浮力計算題解決方法及思考分析

甘肅省華亭縣職教中心(744100)

馬興忠●

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浮力計算題解決方法及思考分析

甘肅省華亭縣職教中心(744100)

馬興忠●

初中物理浮力部分在力學中占有重要地位，而浮力計算是浮力部分的重點和難點，也是中考必考的重點內(nèi)容，總結(jié)浮力計算題的解題方法，教會學生如何正確思考，綜合運用各種方法解題，更好地服務于教學，這是非常必要的.

解題方法;思考分析

初中物理浮力部分在力學中占有重要地位，而浮力計算是浮力部分的重點和難點，也是中考必考的重點內(nèi)容，它牽扯到重力、浮力、彈簧測力計示數(shù)三者的關系，還需綜合應用阿基米德原理、物體浮沉條件解決與浮力有關的問題，為此，及時總結(jié)解決方法，思考解題思路，靈活運用方法解題，才能達到事半功倍的效果.下面就自己在教學中總結(jié)的一些解題方法，寫出來與大家共同探究.

一、 壓力差法

知道物體浸沒在液體里上下表面壓力或知道物體上下表面距離液面的深度及上下表面的表面積，可利用F浮=F上-F下計算浮力.這個公式主要用于闡明浮力產(chǎn)生的原因、推導阿基米德原理的計算公式、或進行簡單填空、選擇計算.

1.推導公式

如圖1，邊長為a的正方體浸入水中，上表面距液面h1米，下表面距液面h2米，求物體所受浮力.

思考 正方體六個面全部浸沒在液體中，前后兩面處于同一深度，左右面處于同一深度，故前后兩面與左右兩面所受壓力相等，相互抵消，只有上下兩面所處深度不同，上表面深度小，壓強小，下表面深度大，壓強大，根據(jù)F=PS=ρghs存在壓力差，這個壓力差就是浮力，故：F浮=F上-F下=ρgh2a2-ρgh1a2=ρg(h2-h1)a2=ρga3=ρgV排.

2．直接應用

某一正方體，浸沒在水中某一深度處，受到的浮力是25N，物體上表面受到水向下的壓力是19.8N，則下表面受到水向上的壓力是 ____ N；若物體下表面受到的壓力增大，則這物體受到的浮力將____(填“增大”、“減小”或“不變”)

解 由F浮=F向上-F向下, 得F向上=F浮+F向下=25N+19.8N=44.8N, 物體未露出液面時，浮力不變.

二、稱重法：(F浮=G物-F拉)

知道物體在空氣中彈簧秤的讀數(shù)和液體中彈簧秤的讀數(shù)，可利用此公式計算.

例 小木塊在空氣中稱時，彈簧測力計讀數(shù)是3.8N，在水中時彈簧測力計讀數(shù)是2.9N，則小木塊在水中受到的浮力是多少N？根據(jù)F浮=G物-F拉=3.8N-2.9N=0.9N.

可直接計算出浮力.

三、原理法

根據(jù)F浮=G排=ρ液gV排只要知道液體密度ρ液和V排就能計算出物體所受的浮力.

例 體積為500cm3的物體，有2/5的體積浸在水中，它受到的浮力為多少N；若把它全部浸沒在煤油中，受到的浮力為多少N？(ρ煤油=0.8×103kg/m3，g取10N/kg)

四、平衡法：F浮=G物

a．當物體在液體中處于漂浮或懸浮時，所受浮力等于物體的重力，即 F浮=G物

b.物體在液體中下沉到底部時，所受浮力等于物體的重力與所受支持力之差，即 F浮=G-F支

例 有一體積是0.5cm3的木塊，投入水中穩(wěn)定時受到的浮力是多少？(ρ木=0.6×103kg/m3、g取10N/kg)

思路分析 明確條件與問題，特別是問題：求木塊穩(wěn)定時受到的浮力

思考：在什么情況下物體處于穩(wěn)定狀態(tài)？不穩(wěn)定狀態(tài)下木塊停留的位置？

思考后明確：木塊穩(wěn)定時停留在何處，是由其所受的重力和浮力決定的.若G≥F浮最大則木塊將穩(wěn)定在水面下或露出水面；若GG,∴木塊浸沒在水中將上浮，直至穩(wěn)定在水面上，屬于漂浮狀態(tài)，木塊漂浮在水面上時，F(xiàn)浮′=G=3N

方法(2)利用ρ木<ρ水，直接確定為漂浮狀態(tài)，根據(jù)F浮=G物計算浮力.

五、綜合法

綜合法就是綜合運用上述四種方法中的其中幾種方法來解答較為復雜的浮力問題計算題，只要認真分析，靈活應用，就能使問題迎刃而解.

例 如圖2所示，重0.9N的物體浮在液面上時，露出水面的體積為25cm3，若對該物地體施加0.3N的豎直向下的力時，該物體剛好全部浸入水中，求：(1)液體的密度;(2)物體的密度.

思考分析 物體浮在水面上時，物體所受浮力等于重力.(1)F浮=G=G排1=ρ液gV排1=ρ液gV浸.物體全部壓入液體時，物體受到向下的壓力F和重力G的合力等于物體受到向上的浮力F浮2.(2) F浮2=F壓+G=G排2=ρ液gV排2=ρ液gV物.

由(1)、(2)式可以看出物體增大的浮力F′等于向下的壓力.(3)F′=G排′=ρ液gV露.由(3)式可直接求出液體密度，由(2)式可求出物體的體積，從而求出物體的密度.物體重G=0.9N, V露=25cm3=2.5×10-5m3.壓力F′=0.3N代入(3)式可求ρ液解答：F′=F浮′=G排′=ρ液gV露,即0.3N=ρ液×10N/kg×2.5×10-5m3得ρ液=1.2×103kg/m3.

物體全沒入時，向下的壓力和重力之和等于物體向上的浮力 F+G=F浮=G排=ρ液gV排,即0.3N+0.9N=1.2×103kg/m3×10N/kg×V排,得V物=V排=10-4m3,ρ物=m物/V物=G/(V物g)=0.9N/(10N/kg×10-4m3)=0.9×103kg/m3.

從上述解答及分析看，浮力問題千變?nèi)f化，但萬變不離其蹤，只要學生能按照上述方法認真審題，細心分析，就能攻克浮力計算這個難關.

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