淺析浮力的計(jì)算方法及其應(yīng)用

鄧海波

【關(guān)鍵詞】 物理教學(xué)；浮力；浸入；浸沒(méi)；計(jì)算方法

【中圖分類號(hào)】 G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 1004—0463（2016）04—0124—01

浮力知識(shí)對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，要掌握好可不是件容易的事，特別是對(duì)浮力的計(jì)算，有相當(dāng)一部分同學(xué)覺(jué)得困難重重，究其原因就是沒(méi)有吃透教材內(nèi)容及沒(méi)有掌握計(jì)算浮力的方法，下面筆者就談個(gè)人的一點(diǎn)看法.

一、理解概念，打下基礎(chǔ)

浸入液體或氣體中的物體受到液體或氣體對(duì)它豎直向上拖的力，這個(gè)力叫浮力.“浸入”包含兩方面的意義：一是物體全部浸入，即浸沒(méi)或沒(méi)入，此時(shí)排開(kāi)液體的體積等于物體體積，即V排= V物；二是物體部分浸入，此時(shí)排開(kāi)液體體積小于物體體積，即V排

二、吃透教材內(nèi)容，歸納計(jì)算方法

以人教版八年級(jí)物理下冊(cè)為例，浮力知識(shí)在第十章，分三節(jié)內(nèi)容，分別為“浮力”、“阿基米德原理”、“物體浮沉的條件及應(yīng)用”，每一節(jié)內(nèi)容包含哪些計(jì)算方法呢？下面逐一分析.

1. 稱重法.在第一節(jié)中，教材第50頁(yè)圖10.1-2是一個(gè)測(cè)量鋁塊浸入水中時(shí)所受浮力的演示實(shí)驗(yàn)裝置圖.其中甲圖為彈簧測(cè)力計(jì)在空氣中測(cè)得鋁塊的重力，即物重，用G表示；乙圖為鋁塊浸入水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)，即視重，用G/表示.教材中有這樣一段表述：從以上實(shí)驗(yàn)可以看到，鋁塊浸入水中時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變小了，這說(shuō)明浸入水中的鋁塊受到浮力的作用，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的減小值，就是浮力的大小.用自己的語(yǔ)言表述為：用彈簧測(cè)力計(jì)分別測(cè)出物體在空氣中和在水中時(shí)的讀數(shù)G和G/，兩者讀數(shù)之差就等于浮力，于是可得到計(jì)算浮力的公式

F浮=G-G/

2. 壓力差法.同樣是第一節(jié)，教材第50頁(yè)圖10.1-3分析浮力產(chǎn)生的原因時(shí).物塊上表面受到水對(duì)它的壓力為F1，下表面受到水對(duì)它的壓力為F2.教材中有這樣一段表述：液體對(duì)長(zhǎng)方體向上的壓力F2大于液體對(duì)它向下的壓力F1.浸沒(méi)在液體中的物體，其上、下表面受到液體對(duì)它的壓力不同，這就是浮力產(chǎn)生的原因.換句話說(shuō)，液體對(duì)物體上下表面的壓力差就是浮力，于是有F浮=F2-F1.

3. 阿基米德原理法.在教材第二節(jié)中，通過(guò)對(duì)第54頁(yè)圖10.2-2的演示并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析以及大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開(kāi)液體所受的重力.這就是阿基米德原理，用公式表示就是F浮=G排=ρ液V排g.

4. 平衡法.在教材第三節(jié)，對(duì)物體的浮沉條件的三種狀態(tài)（圖10.3-1）都可以找到相應(yīng)的計(jì)算方法（物體浸沒(méi)在液體中）.

①物體漂浮時(shí).當(dāng)浮力大于重力時(shí)，物體上浮，但最后將漂浮，物體保持平衡狀態(tài)，此時(shí)物體受到的浮力將等于其重力，即有F浮=G，物體排開(kāi)液體的體積小于物體的體積，即V排

②物體懸浮時(shí).當(dāng)浮力等于重力時(shí)，物體受力平衡，可以懸浮在液體內(nèi)任何位置.由二力平衡知識(shí)可知，F(xiàn)浮=G，此時(shí)的隱含條件是物體排開(kāi)液體的體積等于物體的體積，即V排=V物.

③物體沉底時(shí).當(dāng)浮力小于重力時(shí)，物體將下沉，最后將沉入容器底部保持平衡狀態(tài).此時(shí)物體受到重力G、浮力F浮及容器底對(duì)它的支持力N三個(gè)力的作用，于是有F浮+N=G，即F浮=G-N.

以上4種計(jì)算浮力的方法都在教材中可以找到，但是，教材中沒(méi)有全部給出計(jì)算浮力公式，這就要求教師在授課時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生一起歸納總結(jié)，并用公式的形式表示出來(lái)，以便學(xué)生吃透教材，掌握計(jì)算方法.

三、掌握方法，靈活運(yùn)用

在以上四種計(jì)算方法中，并不是每一道題都能全部用上，一般來(lái)說(shuō)是一道題用一種方法，但也有一些題要用上兩種甚至兩種以上的方法，要具體問(wèn)題具體分析.

例1 彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上掛著一個(gè)重量為1N的鉤碼，當(dāng)鉤碼進(jìn)入水中，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為0.87N，這個(gè)鉤碼受到的浮力有多大？

解析：題中告訴了鉤碼的重力G=1N，且知道了鉤碼浸入水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為0.87N，即視重為G/=0.87N，因此此題適用稱重法，故有F浮=G-G/=1N-0.87N=0.13N.

例2 如下圖所示，體積為V=200cm3的木塊在繩子的拉力F=0.8N的作用下完全浸沒(méi)在水中，g=10N/kg， ρ水=1.0×103kg/m3，繩子重力不計(jì)，求：

（1）木塊此時(shí)受到的浮力.

（2）木塊的重力.

解析（1）由阿基米德原理法可得F浮=G排=ρ液V排g=ρ液V物g=1.0×103kg/m3×200×10-6m3×10N/kg=1N

（2）物塊在拉力作用下保持平衡狀態(tài)，由平衡條件可知：G+F=F浮，所以G=F浮- F=1N-0.8N=0.2N.

編輯：謝穎麗