
度h约为4 m。
“密度”。例如，在工业
教室内空气的体积
生产中用线密度或面密
V = Sh = 70 m2×4 m = 280 m3
空气
度反映细长型产品（如
根据密度的定义，空气的质量
纤维）或薄型产品（如
m = ρ V = 1.29 kg/m3×280 m3 = 361.2 kg
空气 空气 空气
纸张）的性能；在地理
学中，用人口密度衡量
根据密度的定义，知道密度、质量和体积
某一地区范围内人口的
中的任意两个物理量就可以求出第三个物理量。
疏密程度；在医学中，
例如，当物体的密度已知，而其质量不易测量
用骨密度表征骨骼的强
时，可以先测出物体的体积，再计算得到物体的
度等。
质量。
物质的密度也受到状态、温度等因素的影
响。通常情况下，同种物质，其固态的密度大于
液态的密度，液态的密度大于气态的密度。例
如，氧气的密度是 1.43 kg/m3，而液氧的密度约
为 1 140 kg/m3，约为常态时氧气密度的 800 倍。
用液氧储罐代替气瓶运输能大大减少运输体积，
因此液氧储罐被广泛应用于气体行业及医院、金
属冶炼等场所（图6-1-2）。
大部分物质都具有热胀冷缩的物理性质。一
定质量的物体温度升高时，体积变大，密度变
小。但有些物质具有反常膨胀的现象，例如水在
图6-1-2 医用氧储罐
0 ～ 4 ℃ 时，随温度的升高体积反而变小，所以
水在 4 ℃ 时密度最大。冬季湖面结冰后，冰面
下的水温度接近 0 ℃，湖底的水温度接近 4 ℃，
因而鱼类可以在湖底安全过冬。
1
节
·
物
质
的
密
度
5● 密度在生活中有哪些应用？
第
利用物质性质的差异可以鉴别不同的物质，
物质的密度就是其中一项重要的判断依据。例
如，利用密度的差异可区分不同的岩石矿物。有
一些物质的品质也与密度相关，测量密度可以帮
助我们判断品质好坏。例如，牛奶的密度是检测
牛奶品质的常用指标，在牛奶中掺水会使牛奶的
密度下降，密度不达标的牛奶则视为不合格奶。
在日常生活中，我们还需要根据具体的用途
选择密度合适的材料。航空器材常采用高强度、
低密度的合金材料或者新型复合材料，通过降低
自身质量来减少燃料的消耗。眼镜镜片常采用密
度较小、光学性能好的树脂材料，让眼镜更为轻
便。台灯、风扇、挂烫机等电器的底
座中往往会用坚固、密度大的材料作
为配重块，令电器摆放得更为稳定。
新材料的发展更好地满足人们生
产生活的需求，一些新材料不仅密度
较小，还能满足对性能的特殊要求。
例如碳纤维复合材料就是一种被广泛
（a）中国空间站的太阳翼基板
应用的新型材料（图6-1-3）。
（b）大型风力发电机的叶片 （c） 2022年北京冬奥会中国队的雪车
图6-1-3 碳纤维复合材料的应用
6
章
·
密
度
与
压
强
6练一练
第
1. 水的密度是1.0×103 kg/m3，它表示 。
如果将一杯水倒掉一半，剩余水的密度将 。
2. 查阅常见物质密度表，并填写表6-1-4。
表6-1-4
物质 ρ/（ ） V/cm3 m/g
铜 89
铁 5
铝 2.7 2
3. 研究表明，汽车生产中使用轻量化材料来减轻整车质量，这
样不仅能降低汽车油耗，还能减少二氧化碳的排放。已知钢的密度为
7.9×103 kg/m3，镁合金材料的密度为 1.9×103 kg/m3，若一辆客车的钢
制外壳质量为 1 027 kg，改用等体积的镁合金材料后，汽车的质量减
轻了多少？
4. 某果汁饮料的瓶身上标注有“不宜冷冻”的字样，简述其中的
原因。
1
节
·
物
质
的
密
度
7第
2
图6-2-1 不同类型的石头 第 节
固体、液体密度的测量
图 6-2-1 是一些不同类型的石头，专业人
员一般可以通过颜色、光泽、硬度等方面的差异
对它们进行鉴别，但没有相关经验的人就很难通
过这些方法区分它们。测量密度也是帮助人们区
分它们的一种方法。那么如何测量一种物质的密
度呢？
● 如何测量固体和液体的密度？
在实验室中，我们通常可以先分别测量出固
体或液体的质量和体积，然后通过计算求出它们
的密度。
外形规则的固体的体积可以通过测量长、
宽、高等数据计算出来，液体的体积可以用量筒
或者量杯等来测量。
6
章
·
密
度
与
压
强
8学生实验
测量固体和液体的密度 第
观察量筒
量筒是测量液体体积的工具，其标度的单位通常是
毫升，符号为mL（1 mL = 1 cm3）。
观察图 6-2-2 所示量筒，这两个量筒的最大测量值
分别是多少？分度值分别是多少？
学习使用量筒
1. 倒入液体时，左手握住量筒，使其略微倾斜，右
手拿烧杯，使杯口紧贴量筒口，让液体缓缓流入。
2. 待附着在量筒内壁上的液体流下后才能读数。读
数时，应将量筒放置在水平桌面上，视线与量筒内凹液
面的最低处或凸液面的最高处相平。 图6-2-2 量筒
实验原理与方案
m
分别测量固体和液体的质量和体积，再根据密度的定义ρ = 计算密度。
V
实验装置与方法
本实验要用到电子天平、量筒、待测石块、细线、烧杯、水、待测盐水等。
石块和盐水的质量可用电子天平测量，盐水的体积可用量筒测量。对于
外形不规则且体积较小的石块，可在量筒中加入适量的水，再将石块浸没于水
中，通过量筒中水面的高度变化，计算石块的体积。
实验一 测量石块的密度
实验操作与数据收集
1. 用电子天平测出石块的质量m 。
石
2. 在量筒内倒入适量的水，测出水的体积V 。
1
3. 用细线拴好石块，慢慢放入量筒中，直到石块全部被水浸没，测出石块
和水的总体积V 。将所有数据记录在表6-2-1中。
2
2
节
·
固
体
、
液
体
密
度
的
测
量
9表6-2-1 数据记录表
放入石块前水的体积 放入石块后石块与水的
第 石块的质量m /g
石 V /cm3 总体积V /cm3
1 2
数据处理
m
石块的体积 V = V — V = ；石块的密度ρ = 石 = 。
石 2 1 石 V
石
实验结论
石块的密度为 。
实验二 测量盐水的密度
实验操作与数据收集
1. 用电子天平测出量筒的质量m 。
1
2. 在量筒内倒入适量的盐水，测出盐水的体积V 。
盐水
3. 用电子天平测出量筒和盐水的总质量m。将所有数据记录在表6-2-2中。
2
表6-2-2 数据记录表
量筒的质量m /g 量筒和盐水的总质量m /g 盐水的体积V /cm3
1 2 盐水
数据处理
m
盐水的质量 m = m — m = ；盐水的密度ρ = 盐水 = 。
盐水 2 1 盐水 V
盐水
实验结论
盐水的密度为 。
交流讨论
蜡块等物体会浮于水面，如何测量这类物质的密度？
6
章
·
密
度
与
压
强
10● 测量密度的方法还有哪些？
第
密度测量在日常生活中有着重要作用。
除了通过测量物体的质量和体积得到密度
外，还可以通过与其他物质的密度进行比较来
测量密度。中国古代的“莲管之法”（图 6-2-3）
就是将卤水倒入竹管中，利用管中的莲子在卤水 图6-2-3 “莲管之法”
中浮沉的情况来反映卤水的密度。现代的液体
密度计（图 6-2-4）可以直接测量一些液体的密
度：将液体密度计放入待测液体中，待其静止
时，液面所对应的刻度即为待测液体的密度。
为了满足实验研究、工业生产等领域实时监
控的需求，往往利用振动、超声波、射线等手段
间接测量密度。这些方法测量更加快捷方便，有
助于开展实验研究和指导工业生产，提高效率。 图6-2-4 液体密度计
科学与人文
1892 年，英国物理学家瑞利（J. W. Rayleigh，1842—1919）在精
确测量用两种不同方法制取的氮的密度时产生了困惑。他采用的第一种
方法是去除空气中已知的其他成分来制取氮，第二种则是从液氨中通
过化学反应制取氮。第二种方法制得的氮的密度比第一种方法制得的氮
的密度小约千分之一。他没有忽视这微小的差异，而是对此开展了深入
研究。后来他与一位化学家合作，于 1894 年在从空气中取得的氮中分
离出了另一种当时还不知道的气体——氩。因为氩的密度比较大，所以
第一种方法测得的氮的密度才会更大一点。瑞利因为这个发现获得了
1904年的诺贝尔物理学奖。
这个发现体现了精确测量在科学实验中的重要性，而更重要的是反
映了科学家们严谨求实的科学精神！
2
节
·
固
体
、
液
体
密
度
的
测
量
11练一练
第
1. 在测量某种固体颗粒密度的实验中，首先用天
平测得固体颗粒样本的质量为89 g，然后在量筒中倒入
20 mL 的水，将这些颗粒放入量筒中，如图 6-2-5 所
示，则这些颗粒的总体积为 cm3，该固体的密
度是 g/cm3。
2. 在“测量盐水的密度”实验中，有如下的实验操
图6-2-5
作步骤：
① 用天平测量空烧杯的质量m ；
杯
② 将盐水倒入烧杯中，用天平测量烧杯和盐水的总质量m ；
总
③ 将烧杯中的盐水倒入量筒中一部分，测出量筒中盐水的体积V；
④ 用天平测量烧杯和剩余盐水的总质量m ；
剩
⑤ 根据公式，求出盐水的密度ρ 。
盐水
多余的实验操作步骤为 ，盐水密度的计算公式为 。
3. 仅用天平、一次性水杯、记号笔和足够的水，能否测出酱油的
密度？简述你的实验方案。
4. 若形状不规则的石块体积较大，无法放入量筒内，你能想出哪
些方法测量石块的体积？这些方法的优缺点各是什么呢？
6
章
·
密
度
与
压
强
12第
3
图6-3-1 “嫦娥五号”（模拟） 第 节
压力与压强
人类的探月实践表明，月球表面铺满了疏松
的矿物颗粒。2020 年，我国的“嫦娥五号”月
球探测器（图 6-3-1）成功降落月球。“嫦娥五
号”着陆器的每个支撑脚底部都装了一个面积较
大的底盘，这些底盘有什么作用呢？
● 什么是压力？
图6-3-2 重物放在海绵上
将重物放在水平放置的海绵上（图 6-3-2），
重物对海绵的作用力垂直于海绵表面，使海绵表
面凹陷下去。将两个钩码放在斜置的钢尺上（图
6-3-3），钩码对钢尺施加一个垂直于钢尺的力，
使钢尺发生了弯曲。
相互挤压且发生形变的两个物体之间所产生 图6-3-3
的垂直指向接触面的力叫做压力。压力与形变总 钩码放在斜置的钢尺上
3
节
·
压
力
与
压
强
13是同时发生，我们可以从物体是否发生形变来判
断物体是否受到压力。
第
● 什么是压强？
背书包时，书包会对肩膀产生一定的压力，
用双肩背比用单肩背感觉轻松。如图 6-3-4 所
图6-3-4 穿雪鞋行走 示，为了避免双脚陷入雪中，我们会穿上宽大的
雪鞋。这说明压力对物体的作用效果不仅跟压力
大小有关，还跟受力面积有关。
自主活动
准备若干相同的立方体金属块和海绵，分别按图 6-3-5（a）（b）
（c）（d）所示的四种方式摆放。
比较图 6-3-5（a）和（b）两种方式，可以发现：当 相同
时， 大，海绵凹陷程度大。
比较图 6-3-5（b）和（c）两种方式，可以发现：当 相同
时， 小，海绵凹陷程度大。
比较图 6-3-5（c）和（d）两种方式，并与前面实验中观察到的现
象进行比较，尝试分析：当压力和受力面积都不相同时，海绵凹陷程度
与压力、受力面积之间有怎样进一步的关系？
（a） （b） （c） （d）
图6-3-5 将金属块按不同方式放置在海绵上
6
章
·
密
度
与
压
强
14大量实验表明，当受力面积相同时，压力越
大，压力的作用效果越明显；当压力相同时，受
第
力面积越小，压力的作用效果越明显。压力的
作用效果可以由物体在单位面积上受到的压力来
反映。
在物理学中，把物体所受的压力与受力面积
之比叫做压强（pressure），用 p表示。
如果用 F 表示压力，S 表示受力面积，则压
强可表示为
F
p =
S
压强在数值上等于物体在单位面积上受到的
压力。压强越大，压力的作用效果越明显。
在国际单位制中，力的单位是牛（N），面
积的单位是米2（m2），则压强的单位是牛/米2
（N/m2），称为帕斯卡，简称帕，符号是Pa。
1 Pa = 1 N/m2
平放在水平桌面上的一张 A4 纸对桌面的压
强大约是 1 Pa。由此可见，帕是一个很小的压强
单位。图 6-3-6 列出了不同情况下压强大小的
近似值。
一张平放的 躺着的人 站着的人 坦克的履 钢轨对 锥尖对
A4纸对桌面 对床面 对地面 带对地面 枕木 硬木 单位：Pa
1 3 000 1.5×104 5×104 2×106 1×109
图6-3-6 不同情况下压强大小的近似值
3
节
·
压
力
与
压
强
15示例·物体在月球表面所受的重力约为地
1
球表面的 。“嫦娥五号”探测器的上升器与着
第 6
陆器组合体总质量约为 3.4×103 kg，其中着陆
器共有 4 个支撑脚，每个支撑脚安装一个底盘，
变成一个大“脚掌”，每个“脚掌”的面积约为
0.1 m2，问：组合体降落后对月球表面的压强有
多大？
解：组合体通过着陆器的 4个“脚掌”与月
球表面接触，总的受力面积
S = 4×0.1 m2 = 0.4 m2
根据题意，组合体对月球表面的压力 F 等
于物体在月球表面所受重力G ，即
月
1
F = G = mg
月 6
1
= ×3.4×103 kg×9.8 N/kg ≈ 5 553.3 N
6
组合体对月球表面的压强
F 5 553.3 N
p = = ≈ 13 883.3 Pa
S 0.4 m2
与图 6-3-6 中的数据比较可知，组合体对
月球表面的压强近似于人站立时对地面的压强。
● 如何改变压强？
由压强的定义可知，可以通过改变压力或受
力面积来改变压强。
如图 6-3-7 所示，图钉一端很尖锐，因此
用较小的力就能使图钉尖端对墙面产生很大的压
图6-3-7 手摁图钉 强，把图钉压入墙面。用更大的力可以把图钉
6
章
·
密
度
与
压
强
16压入墙面更深。图钉钉帽面积较大是为了减小压
强，避免用力摁图钉时手被扎伤。
第
如图6-3-8所示，雪道清理车辆宽大的履带
增大了受力面积，减小了车对雪地的压强，这样
车在行驶时就不易陷入雪地。履带上许多凸起的
尖端是为了增大压强，防止车行进时打滑。
图6-3-8 履带式雪道清理车辆
图 6-3-1 中的“嫦娥五号”探测器每个支
撑脚底部的大“脚掌”可以防止探测器陷入松软
的月球表面。
练一练
1. 判断下列有关压力概念的叙述是否正确，并简述理由。
（1） 压力的方向总是与重力的方向相同。
（2） 压力的大小总是等于重力的大小。
（3） 压力的大小有时小于重力的大小。
2. 图 6-3-9 是公交车配备的安全锤。紧急情况
下，应使用安全锤的_______端砸向玻璃窗的边角，
破窗逃离，这是用_______的方法来增大压强。 图6-3-9
3
节
·
压
力
与
压
强
173. 图 6-3-10 所示是为盲人提供行路方便和安全的盲道，一般由
第
两种砖铺成：一种是条形引导砖，引导盲人放心前行，称为行进盲
道；一种是带有圆点的提示砖，提示盲人前面有障碍，该转弯或上、
下坡，称为提示盲道。砖上的条形或圆点高
出地面4 mm，当盲人走在上面时（ ）。
A. 增大了脚底的压力，使脚底产生感觉
B. 增大了脚底的压强，使脚底产生感觉
C. 减小了脚底的压力，使脚底产生感觉
D. 减小了脚底的压强，使脚底产生感觉 图6-3-10
4. 估测你站立时对地面的压强。
可以用一张方格纸来估测站立时双脚与地面
的接触面积。如图 6-3-11 所示，在方格纸上画
出鞋底的轮廓，看鞋底占有多少小格（不满一格
时，大于半格的算一格，小于半格的不算），再
乘以每一小格的面积。
根据得到的数据，计算你对地面的压强。这
个值是否与图6-3-6中对应的压强相近呢？ 图6-3-11
6
章
·
密
度
与
压
强
18第
4
图6-4-1 水下作业 第 节
液体压强
海洋充满了神秘和未知，人类探索海洋奥
秘的步伐从未停止。潜水员在进行水下作业（图
6-4-1）时，要限制潜水深度，这是为什么呢？
● 液体有压强吗？
如图 6-4-2（a）所示，将一根两端开口的
直玻璃筒竖直放置，下端扎一块橡皮膜封堵，从
上端向直玻璃筒内注水，观察到直玻璃筒下端的
橡皮膜向下凸出；如图 6-4-2（b）所示，将一
个侧壁开孔的玻璃筒竖直放置，在侧壁开孔处扎
一块橡皮膜封堵，从上端向玻璃筒内注水，观察
（a） （b）
到橡皮膜向外凸出。这些现象说明液体对容器的 图6-4-2 向玻璃筒中注水
