浮力与阿基米德原理 — AP 物理 1
1. 浮力核心概念 ★★☆☆☆ ⏱ 3 min
浮力是静止流体对部分或完全浸入其中的物体施加的净向上力。它产生的原因是流体静压强随深度增加：物体下表面受到的向上压强大于物体上表面受到的向下压强，因此产生了净向上力，称为*浮力*（$F_b$）。
Exam tip: 在AP考试中，浮力的概念题和计算题考察频率相当。要能够解释为什么完全浸没物体的浮力不随深度变化。
2. 浮力计算 ★★☆☆☆ ⏱ 3 min
根据阿基米德原理，浮力的核心公式为：
F_b = \rho_f V_d g
其中$\rho_f$ = 流体密度，$V_d$ = 排开流体的体积，$g$ = 重力加速度。对于完全浸没的物体，$V_d$等于物体总体积$V_o$；对于部分浸没的物体，$V_d$仅等于物体在液面以下的体积。
Exam tip: 解题开始时一定要标注清楚$\rho_f$（流体密度）和$\rho_o$（物体密度），避免混淆二者。
3. 漂浮物体的平衡 ★★★☆☆ ⏱ 4 min
静止漂浮的物体处于静平衡状态，因此竖直方向合外力为零。竖直方向只有两个力：向下的物体重力$W_o$和向上的浮力$F_b$，因此受力平衡可得：
F_b = W_o
代入$F_b$和$W_o$的公式，两边消去$g$，得到漂浮物体的常用关系：
\frac{V_d}{V_o} = \frac{\rho_o}{\rho_f}
Exam tip: AP考题几乎总是问*露出*液面的体积比例，不是浸没比例。答题前一定要确认题目要求的物理量。
4. 浸没物体的视重 ★★★★☆ ⏱ 4 min
当物体被悬挂并完全浸没在流体中保持静止时，它的视重（支撑它所需的力）小于实际重量，因为向上的浮力抵消了一部分物体重力。根据静平衡：
W_{app} + F_b = W_o \implies W_{app} = W_o - F_b
对于完全浸没的物体，该式可以用密度改写为：
W_{app} = W_o \left(1 - \frac{\rho_f}{\rho_o}\right)
这个关系常被用于通过测量物体在空气中的重量和在已知密度流体中的视重，求解不规则固体的密度，这是AP考试中常见的实验类考题。
Exam tip: 如果题目给出拉着浸没物体的绳子张力，该张力就等于$W_{app}$，可以直接用于受力平衡计算。
Common Pitfalls
Why: 学生经常混淆两种密度，虽然物体密度确实决定物体沉浮，但浮力计算需要流体密度
Why: 学生忘记只有中性浮力（完全浸没漂浮）才满足$V_d = V_o$，水面漂浮不满足
Why: 学生混淆了压强随深度增加和净压力差增大，对于体积固定的物体，净压力差不会改变
Why: 学生死记硬背比例，而不是通过受力平衡推导
Why: 学生忘记浮力方向向上，与重力方向相反