求浮力的三種題型

楊婷婷

中考物理對(duì)浮力的考查往往靈活多變，需要根據(jù)具體問題結(jié)合相關(guān)知識(shí)進(jìn)行解答。下面我們一起看一下中考物理中求浮力的三種題型。

題型1：直接由阿基米德原理求浮力

例1（2020·山東·聊城）潛水艇為增強(qiáng)國(guó)防力量、維護(hù)祖國(guó)安定發(fā)揮了重要作用。潛水艇截面如圖1所示，通過向水艙中充水或從水艙向外排水來改變潛水艇的自重，從而使其下沉或上浮。我國(guó)某型號(hào)潛水艇的總體積為2 × 103 m3，水艙未充海水時(shí)潛水艇總重為1.26 × 107 N，最大下潛深度可達(dá)400 m。海水密度取1.03 × 103 kg/m3，g取10 N/kg。求：

（1）最大下潛深度處的海水壓強(qiáng);

（2）潛水艇完全潛入海水中時(shí)受到的浮力;

（3）潛水艇懸浮在海水中時(shí)，水艙中充入海水的質(zhì)量。

解析：（1）最大下潛深度處的海水壓強(qiáng)：

[p=ρ海水gh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×400 m=4.12×106 Pa];

（2）潛水艇完全潛入海水中時(shí)，排開海水的體積[V排=V艇=2×103 m3]，潛水艇完全潛入海水中時(shí)受到的浮力：[F浮=ρ海水gV排=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×2×103 m3=2.06×107 N];

（3）潛水艇懸浮在海水中時(shí)，受力平衡，浮力等于重力，即[F浮=G海水+G艇]，則[G海水=F浮-G艇=2.06×107 N-1.26×107 N=8×106 N]，則水艙中充入海水的質(zhì)量[m海水=G海水g=8×106 N10 N/kg=8×105 kg]。

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵是熟練掌握阿基米德原理，利用潛水艇的體積求出其所受浮力。

題型2：根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因求浮力

例2（2020·內(nèi)蒙古·呼和浩特）2020年6月20日，我國(guó)自主設(shè)計(jì)和建造的“海斗號(hào)”載人潛水器成功下潛到太平洋馬里亞納海溝10 000米深處，創(chuàng)造了載人潛水器海水深潛的世界紀(jì)錄。潛水器由雙層船殼構(gòu)成，外層與海水接觸，外殼選擇了鈦合金作主材，潛水器在上浮和下潛時(shí)，其體積是一定的。潛水器近似可以看作長(zhǎng)方體，其規(guī)格為：長(zhǎng)9 m，寬3 m，高3.4 m。該潛水器懸浮在海水中時(shí)總質(zhì)量為25 t。（海面大氣壓為1.0 × 105 Pa）。

（1）假設(shè)海水密度不隨深度變化，質(zhì)量不變的潛水器在上浮且未浮出水面的過程中，受到水的浮力? （選填“變大”“變小”或“不變”）;

（2）求“海斗號(hào)”懸浮在海水中時(shí)所受到的浮力;

（3）載人潛水器在10 000米深處，其上表面受到的壓力約為2.78 × 109 N，求海水的密度。

解析：（1）潛水器在上浮且未浮出水面的過程中，排開水的體積不變，水的密度不變，由F浮 = ρ水gV排可知潛水器受到的浮力不變;

（2）該潛水器懸浮在海水中時(shí)受到的浮力：F浮 = G = mg = 25 × 103 kg × 10 N/kg = 2.5 × 105 N;

（3）潛水器上表面面積：S = 9 m × 3 m = 27 m2，上表面受到的壓力F = 2.78 × 109 N，上表面受到的壓強(qiáng)：p = [FS] = [2.78×109 N27? ?m2] ≈ 1.029 6 × 108 Pa，海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)：p海水 = p - p大氣壓 = 1.029 6 × 108 Pa - 1 × 105 Pa=1.028 6 × 108 Pa，由p = ρgh得海水的密度：ρ海水 = [p海水gh=1.028 6×108 Pa10 N/kg×10 000 m] = 1.028 6 × 103 kg/m3。

點(diǎn)評(píng)：要注意題目中告訴了海面上的大氣壓，不可忽略。

題型3：稱重法求浮力

例3（2020·四川·廣安）如圖3所示，將一物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上，測(cè)出物體的重力為10 N，把物體浸沒在裝有水的圓柱形容器中（水未溢出），靜止時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)為6 N，已知容器的底面積為100 cm2。（g = 10 N/kg）求：

（1）物體浸沒在水中時(shí)所受的浮力;

（2）物體的密度;

（3）物體浸沒在水中時(shí)，水對(duì)容器底部增大的壓強(qiáng)。

解析：（1））物體浸沒在水中所受的浮力F浮 = G - F示 =10 N - 6 N = 4 N。

（2）物體的質(zhì)量m = [Gg=10 N10 N/kg] = 1 kg，物體的體積[V排=F浮ρ水g=4 N1×103 kg/m3×10 N/kg=4×10-4 m3]，物體全部浸沒，所以[V排=V物] ，則物體的密度[ρ物=mV物=1 kg4×10-4 m3=2.5×103 kg/m3]。

（3）物體浸沒時(shí)，水增加的深度[Δh=V物S=4×10-4 m30.01 m3=0.04 m]，水對(duì)容器底增加的壓強(qiáng)[Δp=ρgΔh=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.04 m=400 Pa]。

點(diǎn)評(píng)：易錯(cuò)點(diǎn)在第（3）問，要會(huì)利用ΔV = SΔh求容器內(nèi)水的深度增大值。