底部和侧壁都有压强。
如图 6-4-3 所示，将套有食品保鲜袋的手
4
节
·
液
体
压
强
19伸入盛水的容器中，这时手背、手心和手指各个
部位都明显地感受到保鲜袋紧贴在手上。这是因
第
为水对保鲜袋产生了挤压作用，说明液体内部存
在压强。
图6-4-3 图6-4-4
套有保鲜袋的手伸入水中 U形管压强计
如图 6-4-4 所示，通常用 U 形管压强计来
研究液体压强。当压强计金属盒上的橡皮膜受到
压力时，U 形管两边管中液面的高度差反映橡皮
膜上的压强大小。将 U 形管压强计金属盒放入
盛有液体的容器内，调节金属盒的橡皮膜的朝
向，就可以研究液体内部各个方向上的压强。
● 液体压强与哪些因素有关？
如图 6-4-5 所示，在两个完全相同的玻璃
容器的不同高度处各有三个完全相同的孔，孔上
图6-4-5 扎有相同的橡皮膜。向两个玻璃容器中分别注满
注满水（左）和硫酸铜溶液 水和硫酸铜溶液。仔细观察两个玻璃容器侧壁开
（右）的玻璃容器 孔处橡皮膜凸出程度的差异。
6
章
·
密
度
与
压
强
20学生实验
探究液体压强与哪些因素有关 第
提出问题
图 6-4-5 中，注水容器侧壁开孔位置 ，橡皮膜向外凸出的
程度越大。同样深度处，容器中盛放硫酸铜溶液时，橡皮膜的凸出程度更大。
由此猜想，液体压强与哪些因素有关？
搜集证据
● 器材
现有以下实验器材可供选择：
U 形管压强计、刻度尺、弹簧测力计、两个相同的玻璃容器、一定量的水
和硫酸铜溶液。
本实验无需使用的器材是 。
● 方案
影响液体压强的因素可能有多个，我们可以用控制变量法逐个探究。
① 探究水面下同一深度处的压强是否与朝向有关。
将 U 形管压强计金属盒放置在容器内水面下的 处，改变膜面的
，观察 是否发生变化。
② 探究水中的压强是否与深度有关。
将 U 形管压强计金属盒放置在容器内水面下 的三个位置，观察
U形管两边液面差是否发生变化，如何变化？
③ 探究液体压强是否与液体的密度有关。
用 替换水进行实验，开展探究。
● 记录
设计数据记录表，将观察到的现象和数据记录在表中。
作出解释
● 分析
结合①、②、③的探究过程及观察到的实验现象，分析比较记录的数据，
得出实验结论。
4
节
·
液
体
压
强
21● 结论
综合上述实验可得， 。
第
交流反思
有同学猜想，液体内部不同深度的压强与该处液体的水平横截面积有关，
如何设计实验验证？
大量实验表明：
液体内部存在着向各个方向的压强，并且在
同一深度处各个方向上的压强相等。
在同种液体内部，深度越大，液体压强越
大；在不同液体内部同一深度处，液体密度越
大，液体压强也越大。
为进一步得到液面下某处压强与液体密度和
深度的关系，我们可以通过前面所学的压强公式
进行推理。
如图 6-4-6 所示，设想在距离液面下 h 深
处取一面积为 S 的水平液面，则该液面上方体积
为 Sh 的液柱对此水平液面的压力 F 等于液柱所
图6-4-6 液柱模型 受的重力 G。如果液体的密度为 ρ，则液柱对水
平液面的压力
F = G = mg = ρVg = ρShg
水平液面所受的压强大小
F ρSgh
p = = = ρgh
S S
因此，在距液面下h深处，液体的压强大小
p = ρgh
6
章
·
密
度
与
压
强
22研究表明，液体的压强是由于液体重力作用
产生的。由于液体具有流动性，所以液体对各个
第
方向都有压强。
示例·2020 年 11 月 10 日，我国的“奋斗
者号”全海深载人潜水器在马里亚纳海沟深度为
10 909 m 处成功坐底。此时“奋斗者号”钛合
金耐压外壳底部承受海水的压强大约为多少？相
当于一个手掌承受质量为多少的物体所产生的压
强？（假设一个手掌的面积 S = 0.015 m2，海水
是均匀的，海水密度ρ = 1.03×103 kg/m3）
解：在马里亚纳海沟深度 h = 10 909 m 处，
“奋斗者号”钛合金耐压外壳底部承受海水的
压强
p = ρgh
= 1.03×103 kg/m3×9.8 N/kg×10 909 m
≈ 1.1×108 Pa
若要产生同样大的压强，面积 S = 0.015 m2
的手掌上受到物体的压力
F = pS = 1.1×108 Pa×0.015 m2
= 1.65×106 N
根据题意，物体所受重力 G 等于物体对手
的压力F，故物体的质量
G F 1.65×106 N
m = = = ≈ 1.68×105 kg
g g 9.8 N/kg
可见，“奋斗者号”载人潜水器在万米深海
处承受的压强非常巨大，相当于一个手掌承受了
约3 000个中学生所产生的压强。
河南洛阳小浪底大坝（图 6-4-7）是以防 图6-4-7 小浪底大坝
4
节
·
液
体
压
强
23洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉和发电、
生态的大坝。由液体压强的规律可知，堤坝下部
第
受到的水的压强比上部大，因此为确保安全，堤
坝下部比上部更为厚实（图6-4-8）。
潜水员在水下作业时承受较大的压强，身体
图6-4-8 大坝剖面示意图 中的空腔如耳道、鼻腔、呼吸道、肺部等要与水
的巨大压力相抗衡，会造成如人体内部血管受压
迫、四肢痉挛、昏厥等。因此潜水员作业时必须
限制潜水深度，确保自身安全。
● 连通器在生活中有哪些应用？
在物理学上，把几个底部相通，上部开口或
相通的容器叫做连通器。U 形管就是一种简单的
连通器。
在 U 形管中注入液体，设想在 U 形管底部
取一假想的竖直平面 AB，假设两边管中的液面
高度不同，则平面 AB 两侧液体的压强不同；平
面 AB 由于两侧所受压力不平衡，就会向压力小
的一侧移动，直到两边管中的
液面高度相同，液体才停止流
动（图6-4-9）。
所以，即使连通器各组成
部分的形状不同，在注入同一
种液体后，当液体静止时，连
通器各部分中的液面一定处于
图6-4-9 U形管 图6-4-10 连通器 同一水平面（图6-4-10）。
如图 6-4-11 所示，下水管道中的U形“返
水管”、茶壶和工业储液容器外面的液位计，都
是常见的连通器。
6
章
·
密
度
与
压
强
24第
图6-4-11 常见的连通器
图 6-4-12 为船自上游通过一个船闸驶向下
游的示意图。船闸由闸室、上下游闸门和上下游
阀门组成。船从上游驶向下游时，先关闭两个闸
门和下游阀门，仅打开上游阀门，闸室和上游水
库构成连通器。这时，水从上游水库流入闸室，
闸室内的水位上升，当上升到和上游水库内的水
位相平时，打开上游闸门，船就可平稳驶入闸室
内。同理，当闸室水位与下游水库水位相平时，
船可驶出闸室。
三峡大坝上下游的水位有 113 m 的巨大落
差。为了方便船只在这段水域中升降，三峡大坝
设置了近40层楼高的双线五级船闸（图6-4-13），
图6-4-12
这是目前世界上规模最大的船闸，全长 6.4 km，
船舶通过船闸示意图
主体部分长1.6 km，引航道4.8 km。
图6-4-13 三峡大坝的双线五级船闸
4
节
·
液
体
压
强
25练一练
第
1. 如图6-4-14 所示，一个空瓶的侧壁有a、b 两个小孔，用塞子
将小孔塞住后把瓶放入水中，然后拔出 a、b 两个小孔上的塞子。试
在图上画出拔出塞子后的短时间内，水从两小孔涌入的水流示意图。
图6-4-14 图6-4-15 图6-4-16
2. 某容器中盛有水，各段高度如图 6-4-15 所示。则 A 点的深度
为 m，水在B点产生的压强为 Pa。
3. 图 6-4-16 是一款造型特殊的玻璃杯，从杯子底部引出一根细
管。从结构上看来，杯体和细管构成一个 。从细管吸一些
果汁，待液面静止后，杯体和细管液面 ，杯内果汁对杯底
压强会 。
4. 水平桌面放有一茶壶，壶内水的深度为 0.1 m。若茶壶内部底
面积为 15 cm2，求此时茶壶底部受到水的压力和压强。
6
章
·
密
度
与
压
强
26第
5
图6-5-1 吸附式挂钩 第 节
大气压强
生活中，将吸附式挂钩的吸盘压在光滑的墙
壁上，尽量挤出吸盘内的空气后，吸盘牢牢地紧
贴在墙上，即使在挂钩上挂上物体（图 6-5-1），
吸盘仍然不会脱落，这是为什么呢？
● 大气有压强吗？
1654 年，德国马德堡市的市长在广场上演
示了一个令人惊奇的实验。他将两个空心铜质半
球紧扣在一起，使它们密合并抽去
球内的空气，然后用 16 匹骏马向
两边使劲拉，这才将它们分开。但
如果不抽去两个密合的铜半球内的
空气，只需要用手轻轻一拉就能将
它们分开。这就是历史上著名的马
图6-5-2 马德堡半球实验
德堡半球实验（图6-5-2）。
5
节
·
大
气
压
强
27自主活动
第 将两个带拉环的半球相对合起来，
用力下压两边的抽气阀，使两个半球内
的空气尽量排出。请力气大的同学向两
边拉，如图 6-5-3 所示，能否将两个半
球拉开？ 图6-5-3 半球实验
马德堡半球实验不仅证明大气有压强，而且
说明大气的压强很大。图 6-5-1 中挂钩上的吸
盘就是被周围的大气牢牢地压在光滑的墙壁上。
地球被一层厚厚的大气层包围着，与液体一样，
大气对其内部各个方向产生压强。这种压强称为大
气压强（atmospheric pressure），简称大气压，单
位也是Pa。天气预报中的气压就是指大气压强。
● 大气压强有多大？
大气压与我们的生活息息相关，那么大气压
有多大？如何测量呢？
自主活动
如图 6-5-4 所示，取长短不一的几根
玻璃管，先在一根较短的玻璃管中注满水，
用手堵住管口，将其竖直倒插在水槽中，
再松开手指，玻璃管中的水柱会下降吗？
换更长一些的玻璃管做一做，会有怎样的
图6-5-4
结果？
盛满水的玻璃管倒置在水槽中
6
章
·
密
度
与
压
强
28上述实验中的水柱不下降是因为被大气压
托住了。如果测出大气压所能托起水柱的最大高
第
度，那么就能测出大气压的值。
1643年，意大利科学家托里拆利（E. Torricelli，
1608—1647）用这样的思想设计了实验，他在一
根一端封闭、长度约为 1 m的直玻璃管中装满汞
（俗称水银），然后用手指堵住管口，将玻璃管竖
直倒插在汞槽中。松开手指，汞柱会下降，但是
当下降到管内外汞柱高度差约为 760 mm 时就不
再下降了。托里拆利由此判定，大气压足以支
撑住 760 mm 高的汞柱，从而测出了大气压的数
值。这就是历史上著名的托里拆利实验。
我们可以对托里拆利实验做如下分析。
考查图 6-5-5 中红线处管内外的汞液面，
由于液体中同一水平面各处压强相等，管外汞液
面上方是空气，所以该平面两侧的压强均等于大
气压。而管内该平面上方是 760 mm 高的汞柱，
汞柱的上方没有空气，是真空，液体静止时该处
平面上下压力平衡，故大气压等于 760 mm 高的
汞柱产生的压强。
图6-5-5 测大气压强原理
根据液体压强的公式，可得大气压
p = p = ρ gh
大气 汞 汞
= 13.6×103 kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m
≈ 1.013×105 Pa
想一想
通常把 760 mm 汞柱所产生的压强叫做 1 个
标准大气压 *。1 个标准大气压也可近似取为 1 个标准大气压可
1×105 Pa。 以托住多高的水柱？
大气压强可用气压计测量。图 6-5-6 所示
的是常见的气压计。
* 标准大气压为非法定计量单位。
5
节
·
大
气
压
强
29第
（a）汞气压计 （b）金属盒式气压计
图6-5-6 常见的气压计
● 大气压强在生活中有哪些应用？
在日常生活中，我们用吸管喝饮料［图
6-5-7（a）］时，吸管内外产生气压差，把饮料
压进嘴里。家中的吸尘器［图 6-5-7（b）］、扫
地机，安装工程中搬运平板玻璃使用的吸盘［图
6-5-7（c）］，都是利用大气压工作的。
（a）用吸管喝饮料 （b）用吸尘器清洁 （c）利用吸盘搬运玻璃
图6-5-7 大气压的利用
大气压与海拔高度有关，海拔越高，空气越
稀薄，大气压越小。测量结果表明，海平面附近
的大气压约等于1个标准大气压。
大气压对人体健康有显著的影响。如果从低
海拔地区到高海拔地区，部分人会出现头晕、头
痛、恶心、呕吐和无力等症状。这就是通常说的
“高原反应”。
6
章
·
密
度
与
压
强
30练一练
第
1. 用吸管喝盒装牛奶，喝到最后，又用力吸了几下，包装盒就瘪
了，此时压扁包装盒的力的施力物体是（ ）。
A. 空气 B. 地球 C. 手 D. 牛奶
2. 关于托里拆利测量大气压强的实验，讨论并思考以下问题。
（1）如果将玻璃管的直径加粗，管中汞柱的高度怎样变化？为
什么？
（2）如果将玻璃管略微倾斜，管中汞柱的高度怎样变化？为什么？
（3）如果有少量空气进入玻璃管内，管中汞柱的高度怎样变化？
为什么？
3. 负压救护车采用负压技术使车内气压低于外界气压，车内空气
经过负压消毒进行无害化处理后排出，在救治和转运传染病患者时可
最大限度地减小医务人员交叉感染的概率。下列场景中与负压救护车
的原理相同的是（ ）。
A. 用打气筒打气 B. 用吸管吸饮料
C. 用U形管压强计测压强 D. 轮船通过船闸
4. 常见的呼吸方式有胸式呼吸和腹式呼吸。如图 6-5-8 所示，
一个下端蒙有橡皮膜的玻璃罩的另一端插入一根“Y”形玻璃管并
用橡皮泥密封，在玻璃管下端套两只气球；用
手捏住橡皮膜向下拉或向上压，这就构成了人
体腹式呼吸过程的简单原理模型。在这里，气
球相当于肺，橡皮膜相当于体内腹部上方的横
膈膜。用手按在自己的腹部上方，体会一下腹
式呼吸时横膈膜的上下运动情况。讨论在腹式
呼吸过程中胸腔内的压强与大气压之间的关系。 图6-5-8
5
节
·
大
气
压
强
31第
6
图6-6-1 地铁站候车区 第 节
流体压强与流速的关系
如图 6-6-1 所示，地铁站的候车区一般安
装有安全玻璃墙，或在地面上标有黄线，称为安
全线。当地铁列车进站的时候，车站的工作人
员都会提醒人们注意站在安全线以外，这是为什
么呢？
● 流体的压强与流速有何关系？
液体和气体没有一定的形状，都具有流动
性，因此统称为流体（fluid）。前面我们已经学
习的液体压强和大气压强，都是流体静止时的
压强。
当液体和气体流动时，其压强是否会发生变
化呢？
6
章
·
密
度
与
压
强
32自主活动
图 6-6-2 中，水从左边蓄水容器流向下方的 第
a b c
水平玻璃管。由于相同时间内同一管中不同截面
处水的流量是相同的，因此水平玻璃管横截面积
较大处水的流速小，横截面积较小处水的流速大。
蓄水容器内的水从下方的玻璃管中流出时，竖直
细管中液面有高有低。这是为什么？
图6-6-2 液体流动
时压强与流速的关系
水从下方的玻璃管中流出时，竖直细管中的
液面高低不同，细管中液面越高，对应下方玻璃
管内液体的压强越大。c 管下方的液体流速大，
压强小；a管下方的液体流速小，压强大。
自主活动
如图 6-6-3 所示，手持两张纸并使它
们自然下垂且靠近，向两张纸之间的空隙
中吹气，简述观察到的现象。
图6-6-3 向两张纸之间吹气
吹气使得两张纸之间的空气迅速流动，两张
纸相互靠拢，说明它们之间的空气压强变小了。
大量实验表明：
流体压强与流速有关，流速大的地方压强
小，流速小的地方压强大。
6
节
·
流
体
压
强
与
流
速
的
关
系
33● 流体压强规律有哪些应用？
第
流体压强和流速的关系应用十分广泛。文
丘里流量计是一种测量有压管道流量的装置，常
用于测量空气、天然气、水等流体的流量。图
6-6-4 所示是文丘里流量计的结构示意图，流体
在通过流量计时局部收缩，从而使流速增大，压
图6-6-4 强减小，因此流体在截面 1 和截面 2 处有压强
文丘里流量计结构示意图 差，通过测量压强差来测量流量大小。
高速行驶的车辆侧面气压低，靠近这个区域
的人身体前后存在着压力差，会有被“吸”过去
的危险，所以日常生活中，要注意保持与高速行
驶车辆间的安全距离。同样，高速同向行驶的船
舶如果靠得太近，两船之间水流的流速大，压强
小于船外侧的压强。水流的压力差会使两船相互
“吸引”而发生碰撞事故，因此，大型舰队在海
