浮力計算的三種方法

齊占波

浮力的計算是力學中的重點和難點，下面結合2020年中考真題介紹求解浮力的三種方法，希望同學們能觸類旁通。

一、壓力差法

浮力產(chǎn)生的原因是浸沒在液體中的物體，其上、下表面受到液體對它的壓力不同。下表面受到液體對它向上的壓力F向上與上表面受到液體對它向下的壓力F向下二者之差即為浮力，F(xiàn)浮 = F向上 - F向下。

例1（2020·貴州·黔東南）浸沒在水中的長方體金屬塊，上、下表面受到水的壓力分別為2 N、10 N，該金屬塊受到的浮力為 N。

解析：該金屬塊受到的浮力F浮 = F向上 - F向下 = 10 N - 2 N = 8 N。

答案：8

小結：此方法還可以與液體壓強的知識聯(lián)系在一起，利用p = ρgh求壓強，再利用[p=FS]來求壓力。

二、阿基米德原理法

阿基米德原理：浸入液體里的物體受到豎直向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受到的重力。用公式表示為F浮 = G排 = m排 g = ρ液 g V排。

例2（2020·遼寧·沈陽）人們在端午節(jié)會吃粽子，康康把粽子放入盛有適量水的鍋中，發(fā)現(xiàn)粽子完全浸沒水中且沉在鍋底，這說明粽子的密度 （選填“大于”“等于”或“小于”，下同）水的密度，此時粽子對鍋底的壓力 粽子受到的重力。若粽子的體積為150 cm3，則它受到的浮力為 N。（ρ水=1.0 × 103 kg/m3，g = 10 N/kg）

解析：粽子完全浸沒水中且沉在鍋底，則粽子的密度大于水的密度，此時粽子受到重力、浮力和支持力的作用，有G = F浮 + F支，則支持力小于重力，而粽子所受支持力與粽子對鍋底的壓力是一對相互作用力，大小相等，所以粽子對鍋底的壓力小于粽子受到的重力。由于粽子完全浸沒水中，則V排 = V粽 = 150 cm3 = 1.5 × 10-4 m3，則粽子受到的浮力為F浮 = G排 = ρ液gV排 = 1.0 × 103 kg/m3 × 10 N/kg × 1.5 × 10-4 m3 = 1.5 N。

答案：大于? ?小于? ?1.5

例3（2020·內(nèi)蒙古·通遼）如右圖所示是我國設計建造的世界首座半潛式圓筒形海洋生活平臺“希望7號”。其主船體直徑60 m，型深27 m，設計最大吃水深度19 m，滿載航行的排水量為2.5 × 104 t，平臺滿載航行時所受的浮力是 N。若某時平臺底部所受海水的壓強為1.632 × 105 Pa，則此時平臺吃水深度是 m。（已知ρ海水 = 1.02 g/cm3，取g = 10 N/kg）

解析：平臺滿載航行時所受的浮力F浮= G排 = m排 g = 2.5 × 104 × 103 kg × 10 N/kg = 2.5 × 108 N。由p = ρgh得，平臺吃水深度[h=pρg=1.632×105Pa1.02×103kg/m3×10 N/kg=16 m]。

答案：2.5 × 108 16

小結：解題關鍵是理解并記憶公式F浮 = G排 = m排g = ρ液gV排，具體應用時需要根據(jù)題意靈活選用。

三、平衡法

物體只受重力和浮力靜止時，即物體漂浮或懸浮時，F(xiàn)浮 = G物，這種求浮力的方法我們稱之為“平衡法”。

例4（2020·江蘇·淮安）將一盛滿水的燒杯置于水平桌面上，緩慢放入一質(zhì)量為200 g的木塊，木塊最終在杯中處于漂浮狀態(tài)，此時木塊所受浮力大小是 N，從杯中排出水的體積是 cm3，上述過程中水對杯底的壓強 （選填“變大” “變小”或“不變”）。（水的密度ρ=1.0 × 103 kg/m3，g取10 N/kg）

解析：木塊漂浮，則木塊所受浮力大小F浮 = G物 = mg = 200 × 10-3 kg × 10 N/kg = 2 N;由F浮 =ρ液gV排可知，排出水的體積[V排=F浮ρ水g=2 N1.0×103kg/m3×10 N/kg=2×10-4m3=200 cm3];上述過程中水面高度不變，即杯底的深度不變，則水對杯底的壓強不變。

答案：2? ?200? ?不變

小結：有的題目是直接說明物體漂浮、懸浮或沉底，有的題目要先判斷物體浮沉情況，再求解。判斷物體的浮沉情況有兩種方法。（1）比較F浮與G物的大小，當物體浸沒在液體中時，若它受到的浮力大于物重即F浮>G物，物體上浮;若它受到的浮力等于物重即? F浮 = G物，物體懸浮;若它受到的浮力小于物重即F浮

除以上幾種求解浮力的方法外，常用的方法還有稱重法，此方法在“探究浮力的大小與哪些因素有關”的實驗中有應用。同學們在求解物體所受浮力時，要根據(jù)題中所給的條件，靈活運用這些方法，以便快速、準確地求解。