把握規(guī)律，浮力不“浮”

吳　優(yōu)

浮力是初中物理難度較大而又重要的內(nèi)容，涉及的概念多、知識(shí)廣，與密度、物體的平衡條件、壓強(qiáng)等知識(shí)聯(lián)系密切，因此在中考中一直是命題的熱點(diǎn)。筆者分析了多年來中考中有關(guān)浮力的題目的發(fā)展變化，以期幫助同學(xué)們把握有關(guān)浮力的試題的一些規(guī)律，提高復(fù)習(xí)的針對(duì)性。

一、考查浮力大小的決定因素

浮力大小的決定因素是一個(gè)較為簡單的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生很容易記住結(jié)論——浮力大小只由排水量的多少和液體密度決定，但在解題時(shí)卻容易受到原有錯(cuò)誤觀點(diǎn)的影響，總感覺漂浮的物體比沉底的物體所受浮力更大。因而浮力大小的決定因素既是一個(gè)常規(guī)考點(diǎn)，也是一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)，中考中經(jīng)常更換試題背景，重復(fù)考查這一知識(shí)。

例1（2006·浙江）某同學(xué)幫實(shí)驗(yàn)室老師搞衛(wèi)生，在清洗甲、乙兩個(gè)體積相等的球時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們在水中靜止后處于如圖1所示的狀態(tài)，這時(shí)甲球受到的浮力______乙球受到的浮力。（選填“大于”、“等于”或“小于”）

提示：由于甲、乙兩球體積相等，則懸浮的乙球排水量大于漂浮的甲球，所以乙球受到的浮力更大。

例2（2007·成都）兩手分別拿著一個(gè)小木塊和一個(gè)大石塊，把它們都浸沒到水中，同時(shí)松開手，小木塊上浮，大石塊下沉，受到浮力大的是（）

A． 小木塊 B． 大石塊

C． 一樣大 D． 不能確定

提示：對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)不牢固的同學(xué)來說，“下沉”是一個(gè)很具迷惑性的陷阱。很多同學(xué)往往將此等同于“不受浮力”，從而得出錯(cuò)誤結(jié)論。解決此題的關(guān)鍵同樣在于抓住石塊的排水量較大，得出正確答案為B選項(xiàng)。

例3（2008·長春）小明用質(zhì)量忽略不計(jì)的薄塑料袋裝滿水，并用細(xì)線扎住袋口，稱出水的質(zhì)量是0.6 kg，則水的重力是________N（g取10 N/kg）。若用一根能承受1～2 N拉力的頭發(fā)絲系在袋口上，用手托住塑料袋并浸沒水中，提起頭發(fā)絲并松開托住袋子的手，頭發(fā)絲_______斷（選填“會(huì)”或“不會(huì)”），原因是_______________。

提示：本題的新穎之處在于雖然是考查浮力大小的決定因素，但比較的是排開水的體積和物體自身的體積。由于均由同種物質(zhì)構(gòu)成，所以等體積的情況下浮力就等于物體的重力，無論承重能力是多少，頭發(fā)絲都不會(huì)斷。

分析：以上各小題都是考查浮力大小的決定因素，注重基礎(chǔ)。但考題的物理模型逐年翻新，由例1的圖形干擾到例2的情景置疑，再發(fā)展到例3在浮力平衡了重力的情況，巧妙利用非常規(guī)承重物設(shè)置難度。今后的中考中，有關(guān)浮力的決定因素的考題將以更新穎的形式出現(xiàn)。

二、物體的浮沉條件

物體的浮沉條件是浮力部分的核心內(nèi)容，涉及到二力平衡和密度等知識(shí)，本身就具有很強(qiáng)的縱深能力，于是在中考試卷中逐漸地活躍起來，成為主導(dǎo)浮力與其他知識(shí)綜合的載體。這部分內(nèi)容是以選擇、填空等客觀性試題設(shè)計(jì)展現(xiàn)。