上做编队航行时（图 6-6-5），各舰船之间需保
持一定距离，以防止相邻舰船间因水流的压力差
而发生碰撞。图 6-6-1 所示地铁站的候车区在
地面上标有安全线，就是为了防止乘客候车时太
靠近高速行驶的地铁因压力差而发生意外。
图6-6-5 我国舰队在海上做编队航行
6
章
·
密
度
与
压
强
34科学与人文
物理学的分支——流体力学是在人类生活实践中发展起来的一门学 第
科，主要研究作用于静止或运动流体中各种力的关系。它既包含自然科
学的基础理论，又涉及工程技术的实际应用。流体力学的相关理论广泛
应用于航空、航天、大气、海洋、航运、土木、医学、地质、给排水、
石油、化工、能源和交通等众多领域。
流体力学可分为流体静力学、流体动力学、空气动力学等，其中空
气动力学对航空航天工程具有至关重要的作用。我国科学家钱学森（图
6-6-6）和郭永怀（图 6-6-7）均为空气动力学的基础理论及相关工程
技术实践做出了世界公认的开拓性工作。
图6-6-6 钱学森（1911—2009） 图6-6-7 郭永怀（1909—1968）
“两弹一星功勋奖章”获得者， “两弹一星功勋奖章”获得者，我
我国近代力学和系统工程理论与应用 国近代力学事业的奠基人之一。先后领
研究的奠基人和倡导人，被誉为“中 导、参与“两弹一星”研制和试验工
国航天之父”。组织领导我国火箭、 作，解决了核弹研制和试验中力学方面
导弹和航天器的研究发展工作，为我 的许多重大难题，在推动核武器发展方
国航天事业和国防事业的迅速发展作 面有着突出贡献，在核弹、导弹、地球
出了卓越贡献。 卫星三个领域都作出重大贡献。
流体中存在不规则的起伏和扰动，称为湍流。求解湍流问题会遭遇
超乎想象的数学困难。我国科学家周培源（1902—1993）为湍流模式理
论做出奠基性的工作。湍流至今仍然是未被解决的流体力学难题。
6
节
·
流
体
压
强
与
流
速
的
关
系
35练一练
第
1. 如图 6-6-8 所示，飞盘放飞时，飞盘下方的气流速度比上方的
气流速度 ，所以飞盘下方的气压比上方的气压 ，
使飞盘获得一定的升力。
图6-6-8 图6-6-9
2.“ 无叶电风扇”（图 6-6-9）的底座内有一台用来吸入空气
的电动机，被吸入的空气经过加压后送入环形的出风口，从宽度
只有 1.3 mm 的缝隙中向外喷出，这部分喷射空气因流速大，压强
，使周围空气迅速 （ 选填“靠近”或“远离”）这部
分喷射空气，从而带动周围空气流动，使风量远比喷出的空气量大。
3. 有些看似平静的水面下往往暗藏旋涡。旋涡中心水的流速
，压强 ，人若被卷入其中很容易会出现危险。
4. 如图 6-6-10 所示，用手指将乒乓球顶在
漏斗中间，从细口向漏斗内吹气。放手后乒乓
球并不会掉落，试分析原因。
图6-6-10
6
章
·
密
度
与
压
强
36回顾与复习
回
顾
本 章 小 结
与
复
习
基本概念和基本规律
●
密度：某种物质组成的物体的质量与体积之比。
●
压力：相互挤压且发生形变的两个物体之间所产生的垂直指向接
触面的力。
●
压强：物体所受的压力与受力面积之比。
●
液体压强的规律：液体内部存在着向各个方向的压强，并且在同
一深度处各个方向上的压强相等。在同种液体内部，深度越大，液体压
强越大；在不同液体内部同一深度处，液体密度越大，液体压强越大。
● 液体压强公式：p = ρgh。
●
流体：液体和气体的统称。
●
连通器：几个底部相通，上部开口或相通的容器。
●
流体压强与流速的关系：流速大的地方压强小，流速小的地方压
强大。
知识结构图
液体压强
密度 压强 流体的压强
大气压强
流体压强与流速
的关系
37本 章 练 习
第
1. 图 1 所示是三个相同的容器，分
别倒入相同质量的水、酒精、浓盐水，
水的高度如图所示。试在图中画出酒精
和浓盐水液面的大致高度。（已知ρ ＞
盐水
ρ ＞ρ ）
水 酒精 图1
2. 钛合金是航空工业的重要材料。某钛合金的密度为4.5×103 kg/m3，
即 g/cm3。若用钛合金制造空间站的某个零件，其体积为
10 cm3，则其质量为 g。若该零件在使用过程中有所磨损，
其密度大小 。
3. 一辆油罐车运输体积为28 m3的92号汽油。现从中取出30 mL
的样品，测得质量为21.75 g。求：
（1）92号汽油的密度。
（2）这辆车所装载的汽油质量。
4. 图 2 是甲、乙两种物质的质量和体积关系图像。若用质量相等
的甲、乙两种物质分别制成实心立方体 A、B，把它们平放在水平地
面上，则立方体A、B对水平地面的压强之比为（ ）。
A. 8∶ 1 B. 4∶ 3 C. 1∶ 2 D. 4∶ 1
图2 图3
5. 如图3所示，放在水平面上的连通器的两端分别装有水和煤油，
6
章
·
密
度
与
压
强
38底部用挡板隔开，液面相平并静止。如果打开挡板K，水将（ ）。
A. 向左流动 B. 向右流动 C. 不流动 D. 无法判断 回
顾
与
6.“ 龙吸水”（图 4）是水上龙卷风的别 复
习
名。在旋涡中心，气体流动的速度 ，
旋涡内部气体压强 ，能把地面上的水
“吸”向空中。
7. 若冰面能够承受的最大压强为 1.47×
104 Pa，质量为 50 kg 的人站立在冰面上，每
只鞋底与地面的接触面积约为200 cm2。
（1） 求人对冰面的压力。
（2） 通过计算说明此人能否安全地站在 图4
冰面上。
（3） 若此人站在一块质量可以忽略不计的木板上而不会把冰面压
破，求木板的最小面积。
8. 据说，帕斯卡在 1648 年做了著名的“裂桶实验”。
该实验的示意图如图 5 所示，在一个密闭的、装满水的
木桶盖上插入一根细管，从高处往管里注水，结果只用
了几杯水，就把桶压裂了。如果管内水柱高 12 m，（g 取
10 N/kg，ρ = 1.0×103 kg/m3）
水
（1） 此水柱产生的压强为多少？
（2） 假设木桶内壁表面积为 1.5 m2，忽略筒壁不同
位置的液体压强不同，则水柱对桶壁的压力是多少？
图5
39第 7 章 浮力
考古发现，在良渚文化时期人们已经使用独木舟。从独木舟到现代大型
船舶，人类已成功实现水面航行。潜水艇、热气球等发明，则使人类可以在
水下和空中遨游。这些发明以及相关技术的发展都与浮沉条件密不可分。本
章我们将学习与浮力相关的知识。
通过本章内容的学习，你将认识浮力，知道阿基米德原理；经历探究影
响浮力大小因素的过程；能用物体的浮沉条件说明日常生活中的有关现象，
感悟科学对技术进步和社会发展的积极影响。
40第
1
图7-1-1“ 福建舰” 第 节
浮● 力
2024年5月8日，我国第三艘航空母舰“福
建舰”顺利完成首次航行试验（图 7-1-1）。它
是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航母。庞
大的航空母舰为什么能浮在水面上呢？
●●●什么是浮力？
在游泳池中，人们站在水里慢慢下蹲至即将
被浸没的过程中，池底对脚的支持力会减小。
如图7-1-2所示，立方体物块浸没在水中，水
对立方体各个表面都有压力。水对立方体各侧面
的压力可以相互平衡。下表面所处深度较深，液
体压强较大，受到液体压力较大；上表面所处深
度较浅，受到液体压力较小。由于下表面受到的
压力向上，上表面受到的压力向下，两者的合力 图7-1-2
向上，所以水对浸没在水中的物体的作用力向上。 立方体物块浸没在水中
节
·
浮
浮
1
浮
41对于漂浮在水面的物体，上表面不受水的压
力，下表面受到水向上的压力，物体受到的水的
第
作用力向上。航空母舰受到巨大的重力却能浮于
水面，这与它受到水对其向上的作用力有关。
气球（图 7-1-3）脱手后飞向空中，这表明
空气对气球也有向上的作用力。早在公元 10 世
纪，热气球的雏形——孔明灯就已经诞生了。孔
明灯和热气球（图 7-1-4）都受到空气对其向上
的作用力。
图7-1-3 气球 图7-1-4 热气球
浸在液体或气体中的物体受到的向上的力，
称为浮力（buoyancy force）。
想一想
位于贵州的“中国天眼”是 500 m
口径球面射电望远镜（FAST），在不损
坏承重有限的反射面板的前提下，为了
对 4 450 块厚度为 1 mm 的反射面板进
行日常维护，工程团队研制了一个直径
为 7.6 m 的氦气球，用于使工作人员在
图7-1-5
反射面板上工作（图 7-1-5）。为什么
“中国天眼”的日常维护
能采用这样的方案呢？
7
章
·
浮
力
42●●●浮力大小与哪些因素有关？
第
对于浸在液体中的物体，我们如何测量它受
到的浮力大小？
自主活动
如图 7-1-6 所示，在弹簧测力计下悬挂金
属块 A，此时弹簧测力计示数 F 等于金属块 A
1
受到的重力大小；将金属块 A 浸没在水中，弹
簧测力计示数为F 。比较F 与F 。
2 1 2 图7-1-6
浮力大小的测量
由上述实验可以看出，物体浸没在水中后，
弹簧测力计示数变小，说明物体受到浮力。根据
物体的平衡条件，物体受到的竖直向下的重力大
小G应该等于竖直向上的浮力大小F 和弹簧测
浮
力计对物体的拉力大小F 之和，即G = F + F ，
2 2 浮
又因为重力大小与F 相等，所以浮力F = F — F。
1 浮 1 2
将漂浮在水面的泡沫塑料缓慢压入水中，会
感到越来越费力。鸡蛋在清水中下沉，但在盐水
中却可以上浮。这些都是生活中常见的现象。
学生实验
探究浮力大小与哪些因素有关
提出问题
将漂浮在水面的泡沫塑料缓慢压入水中，泡沫塑料浸入水中的体积
，感到越来越费力，表明泡沫塑料受到的 增大。
节
·
浮
浮
1
浮
43与水相比，盐水密度更 ，鸡蛋能浮在盐水中，表明鸡蛋在
受到的浮力更大。
第
根据对以上现象的观察和思考，影响浮力大小的因素可能是 。
搜集证据
● 器材
现有以下实验器材供选用：
水、浓盐水、容器、金属块、弹簧测力计、天平、刻度尺。
本实验无需使用的器材是 。
● 方案
① 图 7-1-7（a）（b）表示探究浮力大小是否和 有关的
大致过程。根据图7-1-7（a）（b），写出相应的探究方案。
② 图 7-1-7（b）（c）表示探究浮力大小是否和 有关的
大致过程。根据图7-1-7（b）（c）写出相应的探究方案。
③ 图 7-1-7（c）（d）表示探究浮力大小是否和 有关的
大致过程。根据图7-1-7（c）（d），写出相应的探究方案。
水 水 水 浓盐水
（a） （b） （c） （d）
图7-1-7 探究浮力大小与哪些因素有关
● 记录
根据以上方案，你所观察到的现象是 。
作出解释
● 分析
根据实验现象，影响浮力大小的因素是 。
● 结论
由上述实验现象的记录可得， 越大，浮力越大；
7
章
·
浮
力
44越大，浮力越大。
交流反思
第
若要进一步获得浮力大小与以上影响因素间的定量关系，需要补充哪些实
验器材？
通过大量的实验发现，浮力的大小与物体浸
入液体中的体积及液体的密度有关。液体的密度
一定时，物体浸入液体的体积越大，浮力越大。
物体浸入液体的体积一定时，液体的密度越大，
浮力越大。
练一练
1. 浸没在液体中的物体（图7-1-8）受到的向上的
压力 受到的向下的压力；如果物体上表面受
到的压力为 4 N，下表面受到的压力为 10 N，那么这
个物体所受的浮力为 N。
图7-1-8
2. 漂浮在水面上的巨型邮轮受到重力和浮力的作
用，浮力的方向 ，浮力的施力物体是 。
3. 将漂浮在水面的泡沫塑料压入水中的过程中，浮力 ；
浸没后，继续下压，浮力 。简述理由。
4. 游泳者感觉潜入水中时比浮在水面游泳时受到的浮力大，其原
因是什么？
节
·
浮
浮
1
浮
45第
2
图7-2-1 海洋中的冰山 第 节
阿基米德原理
漂浮在海洋中的冰山，大部分都隐藏在海
面以下，航行于附近海域的船舶有可能与海面下
的冰山发生撞击，造成险情。如图 7-2-1 所示，
冰山露出海面的一小部分常被称为“冰山一角”。
为什么冰山只有“一角”露出海面？
●●●阿基米德是如何计算浮力大小的？
将物体浸入一杯水中，杯中水面会上升，如
果这杯水原先是满的，水就会溢出，显然，物体
出水口
浸入水中的体积即物体排开水的体积。液体密度
一定时，物体排开液体的体积越大，排开液体的
重力越大。因此，浸入液体的物体所受浮力的大
图7-2-2 小与排开液体的重力大小可能有关。
用溢水杯测量排开液体的重力 如图7-2-2所示，在溢水杯中盛入适量的水，
7
章
·
浮
力
46使水面与出水口相平，在杯中放入一个物体，物
体排开的水就会从出水口流出到烧杯中，烧杯中
第
的水的重力即为物体排开水的重力。
自主活动
如图 7-2-3 所示，往溢水杯
中注满水。用力传感器 A 悬挂一
物体，用另一力传感器 B 悬挂杯
子。将物体逐渐浸入到溢水杯中，
观察力传感器 A 与 B 示数的变化，
猜想浮力大小与排开水的重力的
关系。
图7-2-3
探究浮力大小与排开水的重力的关系
大量实验表明：
浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的
大小等于物体排开液体的重力大小。
这就是阿基米德原理。古希腊数学家阿基米
德（Archimedes，前 287—前 212）发现了这一
规律。
用 F 表示浸在液体中的物体所受的浮力，
浮
用G 表示物体排开液体的重力大小，则
排
F = G
浮 排
如果用V 表示物体排开液体的体积，用 ρ
排 液
表示液体的密度，由于 G = ρ V g，物体所
排 液 排
受浮力大小就可以表示为
2
节
·
阿
基
米
德
原
理
47F = ρ V g
浮 液 排
第
研究表明，阿基米德原理也适用于气体。
示例·冰山中冰的密度ρ = 0.917×103 kg/m3，
冰
海水的密度 ρ = 1.030×103 kg/m3，冰山在海面
海水
以下部分的体积与总体积的比值为多少？
解：设冰山总体积为 V ，冰山在海面以下
冰
部分的体积为 V 。
排
冰山漂浮在海面上，根据二力平衡条件，其
所受浮力大小 F 等于自身重力大小G，即
浮
F = G = mg = ρ V g
浮 冰 冰
冰山在海面以下部分的体积即冰山排开海水
的体积，根据阿基米德原理，冰山所受的浮力大
小等于其排开海水所受的重力大小，即
F = ρ V g
浮 液 排
得到 ρ V g = ρ V g
冰 冰 海水 排
冰山在海面以下部分的体积V 与总体积V
排 冰
的比值
V ρ 0.917×103 kg/m3
排 = 冰 = ≈ 0.89
V ρ 1.030×103 kg/m3
冰 海水
通过示例可以知道，冰山的大部分位于海面
以下，这也就是我们只能看到如图 7-2-1 所示
“冰山一角”的原因。
●●●浮力的本质是什么？
浮力来源于液体或气体在竖直方向上对物体
7
章
·
浮
力
48的压力差。如果没有压力差，物体还会受浮力作
用吗？
第
自主活动
如图 7-2-4 所示，取一个塑料矿泉水瓶，
用剪刀剪去底部。将瓶口朝下，放入一个乒乓
球，同时向瓶中缓慢注水，发现有少量水从乒
乓球与瓶口的缝隙漏出，乒乓球 上
浮；拧上瓶盖，乒乓球 上浮。解释你
观察到的现象。
图7-2-4 水中的乒乓球
通过上述实验发现，当乒乓球下方的水不断
想一想
漏出时，尽管乒乓球浸在水中，但下表面并不受
在空间站中，液体
到水对它向上的压力，所以不会形成水对乒乓球
对支持面不产生压力，
的浮力，乒乓球无法上浮。
那么，放在水中的乒
我们也可以从浮力的本质出发，推导出阿
基米德原理。如图 7-2-5 所示，在密度为 ρ 的 乓球会受到浮力吗？
液
液体中悬吊一个底面积为 S、高度为 h 的长方
体，长方体上表面距水面 h ，下表面距水面 h 。
1 2
液体对长方体上、下两个表面的压力差就是物体
所受浮力。即
F = F — F
浮 下 上
= p S — p S
下 上
= ρ gh S — ρ gh S
液 2 液 1 图7-2-5 液体中的长方体
= ρ ghS
液
= ρ gV
液 排
所以 F = G
浮 排
2
节
·
阿
基
米
德
原
理
49阿基米德原理提供了一种计算浮力的方法，
可以解释日常生活中的许多浮力现象。
第
练一练
