把握物體狀態(tài)，活用原理破題

沈建剛

【摘要】初中對(duì)于浮力知識(shí)的考查更加側(cè)重于綜合性，對(duì)于其中關(guān)于物體密度的問(wèn)題，要充分理解題干的隱含信息，把握物體的受力狀態(tài)，有效結(jié)合阿基米德原理來(lái)建立待求量與已知量之間的關(guān)系。本文將結(jié)合實(shí)例簡(jiǎn)要講解該類題的解題思路，并開(kāi)展相應(yīng)的教學(xué)思考，以期對(duì)師生的教學(xué)、學(xué)習(xí)有所幫助。

【關(guān)鍵詞】浮力 密度 懸浮 狀態(tài) 阿基米德原理 平衡

【中圖分類號(hào)】G633.7 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）41-0121-02

浮力是初中的重點(diǎn)知識(shí)，浮力的分析過(guò)程不能忽略物質(zhì)密度與浮力的關(guān)系，由此衍生的求液體中物體的密度問(wèn)題成為近幾年中考的熱點(diǎn)題型，注重考查學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用以及邏輯分析能力，采用合理的解題思路是有效解決該類題的關(guān)鍵。

一、真題解析，試題點(diǎn)評(píng)

1.真題呈現(xiàn)

如右圖甲所示，水平桌面上有一圓柱形容器，內(nèi)盛有20cm深的水，已知容器的底面積為100cm2，質(zhì)量為0.02kg，厚度忽略不計(jì)。A、B是由密度不同的材料制成的兩個(gè)實(shí)心塊，已知B物塊的體積是A物塊體積的1/8。當(dāng)把A、B兩物塊用細(xì)線相連放入水中時(shí)，兩物塊恰好處于懸浮狀態(tài)，并且沒(méi)有水溢出，如圖乙所示，現(xiàn)剪斷細(xì)線，A物塊上浮，穩(wěn)定后水對(duì)容器底的壓強(qiáng)變化了60Pa，物塊A有1/4的體積露出水面。已知水的密度為1.0×103kg/m3，g取10N/kg。試求：

（1）、（2）略;

（3）A、B兩物塊的密度。

2.試題分析

3.試題點(diǎn)評(píng)

本題目涉及到初中浮力的重點(diǎn)知識(shí)，上述問(wèn)題要求物塊的密度，實(shí)際上是考查學(xué)生對(duì)于液體中物體狀態(tài)的綜合分析以及浮力、密度的計(jì)算。與常規(guī)題不同點(diǎn)在于液體中漂浮的不是簡(jiǎn)單的同種物質(zhì)，而是密度不同的兩種物塊，分析過(guò)程從整體和部分兩個(gè)角度加以分析，根據(jù)漂浮狀態(tài)下物體受力平衡，結(jié)合阿基米德原理求物塊密度，整個(gè)過(guò)程思路清晰，求解簡(jiǎn)潔。對(duì)于求液體中物質(zhì)密度的計(jì)算題，其本質(zhì)上還是對(duì)物體在液體中受力的分析，離不開(kāi)對(duì)浮力各知識(shí)點(diǎn)的綜合使用，同時(shí)阿基米德原理的靈活運(yùn)用是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

二、試題銜接，思路剖析

涉及浮力知識(shí)的力學(xué)綜合題通常對(duì)于學(xué)生的分析能力要求較高，尤其是涉及兩種物質(zhì)的浮力問(wèn)題，需要準(zhǔn)確把握物體的受力狀態(tài)，一般解題思路為：首先判斷物體在液體中所處的狀態(tài)，對(duì)于處于漂浮、懸浮狀態(tài)的物體要充分利用受力平衡加以分析，然后對(duì)于涉及密度和體積的問(wèn)題要有效結(jié)合阿基米德原理來(lái)轉(zhuǎn)化問(wèn)題，分析過(guò)程力求科學(xué)合理，準(zhǔn)確無(wú)誤。

試題1：近期在日本召開(kāi)了以美歐日等國(guó)的“七國(guó)峰會(huì)”，會(huì)上日本再次無(wú)理提出了我國(guó)南海問(wèn)題。為了捍衛(wèi)國(guó)家主權(quán)，我軍派滿載排水量達(dá)67500t的“遼寧”號(hào)航空母艦加強(qiáng)了對(duì)南海黃巖島等島嶼的巡邏，在某次巡邏演習(xí)中雷達(dá)發(fā)現(xiàn)假想敵潛艇在15海里外的水下10m處潛行，隨即投下重量為100kg的感應(yīng)式淺水水雷攻擊，并成功將敵潛艇擊沉。（g=10N/kg、水的密度為1×103kg/m3）問(wèn)：