例1（2007·廣州）同一只雞蛋先后放入甲、乙兩杯不同濃度的鹽水中，雞蛋在甲杯處于懸浮狀態(tài)，如圖2甲；在乙杯處于漂浮狀態(tài)，如圖2乙。可以肯定的是（）

A. 甲杯鹽水密度比乙杯鹽水密度小

B. 甲杯鹽水密度比乙杯鹽水密度大

C. 甲圖雞蛋受到的浮力比乙圖雞蛋受到的浮力小

D. 甲圖雞蛋受到的浮力比乙圖雞蛋受到的浮力大

提示：此題考查物體浮沉條件中的受力條件和密度條件。物體漂浮和懸浮時(shí)浮力都等于重力，所以同一雞蛋在甲、乙兩杯中所受浮力相同；又因?yàn)槠〉奈矬w密度小于液體密度，懸浮的物體密度等于液體密度，所以正確選項(xiàng)為A。

例2（2008·黃石）一裝有水的杯中飄浮有一塑料塊，如圖3所示。沿杯壁緩慢加入酒精并進(jìn)行攪拌，使塑料塊下沉。在此過程中，塑料塊受到的浮力F隨時(shí)間t的變化圖象可能是圖中的（）（已知它們的密度關(guān)系是ρ 提示： 一個(gè)密度小于水的物體漂浮在水中時(shí)，它所受到的浮力等于它的重力。加入密度更小的酒精后，物體逐漸下沉，在完全浸沒之前都是漂浮狀態(tài)，因此此階段浮力不變，排除A選項(xiàng)。完全浸沒之后排水量不變，但液體密度減小，此階段浮力減小，排除D選項(xiàng)。下沉后的物體也受到浮力，故正確結(jié)論為B選項(xiàng)。

例3（2008·寧夏）一艘輪船從海里駛?cè)牒永?，下列說法正確的是（）

A． 輪船所受浮力變小

B． 輪船所受浮力變大

C． 輪船排開液體的體積變小

D． 輪船排開液體的體積變大

提示：輪船總是處于漂浮狀態(tài)，所以受到的浮力不變。由于從海里到河里后，液體的密度減小，要保持浮力不變就要增大排水量，所以正確的選項(xiàng)為D。

分析：浮沉條件一直是中考物理中的熱點(diǎn)，命題者常更換命題角度以保持試題的“新穎”。在以上三例中，第一題是利用同一物體在不同液體中的浮沉狀態(tài)來比較液體密度，第二題是以改變液體密度來分析同一物體的受力情況和狀態(tài)，第三題是利用漂浮的物體所受浮力不變和液體密度的改變來判斷排水量的變化，其考查實(shí)質(zhì)都是物體在液體中所受浮力與液體密度的關(guān)系。由此可見，中考中浮沉條件問題將繼續(xù)演化發(fā)展。我們復(fù)習(xí)時(shí)要牢牢抓住住基本點(diǎn)，做到以不變應(yīng)萬變。

三、浮力大小與浸沒深度的關(guān)系

例1（2006·浙江）如圖4所示，將漂浮在水面上的木塊緩慢向下壓，當(dāng)木塊全部浸入水中后仍繼續(xù)向下壓一段距離，在整個(gè)過程中，木塊所受的浮力（）

A． 先變大后變小

B． 先變大后不變

C． 先不變后變大

D． 先變小后變大

提示：此題分為兩個(gè)階段，第一階段是在物體浸沒之前，隨著排水量的增多浮力變大；第二階段是浸沒之后深度增加，但排水量不變，因浮力大小與深度無關(guān)，故正確選項(xiàng)為B。

例2（2008·湖北）一長方體鐵塊按圖5甲所示，從下表面與液面剛剛接觸處下放至圖中虛線位置。能大致反映鐵塊下降過程中所受浮力的大小F浮與鐵塊下表面浸入液體深度h深關(guān)系的圖象是（）