1. 将重为 80 N 的物体放入装满水的溢水杯后，从杯中溢出的水
的重力为50 N，则物体受到的浮力大小为 N。
2. 已知铁的密度小于铜的密度，把质量相同的实心的铜块和铁块
浸没在水中，它们所受浮力（ ）。
A. 铜块的大 B. 铁块的大
C. 一样大 D. 条件不足，无法判断
3. 在泳池游泳时，人身体放松后，可以漂浮在水面，此时身体只
有很小部分露出水面。根据这一现象，估算质量为50 kg 的中学生的
体积并简述理由。
4. 为了保证航行安全，远洋轮船的船体上都标有多条水平横线，
分别表示该船在不同水域、不同季节满载时的“吃水线”（图 7-2-6）。
小明查阅资料后得知：① 不同水域，表层海水的盐度不同，会导致
表层海水密度不同；② 不同季节，表层海水温度不同；③ 某一水域，
表层海水在不同温度下的密度见表7-2-1。
图7-2-6
7
章
·
浮
力
50表7-2-1
第
温度t/℃ 6 16 26
密度ρ/（kg·m-3） 1 026.8 1 025.5 1 022.5
（1）该船满载时，冬季“吃水线”在夏季“吃水线”的 。
（2）结合所学知识及以上信息，分别简述在不同水域、不同季节
轮船满载时的“吃水线”不同的原因。
2
节
·
阿
基
米
德
原
理
51第
3
图7-3-1“ 奋斗者号” 第 节
浮沉的条件及应用
人类日益关注深海资源的开发与利用。1986
年，我国第一艘载人潜水器研制成功；2020 年
11 月，“奋斗者号”（图 7-3-1）全海深载人潜
水器坐底马里亚纳海沟。从百米浅海到万米深
海，我国的载人深潜事业先后突破了多项核心
技术，海洋探测能力和研究水平得到稳步提升。
“奋斗者号”是如何在水中实现浮潜的呢？
●●●物体的浮沉条件是什么？
虽然液体或气体对浸入其中的物体有浮力的
作用，但令人困惑的是，数万吨的航空母舰可以
浮于水面自由航行，而一颗仅几十克的石子却沉
入了水底。
决定物体在液体或气体中浮沉的条件是物体
受到的重力与浮力之间的大小关系（图7-3-2）。
7
章
·
浮
力
52第
F ＞G F = G F ＜G F = G
浮A A 浮B B 浮C C 浮D D
上浮 悬浮 下沉 漂浮
图7-3-2 物体的浮沉条件
大量实验表明：
浸没在液体中的物体受到重力和浮力作用：
如果浮力大小大于重力大小，物体上浮；
如果浮力和重力大小相等，二力平衡，物体
悬浮在液体中；
如果浮力大小小于重力大小，物体下沉。
漂浮于液面的物体，处于平衡状态，其浮力
和重力大小相等。
●●●如何改变物体的浮沉状态？
生活中，物体的浮沉现象很常见。
自主活动
装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下，漂浮在矿泉水
瓶内的水中，矿泉水瓶内留有少量空气，拧紧瓶盖使
其密封。小玻璃瓶（含瓶内的水和空气）称为浮沉子
（图7-3-3）。
挤压矿泉水瓶，观察浮沉子的浮沉情况。 图7-3-3 浮沉子
3
节
·
浮
沉
的
条
件
及
应
用
53挤压矿泉水瓶，水进入小玻璃瓶，浮沉子下
沉；松手后，水排出小玻璃瓶，浮沉子上浮。
第
潜水艇的浮潜原理与
浮沉子类似。图 7-3-4 是
潜水艇的横截面示意图，潜
水艇的内舱与外壳之间有一
个水舱，水舱通过阀门与外
界相连。阀门打开，海水进
入水舱，潜水艇所受重力增
图7-3-4 潜水艇浮沉示意图
大，当重力大小大于浮力大
小时，潜水艇下沉；用压缩空气把水舱内的水排
出，潜水艇所受重力减小，当重力大小小于浮力
大小时，潜水艇上浮。潜水艇通过这个方法改变
自身所受的重力，实现在水中的浮潜。
载人潜水器“奋斗者号”（图 7-3-1）配有
4块压载铁，总质量约 2 t。入水时，由于重力大
小大于浮力大小，“奋斗者号”下沉。当“奋斗
者号”完成作业时，它会释放压载铁开始上浮。
万一“奋斗者号”失去动力，压载铁会自动脱
离，使“奋斗者号”上浮以避免危险。
热气球和飞艇等在空气中也会受到很大的浮
力。热气球内由燃烧器加热的空气和飞艇中充的
氦气的密度都比外面空气的密度小，内外气体的
密度差导致浮力大小大于重力大小而使热气球和
飞艇得以升空。
从独木舟到潜水器，从热气球到飞艇，浮沉
条件的研究和应用使人类能自由地欣赏深海与天
空的奇观，并探索其中的奥秘。
7
章
·
浮
力
54STSE
港珠澳大桥是目前世界上最长的跨海大桥，采用了“桥岛隧”相结 第
合的建设方式。其中，大桥的海底隧道部分由33节巨型沉管（图7-3-5）
组成，每节沉管长 180 m，重达 8 万吨。巨型沉管的搬运和安装都利用
了浮力。沉管在干船坞中完成作业后，通过向干船坞中灌水使沉管恰好
浮起，珠江口涨潮带来的推力可使沉管漂移至安装地点。往空心的沉管
中灌水，使其下沉，而后在水下完成沉管的对接安装。
图7-3-5 巨型沉管
练一练
1. 如图7-3-6所示，潜水员
在水下通过调整配重、呼吸以及
浮力控制背心，使自身的重力大
小 所受水的浮力大小，
以达到在水中停留的目的。
2. 在游乐园购买的气球能飞
上天空，用嘴吹的气球为什么飞 图7-3-6
不起来？
3
节
·
浮
沉
的
条
件
及
应
用
553. 如图 7-3-7 所示，未剥皮时，橘子可以漂浮在水面上，但剥了
第
皮后，它却下沉。
（1）分别分析图（a）（b）中橘子所受浮力与重力大小关系。
（2）剥皮后橘子所受浮力和重力大小如何变化？
（a） （b）
图7-3-7
4. 鹦鹉螺是现存软体动物中最古老的物种，也称海洋“活化石”。
鹦鹉螺螺旋形的贝壳由“隔板”分成
几十个“房间”（图 7-3-8）。外层最大
的“房间”是鹦鹉螺柔软身体的“起居
室”。其余“房间”都是空的，称为气
室，由一根小管连通。鹦鹉螺通过连接
各个气室的小管吸入或者排出海水。根
据鹦鹉螺的内部结构简要分析鹦鹉螺是
图7-3-8
如何实现浮潜的。
7
章
·
浮
力
56跨学科实践 跨
学
科
物理学与社会发展 实
践
·
我
国
我国造船技术的发展 造
船
技
术
从秦汉到明初，中国的船舶制造
的
发
技术和航海技术一直在世界上具有很
展
强的影响力，为古代海上丝绸之路和
内陆河流交通的发展提供了强大的支
撑。其中，明代多桅木帆船的出现促
成了 15 世纪初郑和七下西洋的壮举。
郑和下西洋船队中的多桅木帆船采用
了中国古船技术中的一项重大技术发
图1 多桅木帆船的“水密隔舱”
明——水密隔舱（图 1）。直到今天，
水密隔舱依然是现代船舶安全航行的
重要技术措施之一。
20 世纪以来，我国造船技术得到了突飞猛进的发展，在深海载人潜水器
方面也取得了巨大成就。从“蛟龙号”“深海勇士号”到“奋斗者号”，我国深
海载人潜水器的研制实现了高质量、跨越式发展，在全世界居于领先地位。
● 跨学科实践任务
任务 1：搜集相关资料或参观相关船舶博物馆，了解水密隔舱的结构特点
和原理、我国深海载人潜水器研制的现状，形成报告并在组间进行交流。
任务 2：利用规定的材料，分组制作小帆船，并比较各组小帆船行驶的稳
定性及在相同风力条件下的航行距离。
材料：3个矿泉水瓶，硬纸板，纸，筷子，绳子，胶带等。
要求：小帆船能浮于水面，并在行驶过程中保持稳定。 57提示：可在学校或小区的水池中进行测试和比赛，不要在河流、小溪中进
行，测试、比赛时注意安全。
第
● 评价与反思
活动内容 评价要点（☆☆☆） 自评 互评
能制订分工合理、任务明确、进度可行的实践计划
实践计划
能在规定的时间内完成计划
能描述水密隔舱的结构特点和技术原理
能阐述各种深海载人潜水器实现浮潜的原理
实践成果 能结合相关学科阐述深海探测对于我国发展海洋经济、海
洋科研的重要意义
能使小帆船在水面稳定行驶一段距离
能有效搜索所需学习资源，注意数据的可靠性和时效性
信息搜集
能规范地标注引用数据、图片等相关信息的来源
能利用数字设备开展交流活动
交流合作 在完成各自任务的同时，能与其他成员团结协作，开展合作
在规定时间内完成展示，表达方式合理、流畅自然
评分说明：完全符合评价要点得☆☆☆，基本符合得☆☆，少量符合得☆
7
章
·
浮
力
58回顾与复习
回
顾
本 章 小 结
与
复
习
基本概念和基本规律
●
浮力：浸在液体或气体中的物体受到的向上的力。
●
阿基米德原理：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小
等于物体排开液体的重力大小，即F = G 。
浮 排
●
物体的浮沉条件：如果浮力大小大于重力大小，物体上浮；如果
浮力和重力大小相等，二力平衡，物体悬浮在液体中；如果浮力大小
小于重力大小，物体下沉。漂浮于液面的物体，处于平衡状态，其浮
力和重力大小相等。
知识结构图
浮力的本质 浮力 阿基米德原理
浮沉条件
应用
59本 章 练 习
第
1. 如图 1 所示，轻绳一端固定于杯底，一端系
在木球上。木球静止在盛水的杯中。用力的示意图
画出木球所受到的力。
2. 一艘海监船在江边的码头补给后入海执行任
务。在岸边装载补给的过程中，船身将 ；
图1
在由江入海的过程中，船身将 。
3. 满载排水量指船舶满载时排开水的质量。已知“福建舰”满载排
水量约为8×104 t，海水密度约为1.03×103 kg/m3，g取10 N/kg。求：
（1）“福建舰”满载时受到的浮力大小。
（2）“福建舰”满载时排开的海水体积。
4. 已知鸡蛋的质量为 55 g，体积为 50 cm3。将鸡蛋放在盛有清水
的玻璃杯里，鸡蛋沉入杯底［图2（a）］；逐渐将食盐溶解在水中，鸡
蛋恰好悬浮［图2（b）］；继续在水中溶解食盐，最终鸡蛋漂浮在水面
［图2（c）］。g取10 N/kg。下列说法正确的是（ ）。
A. 图2（a）中鸡蛋所受浮力为0.55 N
B. 图2（b）中食盐水的密度是1.1×103 kg/m3
C. 图2（c）中鸡蛋所受的浮力大小大于鸡蛋自身的重力大小
D. 图2中三种状态下浮力的大小关系是 F ＜F ＜F
a b c
（a） （b） （c）
图2
7
章
·
浮
力
605. 水母的种类繁多，有些水母的伞状体内有一种腺体，这种腺体
回
会放出一氧化碳使伞状体膨胀。水母可以控制伞状体内一氧化碳气体
顾
与
的含量。当水母遇险时，伞状体内一氧化碳气体的含量会 ，
复
习
使自身重力大小 浮力大小，沉入海底避险。
6. 有文字记载“莲入水必沉，唯煎盐咸卤能浮之”。意思是，莲
子入水必然沉底，唯有煎熬盐碱的咸水能使之浮起。请用所学知识来
解释这句话。
7. 石头入水即沉是我们日常生活中常见的现象，但火山喷发产
生的浮石可以漂浮在水面（图3）。火山喷发后，大量炽热的岩浆涌
入冰冷的海水，遇冷形成岩石，称为浮石。由于岩浆瞬间凝固形成岩
石，岩浆中的气体形成气泡被锁在内部，形成大量孔洞，孔洞占总体
积的一半以上。大量浮石聚在一起有时会形成一座浮岛，被称为“浮
石筏”。解释浮石可以漂浮水面的原因。
图3
8. 半潜船是一种特种运输船舶，有较大的载货甲板，船头或船尾
有较高上层建筑或甲板室或浮箱。半潜船工作时除船楼建筑以外的船
身（包括甲板）潜入水下，来装运如石油钻井平台、大型舰船、潜艇
甚至航母等超长超重但又无法分割吊运的大型设备。
61（1） 建造半潜船时，为什么船内部要留有很大体积的空舱？
第
（2） 为什么半潜船通常都在深海区域作业？
（3） 如图 4 所示，8 万吨级半潜船“新耀华号”有 108 个压载水
舱，每一个压载水舱都有一个阀门直接通向海底。通过船上的控制系
统就可打开相应压载舱室的海底阀门。船上还配备 4 台大型空气压缩
机。“新耀华号”下潜时可以使甲板潜入水下，将水面上的承运货物
从指定位置上浮托举完成装载。结合材料简要分析“新耀华号”是如
何浮潜的。
图4
7
章
·
浮
力
62第 8 章 简单机械 功和能
3 000 多年前我们的祖先就能使用舂、桔槔等机械劳作。如今，工业机
器人的应用提高了生产的精度和效率，人类发明、使用的机械遍布生活各个
方面。本章我们将学习简单机械、机械功与机械能的相关知识。
通过本章内容的学习，你将了解杠杆、机械功、机械能和机械效率等基
本知识，知道动能和势能的相互转化；经历探究杠杆平衡条件的过程，发展
基于数据的分析论证能力；感悟机械的运用对社会生产力发展的重要作用；
初步建立能量观念。
63第
1
图8-1-1 赛龙舟 第 节
杠 杆
赛龙舟活动（图 8-1-1）是中国端午节的习
俗之一，已被列入国家级非物质文化遗产名录，
赛龙舟的起源可追溯至战国时期。划龙舟时，人
们按锣鼓节拍划桨前进，此时的船桨可以看作一
种最简单的机械—杠杆。无论是多么复杂的机
械，其实都是由杠杆等各种简单机械组合而成
的。杠杆是依据什么原理工作的呢？
● 什么是杠杆？
硬棒是一种最简单的工具。人们很早以前就
已开始使用硬棒舂米、提水，直至今日，我们还
常用它来撬动重物。硬棒、切纸刀、开瓶器等工
具是我们在生活中经常使用的一类简单机械。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
64自主活动
如图 8-1-2（a）所示，用硬棒（可选择直尺或铅笔）和橡皮撬动 第
课本，观察撬课本的过程；结合生活中的切纸刀、开瓶器［图 8-1-2（b）
（c）］等工具，分析这些工具在使用时有什么共同的特点？
（a）硬棒 （b）切纸刀 （c）开瓶器
图8-1-2 可看作杠杆的工具
图 8-1-2 中的工具在使用时，可以看作为
一根在力的作用下绕固定点转动的硬棒，我们把
它叫做杠杆（lever）。
在图 8-1-3 中，硬棒绕着转动的固定点 O
叫做支点，促使杠杆转动的力 F 叫做动力（通
1
图8-1-3 杠杆
常将人对杠杆的作用力视为动力），阻碍杠杆转
动的力 F 叫做阻力，支点到动力作用线（通过
2
力的作用点沿力的方向所引的直线）的距离l 叫
1
做动力臂，支点到阻力作用线的距离 l 叫做阻
2
力臂。
如果杠杆静止不动或绕支点匀速转动，杠杆
就处于平衡状态。
如图 8-1-4 所示的托盘天平、杆秤等工具
在使用时也可以看作为杠杆，并且在杠杆处于水
平静止的状态下完成物体质量的测量。 图8-1-4 托盘天平与杆秤
1
节
·
杠
杆
65● 如何使杠杆平衡？
第 跷跷板（图 8-1-5）也可以看作为杠杆。回
顾小时候玩跷跷板的情形，你和小伙伴的质量不
同，如何使跷跷板保持水平静止呢？
图8-1-5 跷跷板
学生实验
探究杠杆的平衡条件
提出问题
把两位小朋友对跷跷板的作用力分别看作动力 F 、阻力 F ，相应的动力
1 2
臂和阻力臂分别为 l 、l 。为了使跷跷板保持水平，质量小的小朋友，通常会
1 2
坐得离支点更 一些；除了改变坐的位置，还可以通过
保持跷跷板水平。
猜想杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间可能存在什么关系？
搜集证据
● 器材
现有以下实验器材可供选择：
带有刻度的横杆、铁架台（含支架）、弹簧测力计、天平、钩码、细线（或
弹簧夹）。
本实验无需使用的器材是 。
● 方案
① 如图 8-1-6（a）所示，将带刻度的横杆支在铁架台上，做成一杠杆，
调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置保持平衡。
② 如图 8-1-6（b）所示，将两组钩码分别挂在杠杆的两侧，通过调节钩
码的位置，使杠杆在水平位置仍保持平衡。记录动力 F 、动力臂 l 和阻力 F 、
1 1 2
阻力臂l 。
2
改变 ，重复上述操作。
③ 如图 8-1-6（c）所示，将一组钩码挂在杠杆上，在同一侧通过细线用
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
66第
（a） （b） （c）
图8-1-6 实验装置
弹簧测力计竖直向上拉杠杆，使杠杆在水平位置仍保持平衡。把弹簧测力计对
杠杆的拉力作为动力 F ，钩码对杠杆的拉力作为阻力 F ，记录动力 F 、动力
1 2 1
臂l 和阻力F 、阻力臂l 。
1 2 2
改变 ，重复上述操作。
● 记录
将所有数据记录在表8-1-1中。
表8-1-1 数据记录表