（1）、（2）略;

（3）右圖為感應(yīng)式淺水水雷在水中待命時(shí)示意圖，假設(shè)欲使水雷懸浮在水中，需在其下方用細(xì)繩懸掛一個(gè)密度為5×l03kg/m3、質(zhì)量為31.25kg的物塊，求水雷的密度？（細(xì)繩的體積和質(zhì)量忽略不計(jì)）

上述問(wèn)題均為求液體中物體的密度問(wèn)題，求解過(guò)程充分利用了浮力的相關(guān)知識(shí)，準(zhǔn)確把握物體懸浮、漂浮狀態(tài)下受力平衡的特性，結(jié)合阿基米德原理建立起關(guān)于物質(zhì)密度的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了問(wèn)題的準(zhǔn)確作答。試題1將水雷與物塊視為一個(gè)整體，根據(jù)受力平衡，結(jié)合所受浮力來(lái)求解;試題2則是利用懸浮狀態(tài)下物體受力平衡來(lái)求物體的重力，建立兩物質(zhì)關(guān)于體積和重力的方程組來(lái)求關(guān)鍵量，求解過(guò)程均僅離不開(kāi)對(duì)物體狀態(tài)的有效分析，以及對(duì)阿基米德原理的靈活運(yùn)用。

三、解后反思，教學(xué)思考

1.結(jié)合實(shí)際情景，理解概念新知

初中的浮力問(wèn)題是相對(duì)抽象的物理知識(shí)，因?qū)W生認(rèn)知的局限性，往往會(huì)造成學(xué)生理解的困難，特別是上述問(wèn)題關(guān)于物體狀態(tài)的認(rèn)識(shí)以及對(duì)于阿基米德原理的理解，針對(duì)該種情況，教師有必要在教學(xué)中設(shè)置特定的場(chǎng)景，結(jié)合生活實(shí)際來(lái)幫助學(xué)生理解相關(guān)概念，結(jié)合實(shí)際探討浮力問(wèn)題，使學(xué)生充分理解物體排開(kāi)水的體積與所受浮力的關(guān)系，利用形象具體的實(shí)驗(yàn)輔助學(xué)生理解新知，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力的提升。

2.注重?cái)?shù)理結(jié)合，提升綜合能力

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理的持續(xù)發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)的計(jì)算，對(duì)于浮力綜合題同樣需要數(shù)學(xué)計(jì)算輔助推理。上述求物體密度時(shí)利用了密度質(zhì)量體積運(yùn)算以及浮力和重力運(yùn)算等，公式的靈活運(yùn)用、科學(xué)的邏輯推理是保證物理問(wèn)題準(zhǔn)確作答的必要條件，特別是一些抽象的物理分析可以轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際教學(xué)中教師要有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生注重物理問(wèn)題的數(shù)學(xué)計(jì)算，幫助學(xué)生樹(shù)立數(shù)理結(jié)合的解題意識(shí)，提升綜合解題能力。

3.體驗(yàn)分析過(guò)程，發(fā)展數(shù)學(xué)思維

合理分析物體受力是解決浮力問(wèn)題的關(guān)鍵，解題重在分析。分析物體狀態(tài)，抓住問(wèn)題本質(zhì)是打開(kāi)問(wèn)題突破口，是探尋解題方法的關(guān)鍵，對(duì)于一些特點(diǎn)鮮明的問(wèn)題有必要進(jìn)行針對(duì)性分析，充分透析問(wèn)題的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)解題思路，歸納解題方法。教學(xué)中可以結(jié)合實(shí)例讓學(xué)生體驗(yàn)問(wèn)題的分析過(guò)程，把握問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的方法，促進(jìn)學(xué)生解題思維的形成;開(kāi)展相應(yīng)的變式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在問(wèn)題的探究過(guò)程中發(fā)散思維，提升遷移能力。

四、結(jié)論

浮力問(wèn)題是相對(duì)抽象的力學(xué)問(wèn)題，對(duì)于該類問(wèn)題的分析過(guò)程需要準(zhǔn)確把握物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)于平衡狀態(tài)要結(jié)合阿基米德原理來(lái)分析受力，建立相關(guān)物理量的邏輯關(guān)系。教學(xué)中教師要結(jié)合實(shí)際問(wèn)題幫助學(xué)生理解浮力的抽象概念;引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立數(shù)理結(jié)合的解題意識(shí)，強(qiáng)化數(shù)學(xué)運(yùn)算能力;讓學(xué)生體驗(yàn)問(wèn)題的分析過(guò)程，掌握相應(yīng)的分析方法，形成自我的解題思維，在變式學(xué)習(xí)中提升學(xué)生的遷移能力。

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