提示：與上題相似，本題的分析也分為兩個(gè)階段，只是結(jié)論由文字?jǐn)⑹鲎優(yōu)閳D形語言，答案為D選項(xiàng)。

分析：浮力的大小與深度無關(guān)，是浮力部分很基礎(chǔ)的知識(shí)，命題的范圍不是很大，模型也較為單一，歷年來的中考中考查的次數(shù)十分有限。預(yù)計(jì)在中考題型越來越多元化、強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際的趨勢下，浮力與深度的關(guān)系的題目將在中考中漸行漸遠(yuǎn)。

四、浮力的計(jì)算

例1（2006·鎮(zhèn)江）據(jù)報(bào)道，某市圖書館白天停水，由于管理人員的疏忽，水龍頭處于打開狀態(tài)，排水口被塞子堵住，夜里水通了，水池里的水很快溢出，漫延至圖書館各處，造成很大的損失。小明同學(xué)是學(xué)校圖書館的義務(wù)管理員，看了這則報(bào)道后，動(dòng)手自制“自動(dòng)拔塞器”。該裝置能夠在類似情況下，自動(dòng)撥開塞子排水。小明首先在水池某處做記號(hào)，作為警戒線；然后將塞子堵住排水口，打開水龍頭放水至警戒線，用彈簧測力計(jì)向上拉塞子，當(dāng)彈簧測力計(jì)的示數(shù)為5 N時(shí)，塞子被拔出；接著把水池中的水放掉，選擇合適的空心密閉塑料瓶，調(diào)節(jié)塑料瓶與塞子間繩子的長度，向水池中重新放水，使得當(dāng)水漲至警戒線時(shí)，塑料瓶就能把塞子拔出，如圖6所示。已知塑料瓶的質(zhì)量為30 g，總體積為750 mL，g取10 N／kg，問塑料瓶排開水的體積為多大時(shí)就能將塞子拔出？

提示：本題的閱讀量較大，解題的關(guān)鍵是一個(gè)等效替代思想，也即用5 N的力可以將塞子拔出，那么需要塑料瓶產(chǎn)生的合力（浮力減重力）也就是5 N，再利用浮力的計(jì)算公式即可求出排水量的大小為530 mL。

例2（2008·黃岡）科技小組的同學(xué)用長方體泡沫塑料A、三腳架和燈泡等制作了一個(gè)航標(biāo)燈模型（如圖7），總重為4 N，A底部與浮子B用細(xì)繩相連。水位上升時(shí)，浮子B下降；水位下降時(shí)，浮子B上升，使航標(biāo)燈靜止時(shí)A浸入水中的深度始終為5 cm，排開水的質(zhì)量為500 g，浮子B重0.5 N（不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦）。求：

（1）泡沫塑料A底部受到水的壓強(qiáng)是多少？

（2）航標(biāo)燈靜止時(shí)，浮子B體積應(yīng)為多大？

提示: 此題第一問考查液體壓強(qiáng)公式，用公式p＝?籽gh即可求解出A底強(qiáng)所受壓強(qiáng)；第二問的解題關(guān)鍵在于抓住泡沫塑料A產(chǎn)生的浮力等于浮子B產(chǎn)生的浮力，從而解出浮子B的體積。

分析：以上兩題雖然圖形和物理模型完全不同，但隱含條件卻有驚人的相似，即力的平衡。一個(gè)是塑料瓶的浮力平衡水對(duì)塞子的壓力，一個(gè)是泡沫塑料的浮力平衡浮子的浮力，體積的計(jì)算并不是問題的最終目的，浮力的計(jì)算公式和二力平衡的分析能力才是此類題目真正的考查目的。例1的問題和例2的（2）問，均是這種模式的應(yīng)用。由此我們還可以進(jìn)一步看到，體積的計(jì)算大多結(jié)合二力平衡知識(shí)，這種命題的方式還將繼續(xù)延伸下去。