实验序号 动力F /N 动力臂l /m 阻力F /N 阻力臂l /m
1 1 2 2
1
2
3
作出解释
● 分析
比较上表中各组数据，分析动力 F 、动力臂 l 和阻力 F 、阻力臂 l 之间
1 1 2 2
的定量关系。
● 结论
由上述实验可得， 。
交流反思
如果杠杆静止时不水平，实验结论是否成立？简述理由。
1
节
·
杠
杆
67大量实验表明，杠杆的平衡条件为
动力×动力臂= 阻力×阻力臂
第
即
F l = F l
1 1 2 2
● 杠杆在生活中有哪些应用？
杠杆在生活中有很多应用，我们身边有很
多工具可以看作为杠杆。撬棒、切纸刀、开瓶器
等工具可以看作为杠杆，钢丝钳、核桃夹、食品
钳、镊子、剪刀和筷子等工具，可看作为两个对
称杠杆的组合。
想一想
使用图8-1-7中的各种工具时，均由使用者提供动力。通过观察，
比较这些工具使用时动力臂和阻力臂的大小关系，利用杠杆的平衡条件，
分析动力与阻力的大小关系。
钢丝钳 核桃夹 食品钳 赛艇的船桨
图8-1-7 身边的工具
根据杠杆的平衡条件，使用切纸刀、核桃
夹和钢丝钳等工具时，动力臂大于阻力臂，动
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
68力小于阻力，这类杠杆叫做省力杠杆；而使用
食品钳、镊子、筷子和赛艇的船桨时，动力臂小
第
于阻力臂，动力大于阻力，这类杠杆叫做费力
杠杆。
除以上两类杠杆外，还有一类动力臂和阻
力臂相等的杠杆，叫做等臂杠杆，使用这类杠杆
时，既不省力也不费力。托盘天平就是一种典型
的等臂杠杆。
示例 · 如图 8-1-8 所示，体重约 600 N 的
同学在水平地面上做俯卧撑，A 点为其重心。试
计算该同学处于图示静止状态时，地面对他双手
作用力的大小。
图8-1-8 做俯卧撑 图8-1-9 看作为杠杆
解：根据题意，可将该同学看作为一个绕脚
与地面接触点转动的平衡杠杆，如图 8-1-9 所
示。将人受到的重力看作阻力 F = G = 600 N，
2
阻力臂l = 1.2 m；地面对手的作用力可看作动力
2
F ，动力臂l = 0.3 m + 1.2 m = 1.5 m。
1 1
由杠杆的平衡条件可知：F l = F l 。
1 1 2 2
则地面对手的作用力
F l 600 N×1.2 m
F = 2 2 = = 480 N
1 l 1.5 m
1
1
节
·
杠
杆
69STSE
第
2022年1月，我国首次利用
空间站机械臂，操作大型在轨飞行
器进行转位试验，取得圆满成功。
机械臂在空间站的组装和建
造、辅助航天员维护和维修等工
作中起着重要的作用。图 8-1-10
是中国首款具有 7 个关节的机械
臂，它在进行某些工作时，可看 图8-1-10 中国空间站机械臂
作是绕相应关节转动的杠杆。
练一练
1. 如图 8-1-11所示，悬挂在墙壁上的书架
可以看作杠杆。试在图中标出支点 O，并画出
动力臂l 和阻力臂l 。
1 2
2. 杠杆平衡时，动力F 的大小为20 N，动
1
力臂 l 为 0.8 m，阻力臂 l 为 0.4 m，求阻力 F
1 2 2
图8-1-11
的大小。
3. 赛艇的船桨是费力杠杆，我们为什么要使用费力杠杆呢？
4. 利用杠杆原理所制作的各种衡器是中
国古代人民智慧的结晶，如在长沙附近左家
公山楚墓中发现的衡器包括木衡杆、青铜盘
和青铜环权。木衡杆中间以提纽作为支点，
两端各以四根细丝线悬吊铜盘（图8-1-12）， 图8-1-12
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
70将被测物和铜环权分别置于木衡杆两端的铜盘中，就可以称量物体的
第
质量。
（1）木衡杆和铜盘相当于我们实验时使用的 ，
而铜环权则相当于 。
（2）杆秤是中国人民在衡器技术上的重大发明之一。图 8-1-12
所示衡器是通过 的质量来反映被称量物体的质量，杆秤
是通过杆上的刻度线所标数值来反映被称量物体的质量。试简述杆秤
有哪些优点。
（3）图 8-1-13 所示是有两个提纽的杆
秤，根据杠杆的平衡条件，若要测量质量较
大的物体，应该选用提纽 ，试简述
理由。
图8-1-13
主题学习：人体与机械1
人体中有许多结构类似杠杆。如图8-1-14
所示，用手提起重物的过程中，桡骨在肱
二头肌的牵引下绕着肘关节转动。从物理
学视角来看，这一过程中桡骨可以看作为
杠杆。
（1）将肱二头肌对桡骨的牵引力作为动
力，重物对手的作用力作为阻力，在图8-1-14
图8-1-14
中标出支点 O，并画出动力 F 和阻力 F 的
1 2
示意图。
（2）此时桡骨属于省力杠杆还是费力杠杆？简述理由，并分析这
种杠杆的优势。
（3）找一找，常见运动中有哪些人体结构可以看作为杠杆模型？
1
节
·
杠
杆
71第
2
图8-2-1 起重机上的滑轮 第 节
滑 轮
滑轮是一种常用的简单机械，它在日常生活
中的应用很广泛。在战国时期的《墨经》和汉代
的砖刻上，就已有了我国古代人民使用滑轮的记
载。如今，建筑工地和码头的起重机上安装了许
多滑轮（图 8-2-1），能方便地将数吨的重物吊
起。这些滑轮究竟起到了什么作用？
● 什么是滑轮？
滑轮（pulley）是周边有槽，能绕着中心轴
转动的轮子。将绳嵌在槽内，拉动绳子，滑轮便
可绕轴转动。
使用时，轴固定，不随物体一起移动的滑轮
叫做定滑轮（图 8-2-2）；轴随物体一起移动的
滑轮叫做动滑轮（图8-2-3）。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
72第
图8-2-2 定滑轮 图8-2-3 动滑轮
● 定滑轮和动滑轮在使用时有什么
特点？
自主活动
如图 8-2-4 所示，
用不同的方式匀速提起
两个质量均为50 g的钩
码，观察力传感器的用
力的方向，记录传感器
的示数及使用滑轮时钩
码和绳子提拉端移动的
距离，归纳定滑轮和动
图8-2-4 用不同的方式匀速提起钩码
滑轮的使用特点。
大量实验表明：
用定滑轮匀速提升物体时，可以改变用力的
方向，但不能省力，物体和绳子提拉端移动的距
离相等。
用动滑轮匀速提升物体时，若忽略动滑轮自
重和摩擦，且滑轮两侧绳子都沿竖直方向，则可
以省一半力，绳子提拉端移动的距离是物体移动
距离的2倍，但不能改变用力的方向。
2
节
·
滑
轮
73● 滑轮在使用时为什么有这样的
特点？
第
如图 8-2-5（a）所示，定滑轮可以看作为
一个等臂杠杆，滑轮的轴就是杠杆的支点 O，杠
杆的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。如图
8-2-5（b）所示，即使改变施力方向，动力臂
和阻力臂仍然等于滑轮的半径。
（a） （b）
图8-2-5 定滑轮可看作等臂杠杆
如图8-2-6所示，动滑轮可以看作为一个省
力杠杆，O为杠杆的支点，滑轮的轴为阻力的作
用点，被提升的物体对滑轮轴的作用力是阻力，
绳子提拉端对滑轮的作用力是动力。若两侧绳子
都沿竖直方向，则阻力臂等于滑轮的半径，动力
臂等于滑轮的直径。
图8-2-6 动滑轮可看作省力杠杆
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
74滑轮在日常生活中有着广泛的应用。升国
旗时，人只需站在地面不断向下拉绳子，国旗就
第
能随着另一侧的绳子上升，这是利用旗杆顶部的
定滑轮可改变用力方向实现的。建筑工人利用动
滑轮可以较省力地将建筑材料提升至高处（图
8-2-7）。
图8-2-7 用动滑轮提重物
STSE
定滑轮和动滑轮可以组合成滑轮组，使用时既能改变用力的方向，
又能省力。现代工程技术与工业生产离不开机械的应用，在起重机、卷
扬机、升降机等各类机械中都能看到滑轮组的身影。
2023 年 4 月，我国生产的 R20000-720 塔式起重机（图 8-2-8）正
式下线交付，它的最大起重量可达720 t，最大起升高度约400 m，相当
于一次将 500 辆小轿车起吊至 130 层楼的高度。它融合了 158 项创新科
研成果、305 项发明专利，其中包括 60 余项核心关键技术和 12 项世界
首创，是名副其实的大国重器。
图8-2-8 R20000-720塔式起重机
2
节
·
滑
轮
75练一练
第
1. 如图 8-2-9 所示，升降式晾衣架中的装置 A 是 滑轮，
使用它的目的是 。
A
图8-2-9 图8-2-10
2. 如图 8-2-10 所示，用滑轮匀速提起重物时，滑轮可看作变形
的杠杆。在图中标出支点O，并画出动力臂l 。
1
3. 如图 8-2-11 所示，分别利用甲、乙
两滑轮匀速提起两个重物。其中，乙滑轮为
滑轮，使用时相当于 杠杆；
不计滑轮重力及摩擦，若拉力 F = F ，则
1 2
G G 。
A B 图8-2-11
4. 滑轮可看作变形的杠杆，但滑轮与杠
杆在实际生产、生活中使用时既有相似之处，也有区别。试以等臂杠
杆和定滑轮分别提升同一重物的过程为例，比较这两种简单机械使用
的异同点。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
76第
3
图8-3-1 用机械手抓玩偶 第 节
功与功率
商场的抓娃娃机中堆放着许多可爱的玩偶，
某同学操控机械手抓住玩偶（图 8-3-1），然后
将玩偶在竖直方向上提升到一定高度。这一过程
想一想
中，玩偶沿机械手作用力的方向移动了一段距
离，我们如何描述该过程中机械手作用力的成 若抓娃娃机的机
效呢？ 械手先将重约 1 N 的玩
偶沿竖直方向匀速提升
● 什么是功？ 0.4 m，然后又将另一
个重约 2 N 的玩偶沿竖
物理学中规定，如果一个力作用在物体上，
直方向匀速提升0.3 m。
并使物体在这个力的方向上移动了一段距离，就
仅通过比较机械手提升
称这个力对物体做了机械功（mechanical work），
重物时的作用力大小或
简称做功。做功包含两个必要因素：一是作用在
玩偶移动的距离长短，
物体上的力，二是物体在这个力的方向上移动的
能否比较机械手前后两
距离。这两个因素中，缺少任何一个都不能说力
次作用力的成效？
对物体做了功。
3
节
·
功
与
功
率
77如图 8-3-2 所示，叉车将货物向上托举到
一定高度，叉车托举货物的力对货物做功；瀑布
第
奔流向下，水所受的重力对水做功；人推购物车
前进一段距离，人的推力对购物车做功。力对物
体做功通常也可以说成施力物体对受力物体做
功，如叉车对货物做功。
（a）叉车对货物做功 （b）重力对水做功 （c）人对购物车做功
图8-3-2 各种做功情境
想一想
图8-3-3所示的四种情境中，人是否做了功？为什么？
（a）用力推汽车但没有 （b）冰壶离开手后滑行 （c）背着重物沿 （d）把一箱物
推动 水平路面匀速行走 品搬起来
图8-3-3 人做功了吗
如图 8-3-4 所示，如果用 F 表示力，s 表示
物体在力 F 的方向上移动的距离，那么这一过
程中力 F所做的功W 等于F与s 的乘积，即
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
78W = Fs
第
在国际单位制中，力的单位是牛（N），距离
的单位是米（m），功的单位就是牛·米（N· m）。 图8-3-4
为了纪念英国物理学家焦耳（J. P. Joule，1818— 物体在力的方向上移动的距离
1889）对物理学的突出贡献，把牛·米（N· m）
叫做焦耳，简称焦，符号是J。
1 N· m = 1 J
示例1 · 小明背着重G = 30 N的书包从1楼
匀速登上 2楼，再从 2楼楼梯口沿着走廊匀速步
行s = 5 m到教室。
（1）上楼过程中，小明对书包做了多少功？
（2）若忽略人行走时重心的高度变化，则从
2 楼楼梯口步行至教室的过程中，小明对书包做
了多少功？（设每层楼高度h = 3 m）
分析：小明匀速登楼和沿走廊匀速步行时，
他对书包的作用力 F 与书包受到的重力 G 平衡，
方向竖直向上。上楼时，书包沿竖直方向移动的
距离 h = 3 m。沿走廊步行时，书包在竖直方向
移动距离为0。
解：（1）上楼过程中，小明对书包所做的功
W = Fs = Gh = 30 N×3 m = 90 J
（2）在走廊上水平行走时，书包在竖直方向
上移动的距离为0，所以小明对书包不做功。
● 如何描述做功的快慢？
如图8-3-5所示，在相同时间内，起重机运
送的砖比人运送的多，说明起重机做的功比人做
3
节
·
功
与
功
率
79第
图8-3-5 图8-3-6
在相同时间内，起重机比人做功多 做相同的功，起重机比人所用的时间少
的功多。如图8-3-6所示，起重机和人运送同样
数量的砖，做相同的功，起重机所用时间短。以
上两种情形都表明相对于人，起重机做功更快。
运动的快慢用速度描述。与之类似，我们可
以用做功的“速度”—功率表示做功的快慢。
物理学中，将功与做功所用时间之比叫做功率
（power），用 P 表示，功率在数值上等于单位时
间内所做的功。
如果用 W 表示功，用 t 表示做功所用时间，
则功率可表示为
W
P =
t
在国际单位制中，功的单位是焦（J），时间
的单位是秒（s），则功率的单位是焦/秒（J/s）。
为了纪念英国发明家、工程师瓦特（J. Watt，
1736—1819）在改进蒸汽机方面所作的重要贡献，
我们把焦/秒（J/s）叫做瓦特，简称瓦，符号是W。
1 J/s = 1 W
功率的常用单位还有千瓦（kW）。
1 kW = 1 000 W
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
80生活中一些常见的功率如图8-3-7所示。
第
骑自行车功率约70 W 助动车功率约400 W 家用轿车功率约102 kW
万吨巨轮功率约104 kW 客机功率约105 kW
图8-3-7 一些常见的功率
在各种机器的铭牌（图 8-3-8）上，都会标
注一些描述机器工作性能和结构特征的数据，其
中常常有功率这一项。
图8-3-8 电动机铭牌
示例2 ·“ 复兴号”列车（图8-3-9）是世界
上最先实现350 km/h自动驾驶功能的高速列车。
当“复兴号”列车以 v = 350 km/h的速度在某段
平直路段上匀速行驶时，若整列车所受牵引力为
F = 1.2×105 N，计算此时牵引力做功的功率P。
解：设“复兴号”列车匀速通过某段平直路
段的距离为s，所用时间为t。
牵引力在这一过程中所做的功 W = Fs，则 图8-3-9 “复兴号”列车
牵引力做功的功率
W Fs 350×1 000
P = = = Fv = 1.2×105 N× m/s
t t 3 600
≈ 1.17×107 W
3
节
·
功
与
功
率
81练一练
第
1. 如图 8-3-10 所示，机器人用手托着
盘子在水平地面上沿着直线匀速行走，假
设盘子始终在同一高度。甲同学说该过程
中机器人对盘子做了功，而乙同学却说该
过程中机器人对盘子没有做功。试对甲、
乙的说法作出判断并简述理由。
2. 判断下列关于功和功率的说法是否
正确，并简述理由。
图8-3-10
（1）机器做功少，功率一定小。
（2）功率小的机器做功不一定慢。
（3）功率大的机器做功一定快。
（4）功率大的机器一定比功率小的机器做功多。
3. 一重为 2 N 的小球沿
水平桌面滚动 0.2 m 后离开
桌面，落在水平地面上。桌
面高 1 m，小球落地处与桌
边缘的水平距离为 2 m，如
图 8-3-11 所示。求小球在
图8-3-11
下落至地面的过程中，重力
所做的功。
4. 为了倡导绿色出行，很多城市推行了共享单车。小明在平直路
面上匀速直线骑行了 900 m，所用时间为 3 min，若人与车的总质量
1
为70 kg，共享单车受到的地面摩擦力约为人与车总重的 — 。求：
10
（1）3 min内人对共享单车所做的功W。
（2）3 min内人对共享单车做功的功率P。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
82主题学习：人体与机械2 第
我们上楼时需要做功。
（1）你知道自己匀速上楼时做的功是多少吗？试按照表 8-3-1 中
的提示，以小组合作的方式完成“测量人匀速上楼所做的功”实验，
并填写下表。
表8-3-1
实验原理
所测物理量
所需测量工具
实验步骤
实验结果
（2）你知道自己匀速上楼的功率是多少吗？试以小组合作的方式
设计“测量匀速上楼的功率”的实验方案（包括实验原理、实验器材、
实验步骤、数据记录表格等），并算出你匀速上楼的大致功率。和小
组成员交流，比比谁的功率大。
3
节
·
功
与
功
率
83第
4
图8-4-1 上海东海大桥海上风电场 第 节
机械能及其转化
图8-4-1是我国首个海上风电项目—上海市
东海大桥10万千瓦风电场，作为亚洲第一座大型
海上风电场，在我国风力发电建设发展史上具有里
程碑意义。风是流动的空气，风力发电装置利用风
蕴含的巨大能量发电。能量对我们来说已经不是陌
生的名词，风力发电过程中利用了哪种能量呢？
● 什么是动能？
如果一个物体能够对外做功，表示这个物
体具有能量，简称能。在物理学中，能量与功的
单位一样，也是焦耳。风可以吹动风车叶片（图
8-4-1），对风车叶片做功，说明风具有能量。
水流可以推动橡皮艇漂流（图 8-4-2），对橡皮
艇做功，表明水流具有能量。物体由于运动而具
图8-4-2 漂流 有的能量叫做动能（kinetic energy）。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
84自主活动
如图 8-4-3 所示，从斜面上向下运动的小球撞击水平面上的木块 第
后，能推动木块沿水平面运动一段距离，小球把木块推得越远，说明小
球对木块做的功越多，小球原先具有的动能就越大。
1. 将同一小球分别从斜面上不同高度的两处由静止释放，撞击水平
面上的木块。两种情况下，小球运动到水平面上时的速度大小相等吗？
比较两种情况下木块移动的距离，你能得出什么结论？
2. 将两个质量不同的小球分别从斜面上同一高度处由静止释放，撞
击水平面上的木块。两种情况下，小球运动到水平面上时的速度大小相
等吗？比较两种情况下木块移动的距离，你能得出什么结论？
图8-4-3 小球撞击木块的实验装置
大量实验和研究表明，物体的动能大小与它
的速度和质量都有关系。质量相同的物体，速度
越大，动能越大；速度相同的物体，质量越大，
动能越大。
● 什么是势能？
迎新春打年糕时，被高高举起的木锤下落
时能把石臼里的糯米饭舂至绵软柔韧。这说明受
重力作用，高处的物体下落时能对低处的物体做
4
节
·
机
械
能
及
其
转
化
85功。物理学中把物体由于受重力作用而具有的与
高度有关的能量叫做重力势能。
第
自主活动
如图 8-4-4 所示，让高处的重物自由下
落，观察重物陷入沙中的深度。
1. 将同一重物分别从不同的高度由静止落
下，比较重物陷入沙中的深度，你能得到什么
结论？
2. 将质量不同的重物分别从同一高度由静
止落下，比较重物陷入沙中的深度，你又能得
到什么结论？ 图8-4-4 重物自由下落
大量实验和研究表明，物体的重力势能与其
质量和所处位置的高度有关。高度相同的物体，
质量越大，重力势能越大；质量相同的物体，位
置越高，重力势能越大。
拉紧的弓（图8-4-5）一旦释放便能把箭射
出，说明发生弹性形变的弓也具有能量，可以对
箭做功。物体由于发生弹性形变而具有的能量叫
图8-4-5 拉紧的弓 做弹性势能。
如图 8-4-6 所示，将弹簧左端固定，用小
车向左压缩弹簧，弹簧的弹性形变越大，小车释
放后被弹得越远，说明弹性形变大的弹簧具有的
弹性势能大。
图8-4-6 弹簧推动小车
重力势能和弹性势能统称为势能（potential
energy）。
机械运动中，物体往往同时具有动能和势
能。图 8-4-7 中沿高坡下滑的滑雪运动员，因
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
86运动而具有动能，也因受重力作用而具有重力
势能。物理学中将动能和势能统称为机械能
第
（mechanical energy），物体的机械能就是其动能
与势能的总和。
● 动能与势能可以互相转化吗？ 图8-4-7
沿高坡下滑的滑雪运动员
如图 8-4-8 所示，小滑块自光滑斜面由静
止下滑至水平面的过程中，高度降低，速度增
大。小滑块的重力势能转化为动能。
图8-4-8 小滑块重力势能与动能的相互转化
运动员持竿助跑、撑竿起跳过程中，运动员
的动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势
能（图8-4-9）。
在物体自由下落时，重力对物体做功，物
体的重力势能减少，动能增加，部分势能转化为
图8-4-9 运动员助跑、起跳
动能。人举高物体，物体的重力势能增加，在这
个过程中人对物体做功，而人自身消耗一定的能
量，我们也将这一过程称为克服重力做功，人体
的能量转化为重力势能。
4
节
·
机
械
能
及
其
转
化
87练一练
第
1. 如图 8-4-10 所示，扫地机因其智能化的清洁模式而广受青睐，
当扫地机在水平地面上匀速前进扫地吸尘时，它的动能和重力势能是
否改变？试简述理由。
图8-4-10 图8-4-11
2. 图8-4-11为一高山的等高线图（等高线上每点的高度均相同）。
某登山运动员从 B 点匀速到达 A 点时，运动员的机械能将 ，
理由是 。
3. 分析小球从某一高度由静止落向地面的过程中，动能和势能的
变化情况。
主题学习：人体与机械3
人要维持生命和进行活动（包括体力和脑力的活动），就必须做
功消耗能量。不同情况下人体消耗能量的功率大小是不同的，见表
8-4-1。人熟睡时消耗能量的功率约为 70 W，这个功率主要用来维持
基本的生命活动，称为基础代谢率。也就是说，中学生在上课时消耗
能量的功率约为150 W，其中约70 W 用于基础代谢，约80 W 的功率
消耗在其他活动中。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
88表8-4-1 第
活动 人体消耗能量的功率P/W
人熟睡 约70
中学生上课 约150
骑自行车 约500
打篮球 约700
百米赛跑 约1 500
（1）请你列出某一天所参加的主要活动，然后结合上表中的信息
和查阅的资料，估算这一天中你所消耗的总能量。
（2）我们每天都需要食用足够的食物保障身体的能量供应，不同
的食物含有不同的能量。表8-4-2 列出了人食用单位数量（如100 g）
的食物所摄入的能量。试列出某一天你摄入的食物总量，然后结合下
表中的信息并查阅资料，估算这一天中你所摄入的食物能量，并与第
（1）题中估算的消耗的能量进行对比。
表8-4-2
100 g食物 摄入能量E/kJ
米饭 约500
小米粥 约200
菠菜 约150
牛肉 约550
苹果 约260
4
节
·
机
械
能
及
其
转
化
89第
5
图8-5-1 机械手 第 节
机械效率
随着人类文明的不断发展，各类功能不同的
机械逐步代替人类完成一些繁重而复杂的工作，
例如，机械手（图 8-5-1）能模仿人类手部的动
作用以抓取、搬运物件或操作工具。机械的大
量使用也使人类对能源的需求越来越大。机械
工作的过程中，是否做的功越多，能量利用的
效率也越高呢？
● 使用机械可以省功吗？
生活中，许多机械都能达成省力效果。例
如，使用省力杠杆可以省力，使用动滑轮也可以
省力。长期以来，人们很想知道使用机械能否省
功。为了回答这个问题，我们就要测量使用机械
前后的做功情况。通过比较使用机械前后所做的
功来判断使用机械是否可以省功。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
90自主活动
如图 8-5-2 所示，用不同的 第
方式将两个相同钩码提升 0.5 m，
比较使用机械所做的功与不用机
械所做的功是否有差异。
图8-5-2 用不同的方式提升钩码
迄今为止，人类所有的实践表明，为了达
到同一效果，使用机械所做的功都不会少于不用
机械所做的功，也就是使用任何机械都不能省
功。这是一个普遍的结论，对任何机械都适用。
对机械的研发和应用而言，这具有重要的指导
意义。
在图 8-5-2 中，使用动滑轮提升重物时，
除了要克服重物的重力做功，同时也需要克服动
滑轮本身所受的重力而多做一些功。其中，使重
物上升所做的功是有用的，是必须做的功，这部
分功叫做有用功 W ；除了有用功以外，其他
有用
的功叫做额外功 W ，额外功通常来自克服机
额外
械部件间的摩擦以及克服机械自重所做的功；最
终拉力所做的功是有用功与额外功的总和，叫做
总功W ，即
总
W = W + W
总 有用 额外
5
节
·
机
械
效
率
91● 什么是机械效率？
第
实际情况下，使用任何机械都不可避免地
要做一些额外功，有用功只是总功的一部分，有
用功在总功中所占比例越大，机械对外界输入能
量的利用程度就越高，也就是机械工作的效率
越高。物理学中把有用功与总功之比叫做机械
效率（mechanical efficiency），通常用百分率表
示，符号是η，即
W
η = 有用 ×100%
W
总
示例 · 机械手臂将 G = 60 N 的重物匀速提
升了 h = 0.5 m（空气阻力忽略不计）。在这个过
程中机械手臂一共做功W = 100 J。该机械手臂
总
想一想
提升重物的机械效率是多少？
通过计算我们发 解：机械手臂匀速提升重物的拉力 F = G，
现，机械手臂的机械效 提升距离s = h，因此，机械手臂做的有用功
率（图 8-5-3）其实并 W = Fs = Gh = 60 N×0.5 m = 30 J
有用
不高，那么，使用机械 因此，机械手臂的机械效率
手臂的意义是什么？ W 30 J
有用
η = ×100% = ×100% = 30%
W 100 J
总
提升机械效率可以通过减少额外功从而提
升有用功在总功中的占比来实现。任何机械的机
械效率总小于100%。起重机的机械效率一般为
40%~50%，抽水机的机械效率一般为60%~80%。
图8-5-3
减少额外功的方法通常是减小摩擦或者使用
有用功与额外功
质量更小的轻型机械。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
92练一练
第
1. 机械效率总小于100%的原因是（ ）。
A. 动力大于阻力
B. 动力所做的功大于克服阻力所做的功
C. 额外功大于有用功
D. 任何机械都有摩擦，因此都要做额外功
2. 从井中提水的时候，克服水桶重力所做的功是 ；如
果要将井底的水桶提上来，在水桶上提时往往会带上一部分水，这时
克服水的重力所做的功是 。（均选填“有用功”“额外功”
或“总功”）
3. 机械效率是反映机械性能的重要标志之一。若甲的机械效率高
于乙的机械效率，判断以下三种说法是否正确，并简述理由。
（1）甲做的有用功比乙做的有用功在总功中的占比大。
（2）甲做的总功比乙做的总功多。
（3）甲的功率比乙的功率大。
4. 在将重为 30 N 的旗帜升到 12 m 高的旗杆顶部的过程中，所做
的额外功为60 J。
（1）需要做的有用功为多少？
（2）总功为多少？
（3）机械效率为多少？
5
节
·
机
械
效
率
93第 跨学科实践
物理学与工程实践
斜拉桥的原理与模型制作
斜拉桥是用许多斜拉索将主梁直接拉在桥塔上的一种桥梁，是大跨度桥梁
的主要类型。斜拉桥的主要结构包括主梁、斜拉索和桥塔。图1所示的斜拉索
桥是港珠澳大桥的重要组成部分，其桥塔像风帆一样伫立在海中，寓意一帆风
顺，与两侧的斜拉索、下面的主梁构成了一道美丽的风景线。
图1 港珠澳大桥
● 跨学科实践任务
任务 1：斜拉桥的设计应用了许多物理知识。如图 2 所示，图（a）虚线
框中的结构可简化为图（b）所示模型。在图 3 中绘制该模型的受力图，并根
据杠杆的平衡条件，猜想各个力之间的大小关系，设计实验验证猜想。
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
94斜拉索
塔高 跨
学
科
实
践
·
桥面
斜
（a） （b） 拉
桥
图2 的
原
理
与
模
图3 型
制
作
任务 2：选择一座现有的跨江斜拉桥，利用规定的材料，制作大桥跨江主
桥部分的模型，并对模型进行承载测试，比比谁的模型更美观、更坚固。
材料：A3 白卡纸一张（尺寸 420 mm×297 mm）、宽度为 8 mm 的双面胶
带一卷、细线。
要求：① 模型稳定并有一定的承载能力（测试方法：逐个将钩码置于桥面
中心）；② 桥体跨度不小于280 mm。
● 评价与反思
评价项目 评价要点（☆☆☆） 自评 互评
能制订分工合理、任务明确、进度可行的实践计划
实践计划
能在规定的时间内完成计划
能正确绘制受力图，猜想各力之间的大小关系
能设计简单易行的实验验证方案，完成实验步骤，分
析实验数据，获得实验结论
实践成果
能利用规定器材，制作符合要求的斜拉桥主桥模型
通过模型测试，不断改进设计，提升承载能力，增强
美观程度
95（续表）
评价项目 评价要点（☆☆☆） 自评 互评
第
能有效搜索所需学习资源，注意数据的可靠性和时效性
信息搜集
能规范地标注引用数据、 图片等相关信息的来源
能利用数字设备开展交流活动
在完成各自任务的同时，能与其他成员团结协作，开
交流合作
展合作
在规定时间内完成展示，表达方式合理、流畅自然
评分方法：完全符合评价要点得☆☆☆，部分符合得☆☆，少量符合得☆
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
96回顾与复习
回
顾
本 章 小 结
与
复
习
基本概念和基本规律
●
杠杆：在力的作用下绕固定点转动的硬棒。
●
杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。
● 功：功 W 等于作用力 F 跟物体沿力的方向通过的距离 s 的乘积，
即W = Fs。
W
● 功率：功与做功所用时间之比，即P = 。功率表示做功的快慢。
t
●
动能：物体由于运动而具有的能量。
●
重力势能：物体由于受重力作用而具有的与高度有关的能量。
●
弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量。
●
机械能：动能和势能统称为机械能。
W
有用
●
机械效率：有用功与总功之比，即η = ×100%。
W
总
知识结构图
杠杆 杠杆的平衡条件
简单机械
滑轮
功率
机械功
机械效率
动能
机械能
重力势能
势能
弹性势能
97本 章 练 习
第
1. 如图 1 所示，拉杆式书包相当于一个 杠杆。通过作图
及文字说明判断的依据。
图1 图2
2. 图2为标有均匀刻度的轻质杠杆，A处挂一个重为2 N的物体。
若要使杠杆在水平位置平衡，则在B处施加的力为（ ）。
A. 一定为1 N B. 可能为2 N
C. 可能为0.5 N D. 一定为4 N
3. 某同学用 100 N 的力将课桌搬动了 2 m，所用时间为 4 s。他根
据功、功率的相关知识，得出他对课桌做功为 200 J，功率为 50 W。
他的结论是否正确，请简述理由。
4. 图 3 是甲、乙两辆汽车的铭牌。若甲、乙两汽车都按各自的发
动机功率正常行驶，则下列说法正确的是（ ）。
A. 甲汽车的功率大，做功一定多
B. 乙汽车的功率小，做功不一定慢
C. 若甲、乙两汽车做功时间相同，则乙汽车做功多
D. 若甲、乙两汽车做功相同，则甲汽车所用时间短
甲 乙
图3
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
985. 以省力杠杆和动滑轮分别提升同一重物的过程为例，比较省力
回
杠杆与动滑轮的使用特点。
顾
与
（1） 下列各项中，省力杠杆和动滑轮使用时都可以实现的是（ ）。
复
A. 能省力 B. 能改变用力的方向 习
C. 能省距离 D. 既能省力又能省距离
（2）与动滑轮相比，使用省力杠杆的优点有：
。（写出两点）
6. 如图 4 所示，用一个动滑轮在 10 s 内将一重为
2 N 的物体匀速向上提起 0.6 m，拉力为 1.8 N。这个动
滑轮的机械效率是多少？拉力的功率有多大？
7. 如图 5 所示，用大小相等的水平拉力 F 分别向右
拉动质量不同的物体 A、B（m ＜ m ），第一次使物体
A B
A 在水平面上低速运动，第二次使装有轮子的物体 B 在
水平面上高速运动。若两物体移动了相同距离，关于拉
力F做功有两种说法。 图4
图5
甲：物体B运动得快，因此拉力F对物体B做功多。
乙：质量大的物体，所受的重力大，因此拉力F对B物体做功多。
两种说法是否正确？简述理由。
8. 如图 6 所示，某同学站在商场的自动扶梯上匀速下楼，运动轨
迹如图（b）中虚线所示。
（1）在图（b）中画出该同学的受力示意图（图中用“•”表示该
同学）。
99第
（a） （b）
图6
（2）此过程中，该同学的动能 ，机械能 。
（3）该同学匀速下楼过程中重力势能转化为动能，这种说法是否
正确？请简述理由。
9. 某小组在研究动滑轮的使用特点时，发现使用动滑轮有时可以
省力，有时不能省力。为了探究上述问题，他们重新进行了实验，分
别测量了滑轮所受的重力 G 和物体所受的重力 G ，并将相关数据
滑 物
记录在了表格中。
（1）根据表1和表2中的数据，分析使用动滑轮时，“省力”“费力”
以及“既不省力也不费力”对应的条件。
表1 表2
G = 2 N G = 4 N
滑 滑
实验序号 G /N F/N 实验序号 G /N F/N
物 物
1 1 1.5 4 2 3.0
2 2 2.0 5 4 4.0
3 4 3.0 6 6 5.0
（2）在不能忽略滑轮所受重力的情况下，总结使用动滑轮所需拉
力F与滑轮重力G 和物体重力G 之间关系的表达式。
滑 物
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
10010. 某纯电动汽车的有关数据见表3，在某一次测试过程中，该汽
回
车以表中的功率在水平路面上5 min内匀速直线行驶了9 000 m。求：
顾
与
（1）该汽车在这次测试过程中牵引力所做的功。
复
（2）该汽车受到的水平阻力。 习
表3
车辆类型 纯电动车
电池类型 磷酸铁锂电池
纯电模式续驶里程 160 km
整车质量 1 385 kg
功率 52 kW
11. 图 7 是运动员跳台滑雪的示意图，运动员从 A 点静止滑下，
在 B 点离开跳台，经过 C 点，在 D 点落地后滑行至 E 点停下，运动
过程中空气阻力忽略不计，试回答：
图7
（1）运动员从B点到D 点过程中，动能与重力势能如何转化？
（2）运动员在D 点落地后为何能继续滑行并在E点停下？
101主题学习：人体与机械4
第
全民健身是全体人民增强体魄、健康生活
的重要措施，是每个人健康成长和幸福生活的
重要基础。健步走可以起到锻炼身体的目的。
人走路时，重心会发生上下移动。某人的质量
为 50 kg，腿长 65 cm，重心大约位于肚脐上方
7 cm处。此人按步距l = 50 cm走路，每走一步，
重心位置高度变化h = 5 cm，如图8所示。 图8
（1）人在行走时，身体的哪一部分可以看成是杠杆？
（2）若此人走100步，他克服重力做的总功为多少？
（3）若此人走100步用时50 s，他克服重力做功的功率为多少？
（4）若此人在水平路面上正常行走 1 h，手机上的运动软件显示
他消耗了 6×105 J 的能量，则此人走路时身体克服重力做功的效率是
多少？人体消耗的能量除了用于克服重力做功，还用于哪些方面？
8
章
·
简
单
机
械
功
和
能
102第 9 章 物态变化
天空中的云、高山上的积雪、河面上的冰、冰层下方流动的水，以及空
气中的水蒸气，这些都是水的不同状态。自然界的物质在不同条件下会处于
不同的状态。本章我们将学习各种物态变化过程及其特点。
通过本章内容的学习，你将了解温度的概念和温度计的工作原理；认识
分子动理论的基本观点，以及物态变化的规律；初步形成物质和能量的观念；
感悟水循环对人类生存环境的重要性。
103第
1
图9-1-1 热成像照片 第 节
温 度
我们在生活中经常能感受到冷和热的差异，
冰块是冷的，刚蒸好的包子是热的。图 9-1-1
是一张热成像照片，你知道图中的不同颜色反映
了什么吗？
● 什么是温度？
在日常生活中，我们通常凭人体感觉来判断
冷热。
自主活动
三个盆分别装有冷水、温水和热水，先将两手分别浸入热水和冷水
中，再将两手一起浸入温水中，两手的感觉是怎样的？
9
章
·
物
态
变
化
104通过上述活动，我们知道凭感觉判断冷热有
时并不准确。因此，我们引入温度（temperature）
第
这一物理量来表示物体的冷热程度。
生活中常用的是摄氏温度，用 t 表示，它的
单位是摄氏度，符号是℃。
在温度变化时有些物质的状态会发生变化。
例如，固态的冰在温度升高时会化成液态的水，
当温度更高时，液态的水会变成气态的水蒸气。
● 如何测量温度？
我们可以用温度计测量物体的温度。图
9-1-2 是一种常见的液体温度计，它是利用液体
热胀冷缩的性质来测量温度的。液体温度计里常
装有酒精、煤油等。
为了准确地读出温度，必须确定温度计上
的刻度。摄氏温度是这样规定的：取 1 个标准大
气压下冰水混合物的温度为0 ℃，沸水的温度为
100 ℃，然后在 0 ℃ 和 100 ℃ 之间分成 100 等
份，每一等份即为 1 ℃。0 ～ 100 ℃ 范围以外也
按照同样的分度大小扩展。例如，人的正常体温
大约是 37 ℃；我国东北地区冬天的极端气温可
低至-50 ℃，读作零下 50摄氏度。 图9-1-2 液体温度计
自然界的 冰冻的 冰水 人体 沸水 酒精灯 太阳
低温极限 食物 混合物 火焰（外焰） 表面 单位：℃
-273.15 -20 0 约37 100 约700 约6 000
图9-1-3 自然界的一些温度
1
节
·
温
度
105STSE
第
温度与我们的日常生活息息相关，过高的温度和过低的温度都会令
人感到不适，甚至造成伤害。人的皮肤直接接触 50 ℃ 的物体 2 min 就
可能被烫伤；长时间暴露在 0 ℃以下的环境中很容易使裸露在外的皮肤
冻伤。大多数导致食物腐败的细菌在 8 ～ 63 ℃ 之间迅速繁殖，因此食
物在这个温度范围内最容易变质。100 ℃ 以上的温度可以杀灭大部分细
菌，而在 -18 ℃ 以下的环境中，细菌将停止繁殖，但仍然有可能存活。
有些人习惯等待食物冷却至室温后才放进冰箱，从防止食物变质的角度
来看，这种做法并不正确。
物质的不少物理性质都会随温度变化而变
化，根据这些变化的规律可以制作各种温度计。
图 9-1-4 所示的温度计是根据被测物体发出的
热辐射来测定物体表面的温度。这种温度计不需
要与被测物体接触就可以测量被测物体的温度。
图9-1-4 红外温度计 图 9-1-1 的热成像照片就是利用这个原理拍摄
的，图中的不同颜色对应着不同的表面温度。在
工业生产和科学研究中也常用温度传感器测量物
体的温度。
专门用于测量人体温度的温度计称为体温
计，常见的体温计有液体体温计、电子体温计
（图 9-1-5）。液体体温计内装有汞，因其测量准
确、稳定性高、价格低廉而得到了长期广泛的使
图9-1-5 常见电子体温计
用，但由于人们越来越重视汞的危害，我国已明
确规定将从 2026 年 1 月 1 日开始禁止生产含汞
体温计。
9
章
·
物
态
变
化
106学生实验
用常见温度计测量温度 第
观察常见温度计
观察实验室使用的液体温度计，其测温范围是多少？分度值是多少？单位
是什么？
学习使用常见温度计
使用液体温度计测量液体温度时，应将温度计的玻璃泡完全浸没在被测液
体中，玻璃泡不能接触容器壁和容器的底部，待液体温度计内液柱的液面稳定
时读数。读数时，温度计的玻璃泡不要离开被测液体，且视线应平视温度计内
的液面。
阅读温度传感器、电子体温计的使用说明书，了解使用方法。
用常见温度计测量温度
分别用液体温度计、温度传感器测量热水、冷水、温水的温度，将数据记
录在表9-1-1中，并比较两种温度计测得的温度。
表9-1-1 数据记录表
待测物质 热水 冷水 温水
液体温度计测得的温度/℃
温度传感器测得的温度/℃
用电子体温计测量同组同学的体温，比较各位同学的体温差异。
注意
若采用接触式电子体温计，每位同学在测量体温前都需要用医
用酒精对体温计消毒。
1
节
·
温
度
107拓展 视野
第 科学研究中常用的是热力学温度，用字母T表示。在国际单位制中，
热力学温度的基本单位是开尔文，符号是K。热力学温度与摄氏温度之间
的换算关系是
T = 273.15 + t
热力学温度的0 K称为“绝对零度”。研究表明，0 K是不可能达到的。
约138亿年前，宇宙刚刚开始形成，它的温度约为1032 K。随着宇宙的
膨胀，它逐渐冷却，现在宇宙的平均温度约为3 K。地球上的平均温度比宇
宙的平均温度高，这是因为地球离太阳较近且有大气层包裹。如果没有太
阳，地球也将处于3 K左右，地球生命也就不可能存在了。
● 温度的微观意义是什么？
温度常常会对日常生活中的一些现象产生
影响。
自主活动
在一杯冷水和一杯热水中分别滴入一滴蓝墨水，如图 9-1-6 所示，
观察发生的现象。
热水 冷水
图9-1-6 在水中滴入蓝墨水
9
章
·
物
态
变
化
108常见的物质是由大量分子、原子构成的，分
子都在不停地做无规则运动。蓝墨水在水中散开
第
是一种扩散现象，它是由分子的无规则运动导致
的。热水中的蓝墨水比冷水中的扩散得更快，说
明温度越高，扩散越快，分子运动越剧烈。日常
生活中，有许多扩散现象的例子。你闻到花香，
就是芳香分子进入了你的鼻子；外壳完好的鸭
蛋，浸入盐水里一段时间后，里面都变咸了，那
是因为食盐分子进入了鸭蛋内部。
分子在不停地运动，但组成固体或液体的分
子却不会飞散开，总是聚集在一起保持一定的体
积，是因为分子间存在着相互作用力。花瓣下方
有时会挂着露珠（图 9-1-7），这是分子间存在
引力的体现。如图 9-1-8 所示，木块不易被压
缩，它是分子间存在斥力的反映。
图9-1-7 露珠能悬挂在花瓣下方 图9-1-8 木块不易被压缩
这就是分子动理论的初步知识。分子运动
受到分子间相互作用力的影响。温度反映了分子
运动剧烈程度，温度越高，分子运动越剧烈。正
是因为这种关系，分子无规则运动也称为分子热
运动。
1
节
·
温
度
109练一练
第
1．我们常常觉得泉水冬暖夏凉，这是因为泉水的温度夏天低、
冬天高吗？
2. 规定摄氏温度时，为什么要取 0 ℃ 和 100 ℃ 两个温度作为标
准温度来进行定标？取人的正常体温作为两个标准温度的其中一个，
有什么缺点？
3. 下列能体现分子无规则运动的现象是（ ）。
A. 雪花纷飞 B. 树叶飘落 C. 花香扑鼻 D. 水波荡漾
主题学习：分子热运动与物态变化1
将各种颜色的糖果在白色浅碟中摆放成你喜欢的图案，加入少量
水，使糖果的一半浸入水中（图9-1-9）。
（1）盘子里发生了什么变化？
（2）分别用热水和冷水来做这个实验，现象有什么不同？
（3）这个实验说明了什么？
图9-1-9
9
章
·
物
态
变
化
110第
2
图9-2-1 水的沸腾 第 节
汽化和液化
如果用一个透明的锅来烧水，水烧开时会看
到水中翻腾着大量的气泡，锅上方还会冒出白雾，
而锅盖下和锅壁内则会出现水珠（图9-2-1）。这
些气泡、白雾和水珠是怎么产生的呢？
● 什么是汽化？
烧水过程中，容器中的水逐渐减少，不断变
成水蒸气。物理学中，把物质从液态变为气态的
过程叫做汽化（vaporization）。汽化有沸腾和蒸
发两种方式。
图 9-2-1 中，水烧开时产生大量气泡。这
种在液体内部和表面同时发生的剧烈汽化现象，
叫做沸腾。
2
节
·
汽
化
和
液
化
111学生实验
第 探究水在沸腾前后温度变化的特点
提出问题
锅里的水烧开后持续加热，沸腾前后水的温度 。如何用实
验验证你的猜想？
搜集证据
● 器材
现有以下器材可供选择：
水、烧杯、温度传感器及配套器材、天平、
酒精灯、铁架台、陶土网。
本实验无需使用的器材是 。
● 方案
如图 9-2-2 所示，将水倒入烧杯，固定温度
传感器，使 完全浸入水中，用酒
精灯加热烧杯中的水直至沸腾。
根据温度传感器测得的数据，绘制
图9-2-2
关系曲线，记录并观察水在沸腾前后温
探究水在沸腾前后温度变化的
度的变化规律。
特点
● 记录
在图9-2-3的方格纸中根据数据绘制曲线。
注意
按照实验规范正确
使用酒精灯，使用时避
免烫伤、失火。
图9-2-3 绘制图像
9
章
·
物
态
变
化
112作出解释
● 分析
第
观察图9-2-3中绘制的曲线变化情况。
● 结论
由上述实验可知： 。
交流反思
比较各组实验曲线的异同，并分析原因。从实验曲线中还能发现什么问
题？撤去酒精灯后，水是否还会继续沸腾？
大量实验表明，水的温度在沸腾前持续上
升，沸腾过程中始终保持不变。水在沸腾过程
中，虽然温度保持不变，但需要用酒精灯持续加
热，说明水在沸腾过程中不断吸热。
液体在沸腾过程中都保持一定的温度，这个
温度叫做沸点。不同的液体，沸点不同。
自主活动
用注射器吸入适量80 ℃左右的水，用
牙签或橡皮泥将注射口堵住，然后用力向外
拉动活塞（图9-2-4），观察注射器中的水，
你看到了什么现象？如何解释这种现象？
图9-2-4 沸点与压强的关系
通过上述活动发现，压强也会影响沸腾过
程。液体上方的压强越大，沸点越高。大气压强
随着海拔高度的增大而减小，海拔每升高300 m，
纯水的沸点大约要下降 1 ℃。在海拔很高的地
方，水的沸点会远低于 100 ℃，导致食物难以煮
熟，所以在那些地方要用高压锅烹煮食物。
2
节
·
汽
化
和
液
化
113表9-2-1是一些常见物质在1个标准大气压
下的沸点。
第
表9-2-1 一些常见物质的沸点（1个标准大气压）
物质 沸点/℃ 物质 沸点/℃ 物质 沸点/℃
液态铁 2 861 汞 357 液态氧 -183
液态铜 2 560 水 100 液态氮 -196
液态铅 1 749 酒精 78 液态氦 -269
湿衣服晾晒后会变干（图 9-2-5），雨后的地
面也会变干，这也是水的汽化现象。这种只在液体
表面发生的汽化现象叫做蒸发，蒸发在任何温度
下都能发生。在手上擦上酒精后，擦酒精的位置
会觉得凉，这是因为酒精蒸发过程中从手上吸热。
图9-2-5 晒衣服 影响蒸发快慢的因素很多。液体的温度越
高，表面积越大，液面附近空气流通越快，蒸发
就越快。夏天，将衣服充分展开并晒在空气流通
处，衣服很快就干了。
我国沿海居民自古以来就利用海水晒制食
盐，晒盐时将海水引入盐田，经日晒风吹逐渐将
水分蒸发掉，就会得到结晶的盐。浙江省象山县、
海南省儋州市的传统海盐晒制技艺，已成为国家
级非物质文化遗产。图9-2-6是儋州的石槽盐田。
图9-2-6 儋州的石槽盐田
9
章
·
物
态
变
化
114● 什么是液化？
第
装有冰水的杯子外壁出现水珠，是空气中的
水蒸气遇冷凝结成水。物理学中，把物质从气态
变成液态的过程叫做液化（liquefaction）。萦绕
在山峰之间的云雾、花瓣上的露珠等，都是水蒸
气液化的结果。液化是汽化的逆过程。
想一想
与汽化过程吸热相反，液化过程会放热。例
如，烧开水时，壶嘴处的水蒸气除了温度高，其 戴眼镜的同学冬天
液化时也会放出大量的热，因此被水蒸气烫伤比 从室外走进温暖的屋子
被开水烫伤更严重。 里时，镜片上会起雾，
近年来，安全性高、排气污染小的天然气得 如何解释这一现象？你
到了越来越普遍的使用。天然气液化后的体积大 能再举几个液化的例
大减小，便于运输和储存。液化天然气可用专用 子吗？
船或油罐车运输和储存，从而可将天然气输送到
管道无法到达的地方。液化天然气在运抵目的地
后被重新汽化，并通过管道输送至配送公司、工
业用户和发电厂。利用液化天然气汽化过程中需
要大量吸热这一特征，还可以用于干冰制造、食
品冷冻、海水淡化等多种需要低温的地方。
STSE
利用不同液体具有不同沸点这一性质可以分离混合在一起的不同种
类液体，利用汽化可以将液体与溶解在其中的物质分离。
工业制氧技术就充分利用了不同液体的沸点差异。由于空气中含有
约 21% 的氧气，是一种成本很低而又很容易得到的制氧原料。在制氧
过程中，先通过降温和加压使空气液化，然后再适当升温。由于液态氮
的沸点比液态氧的沸点低，因此液态氮先发生汽化，剩下的就主要是液
2
节
·
汽
化
和
液
化
115态氧了。
第
现代的废水处理技术利用了汽化原理。用蒸发器将废水中的水转变
为水蒸气，留下沸点较高的污物，一方面可以减少需要运转的废物量，
另一方面也可从废水中回收有用的副产品。
练一练
1. 如果将酒精作为温度计的测温物质，能否测量沸水的温度？
2. 夏天，冰镇饮料的瓶子外壁会出现水珠，这个过程会使瓶中饮
料的温度 ，原因是 。
3. 沸腾的水上方会出现白色的雾气，这是如何形成的？露天温泉
的上方也常常有白雾缭绕，但温泉的水并没有沸腾，这白雾又是如何
形成的？
主题学习：分子热运动与物态变化2
在保鲜袋中倒入少量酒精，将多余空气挤出，并将袋口扎紧使其
不漏气。将保鲜袋浸入热水中，你会看到保鲜袋渐渐鼓起。（活动中
注意避免烫伤。）
（1）除了保鲜袋中残余空气受热膨胀外，导致保鲜袋鼓起的原因
还有哪些？
（2）热水温度升高，酒精分子运动剧烈程度如何变化，为什么？
（3）如果热水的温度足够高，你还能看到酒精发生了沸腾，这是
为什么？
9
章
·
物
态
变
化
116第
3
图9-3-1 冰的熔化 第 节
熔化和凝固
寒冷的冬季，屋顶上的积雪化成的水，在从
屋檐滴下来的过程中，因为环境温度低，部分水
凝成了冰锥，而冰锥下方又有冰化成的水滴下来
（图 9-3-1）。这个过程中，水在固态和液态之间
相互转变。那么物质在固态和液态之间转变的过
程有什么特点吗？
● 什么是熔化？
夏天，将冰箱里的冰块放到室温环境下，冰
会逐渐化成水；在铸造金属构件时，往往将固态
的金属变成液态的金属后，再进一步加工。物理
学中，把物质从固态变成液态的过程叫做熔化
（melting）。
3
节
·
熔
化
和
凝
固
117自主活动
第
将海波（硫代硫酸钠晶体）放入试
管中，把温度传感器插入其中，并将试
管放入远红外加热器中（图 9-3-2）。启
动远红外加热器，直至试管中的海波完
全熔化成液体。用石蜡重复上述实验。
持续观察物质的状态变化，并比较两次
实验中计算机采集的温度随时间变化的
图像。 图9-3-2
物质在熔化过程中的温度变化
实验发现，海波在熔化过程中温度保持不
变，完全熔化后温度才继续升高。
(cid:3836)(cid:2413)/℃
对于海波这类固体而言，只有被加热到某一
D
B C
(cid:4059)(cid:4000)
确定温度时，熔化才开始发生。物质在熔化过程
A 中吸热，但温度保持不变，这个温度叫做熔点。
O (cid:3119)(cid:6956)/min 具有熔点的固体叫做晶体。晶体达到熔点后
图9-3-3 继续吸热，就会变成液体。晶体熔化时温度的变
晶体熔化时的温度变化曲线 化曲线如图9-3-3所示。
表 9-3-1 是一些常见物质在 1 个标准大气
压下的熔点。
表9-3-1 一些常见物质的熔点（1个标准大气压）
物质 熔点/℃ 物质 熔点/℃ 物质 熔点/℃
钨 3 414 金 1 064.2 固态酒精 -114.1
铂 1 768.2 铝 660 固态氮 -210
铁 1 538 冰 0 固态氧 -218.8
铜 1 084.6 固态汞 -38.8 固态氢 -259
9
章
·
物
态
变
化
118石蜡、黄油、巧克力等持续受热将不断软
化，并呈现出流动性，最后完全熔化成液体。在
第
此过程中，它们的温度不断升高。这类没有熔点
的固体叫做非晶体。玻璃也是一种典型的非晶
体，各种形状的玻璃制品，就是利用玻璃在熔化
过程中逐渐软化的特点制作的（图9-3-4）。
图9-3-4 制作玻璃制品
● 什么是凝固？
寒冬，河面的冰，屋檐下挂着的冰锥，是水
遇冷形成的。物理学上，把物质从液态变成固态
的过程叫做凝固（solidification）。物质在凝固时
放热。
熔化成液态的晶体在温度降至熔点后会重
新凝固，凝固过程中物质不断放热但温度保持不
变，物质呈固、液共存的状态，直至完全凝固。
所以，晶体的凝固点与它的熔点相同。
非晶体既没有熔点，也没有凝固点，在凝固
过程中温度不断下降。凝固是熔化的逆过程。
人类很久以前就学会了利用物质的熔化和
凝固来制作各种生产生活用品。我国自夏朝末期
3
节
·
熔
化
和
凝
固
119至秦汉时期制作的青铜器，就是将熔化的合金浇
注入模具里凝固成器，脱模后清理、打磨而制成
第
的。商周时期的三羊尊（图 9-3-5）等青铜铸件
说明我国人民很早就掌握了精湛的铸造技艺。
图9-3-5 三羊尊
拓展 视野
除了固态、液态、气态以外，还有一种物质的状态常常被称为“物质
的第四状态”。当气体中的原子发生电离时，电子从原子中分离出来，形成
一种由带正电的粒子（离子）和带负电的粒子（电子）构成的电离气体，
这种气体被称为等离子体。等离子体像气体一样，既没有确定的形状，也
没有确定的体积。不过，由于等离子体是由带电粒子构成的，因此能够导
电，并能与电磁场发生相互作用。
恒星（包括太阳）、彗尾、极光、闪电、地球电离层、焊接电弧等，都
是等离子体。在日常生活中，我们看到的霓虹灯和荧光灯，也是由于灯管
中的低压气体形成了等离子体而发光的。
等离子体的应用极为广泛，在计算机芯片、航空航天、汽车、钢铁、
生物医学、纺织、光学、环境保护等方面均有重要应用，材料的等离子处
理已成为一项关键技术。
练一练
1. 0 ℃ 的冰是否一定熔化，为什么？
9
章
·
物
态
变
化
1202. 将某种金属块放入15℃的水中，金属块没有熔化；将该金属块
第
放入45℃的水中，发现金属块逐渐熔化。该金属的熔点可能是（ ）。
A. 10℃ B. 30℃ C. 50℃ D. 60℃
3. 汽车发动机中加入防冻液，以防止气温很低时冷却液结冰而导
致发动机气缸被冻坏，其主要作用是 冷却液的凝固点。
主题学习：分子热运动与物态变化3
如图9-3-6（a）所示，将一根冰柱两头架起，将一根两头各悬挂
一重物的细线挂在冰柱中间，细线会逐渐嵌入冰柱［图 9-3-6（b）］，
最后会穿过冰柱，而冰柱上虽然有细线穿过留下的痕迹，但冰柱并没
有断开。
（1）水凝固成冰后失去了流动性，这是否意味着冰中的水分子不
再运动？
（2）细线穿过前后，冰柱上留下切痕处的分子间作用力（ ）。
A. 一直变小 B. 一直变大
C. 先变小后变大 D. 先变大后变小
（3）研究表明，压强也会影响熔点的高低。分析悬挂细线处的冰
的熔点变化及原因。
（a） （b）
图9-3-6
3
节
·
熔
化
和
凝
固
121第
4
图9-4-1 菜品周围的白雾效果 第 节
升华和凝华
冰淇淋蛋糕包装盒周围用于保鲜的干冰没
有变成液体就直接消失了；在舞台上和一些精致
的菜品周围，有时也会用干冰营造出白雾效果
（图9-4-1）。你知道造成这些现象的原因吗？
● 什么是升华？
自主活动
在大试管中加入固态碘，塞紧塞子后，微微加热试管，你会看到什
么现象？
固态的碘受热后变成了气态的碘。物理学
中，把物质跳过液态，从固态直接变为气态的过
程叫做升华（sublimation）。在寒冷的冬季，晾
9
章
·
物
态
变
化
122在室外的湿衣服会结冰，但结冰状态下也能晾
干，就是因为冰升华变成了水蒸气。
第
升华过程需要吸热。干冰就是固态的二氧化
碳，它在升华过程中会大量吸热，使周围空气的
温度降低，导致空气中的水蒸气液化成小水滴，
就是图9-4-1 中的白雾。
在日常生活中，有不少升华的现象。放在衣
柜里的樟脑球发生升华，逐渐变小；放在卫生间
里的固体空气清新剂（图 9-4-2）也会因为升华
图9-4-2 固体空气清新剂
而体积逐渐变小。
食品工业中的冷冻干燥技术是先冷冻食材，
然后降低压强将其中的水从固态升华为气态。这
样制成的冻干食品（图 9-4-3）可以最大限度地
保持食材的品质和形状，并且可长期保存。现代
冻干技术在制药行业和疫苗生产领域也发挥了重
大作用，它保证了医药制品结构的完整性以及长
期保存的可能性。 图9-4-3 冻干食品
● 什么是凝华？
将有碘蒸气的试管冷却一段时间后，发现试
管中逐渐形成紫色的结晶，这是气态的碘遇冷变
成了固态的碘。物质从气态直接变成固态的过程
叫做凝华（deposition），是升华的逆过程。凝华
过程会放热。
寒冷的夜间，水蒸气遇冷凝华，在植物上形
成小冰晶，那就是霜（图 9-4-4）。刚从冰箱里
拿出来的棒冰上的一层“白霜”、空中飘下的雪
花，也都是空气中的水蒸气凝华而成的。
4
节
·
升
华
和
凝
华
123第
图9-4-4 植物上的霜
在印刷行业中，染料升华印刷技术将染料先
升华为气态，再凝华到印刷的材料上。利用这种
技术印刷的图案不易脱落变形，而且印刷过程非
常迅速，不产生任何废水排放。
拓展 视野
物态变化可以用分子动理论来解释。分子之间存在间隙，为了使气体
液化或凝华，就要减小气体分子之间的距离，这可以通过降低温度和增大
压强来实现。当温度降低时，气体分子的运动速度减小，它们无法抵抗分
子间的吸引力，会越来越靠近，最后变成液体或固体。另一方面，如果温
度不太高，压缩气体，使气体压强增大，气体分子彼此靠近，在达到一定
压强后，气体也会变成液体或固体。又如，液体在低于沸点的温度下不断
蒸发，这是因为液体中的分子都在不停地做无规则运动，总会有一部分分
子从液体的表面逃逸出去。
● 水循环中有哪些物态变化？
地球上的水循环始于约 38 亿年前，来自太
阳的能量为水循环提供了动力，地球的引力则阻
止了大气中的水离开地球，从而最终形成了现在
地球上稳定的水循环。整个地球水循环过程可以
大致分为四个阶段（图9-4-5）。
9
章
·
物
态
变
化
124第
图9-4-5 自然界中的水循环
河流、湖泊、海洋和地表的水会蒸发形成水
想一想
蒸气，水蒸气上升到大气中。也有少量雪和冰通
过升华直接转变为水蒸气。空气中的水蒸气在上
图9-4-6表明了物
升过程中冷却液化，变回液态水，形成了云。有 质在三种状态之间的相
少量水蒸气通过凝华形成霜。当云层变得越来越 互转变，试举例说明水
厚重时，在地球引力作用下，水以雨（或雪）的 循环中的物态变化。
形式落回地球。大部分雪和冰熔化成水，大部分
液 态
雨滴落在海洋中。落在陆地上的雨滴流入河流和 化
汽
熔
固 化
湖泊，再度汇入海洋。在这个过程中，也会有一 凝 液
化
部分水渗透到土壤中，作为地下水存在于地下。
地球表面的这些水继续蒸发，循环再次开始。 固 态 气 态
升华
虽然地球上 70% 以上的面积被水覆盖，但
凝华
其中只有 3% 是淡水，其余都是咸水。不仅如
图9-4-6
此，我们比较容易获得的地表淡水仅占所有淡水
三种状态相互转变
的 1%，绝大部分淡水蕴藏在冰川、雪原、地下
的土壤和岩石中（图 9-4-7）。而且，可用的地
表淡水在世界各地的分布很不均衡，世界上大约
五分之一的人口生活在缺水地区，难以获得清洁
4
节
·
升
华
和
凝
华
125的生活用水。由于人口增长、城市化和工业化、
全球变暖导致的气候变化和过度用水、污染等问
第
题，世界上越来越多的地区和国家都面临着水资
源短缺的危机。水资源危机会带来农业、环境、
安全等各方面的问题。目前，世界各国都意识到
了水资源危机的严重后果，并开始采取行动，提
出越来越多的解决方案，例如废水再利用、密切
监测地下水水位等。我国在推进水资源集约节约
利用方面正在作出积极的努力。
图9-4-7 地球上的水资源
练一练
1. 在冷冻食物中用干冰代替普通冰块制冷有哪些好处？
2. 干冰能否保存在家用冰箱的冷冻室里，为什么？
3. 将空气清新剂揭去盖子和密封纸，每天观察盒子里的固体空气
清新剂，你看到的现象是 ，你对这一现象的解释是 。
4. 地球上的水不断地在固态、液态、气态之间转变，但总量是
不变的，因此只要现在地球上的水足够人类使用，以后也就不会有问
题。这种说法对吗？
9
章
·
物
态
变
化
126回顾与复习
回
顾
本 章 小 结
与
复
习
基本概念和基本规律
●
温度：宏观上是表示物体冷热程度的物理量，微观上是表示物
质分子无规则运动剧烈程度的物理量。
●
分子动理论：常见的物质是由大量分子、原子构成的；分子都在
不停地做无规则运动；分子之间存在着相互作用力。
●
汽化：物质从液态变成气态的过程。
●
液化：物质从气态变成液态的过程。
●
熔化：物质从固态变成液态的过程。
●
凝固：物质从液态变成固态的过程。
●
升华：物质从固态直接变成气态的过程。
●
凝华：物质从气态直接变成固态的过程。
知识结构图
分子
温度 物态变化
热运动
汽化与液化 熔化与凝固 升华与凝华
吸热 吸热 吸热
（ ） （ ） （ ）
液态 气态 固态 液态 固态 气态
放热 放热 放热
127本 章 练 习
第
1. 液体温度计中，常装有汞、酒精、煤油等，但从来不用水，你
知道这是为什么吗？
2. 泡茶时茶香四溢，这个过程中发生的是 现象。通常用开
水泡茶，而不用凉水泡茶的原因是 。
3. 哪些物态变化过程是放热的？哪些物态变化过程是吸热的？
4. 水烧开时冒出的白雾和夏天冰淇淋周围的白雾是同一种物质
吗？它们形成的原因一样吗？
5. 图 1 是某种物质加热过程中温度随时间变化的曲线。该物
质是 （ 选填“晶体”或“非晶体”）。它在 O 到 A 之间处于
，在 B 到 C 之间处于 ，在 D 到 E 之间处于 ，
它在 A 到 B 之间经历的物态变化过程为 ，在 C 到 D
之间经历的物态变化过程为 。
图1
6. 有一种制造干冰的方法是先将二氧化碳加压变成液态，然后使
其在密闭容器中迅速恢复到正常压强，在这个过程中，有一部分液态
二氧化碳变成气态，但还有大约 46% 的二氧化碳会冻结成干冰。为
什么它们没有全部变成气态呢？
7. 在水资源贫乏地区普遍采用的一种农作物灌溉方式是“滴灌”。
9
章
·
物
态
变
化
128试查阅资料，说明为什么滴灌技术可以节水。除了滴灌以外，农业生
回
产中还有哪些节水措施？
顾
与
复
主题学习：分子热运动与物态变化4
习
获得饮用水是荒野求生的基本技能
之一。图2是在野外得到饮用水的一种
方法：在地上挖一个洞，在洞中间放一
个容器，并在容器周围堆放一些植物叶
子，在这个洞的上方覆盖一张塑料布，
图2
四周用石块压住，并在塑料布中间放一
块小石头。过一段时间后，容器中就会出现干净的水。
（1）这种方法利用了哪些原理？
（2）小石头、植物叶子和塑料布分别起到了什么作用？
（3）这种方法在温度较高的情况下效果更好还是在温度较低的情
况下效果更好？试解释原因。
129后 记
本教材根据教育部颁布的《义务教育物理课程标准（2022年版）》编写。
本教材的编写借鉴了上海市“二期课改”教材的经验和研究成果。孙昌璞
院士为本教材撰写了序言。在编写的各个阶段，蒋平教授、冀敏教授、陈树德
教授审阅了书稿。编写过程中，上海市课程教育教学研究基地（中小学课程方
案基地）、上海市心理教育教学研究基地、上海基础教育教材建设重点研究基
地和上海市物理教育教学研究基地等上海高校“立德树人”人文社会科学重点
研究基地给予了大力支持。在此一并致谢！
本教材出版之前，我们就教材中使用的照片、图片等选用作品，通过多种
途径与作者进行了联系，得到了他们的大力支持，在此表示衷心的感谢！对于
未联系到的作者，我们也希望作者能及时联系出版社，以便支付相应的稿酬。
欢迎广大师生来电来函指出教材中的差错和不足，提出宝贵意见。
联系方式：
联系电话：021-64848025
电子邮箱：jc@sstp.cn声明 按照《中华人民共和国著作权法》第二十五条有关规定，我们已尽量
寻找著作权人支付报酬。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。
本册教材图片提供信息：
本册教材中的图片由视觉中国、IC photo、中国载人航天工程办公室、中
国图片社、上海飞果信息技术等提供。沪科版物理2024.indd 4 2024/11/22 上午11:26
