淺析浮力問題中的解題思路與策略

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【摘要】浮力問題是初中物理的重難點(diǎn)問題之一，總的來說主要有兩大解決思路：一是利用阿基米德原理法，代入浮力公式進(jìn)行計(jì)算得到結(jié)果；二是受力分析，關(guān)注研究對(duì)象的狀態(tài)的變化.本文結(jié)合實(shí)例，對(duì)于這兩種方法的具體應(yīng)用情境進(jìn)行探討，總結(jié)解題的思路與策略.

【關(guān)鍵詞】初中物理；浮力；受力分析

浮力問題在初中物理試題中較為常見，令很多學(xué)生望而卻步，無(wú)從入手.對(duì)于其中較為簡(jiǎn)單的問題，可以利用常規(guī)的做題方法解決.但是在面對(duì)難題時(shí)也不是沒有思路，采取阿基米德原理法和受力分析法，循序漸進(jìn)地分析浮力的來源和大小，就可以輕而易舉地攻克浮力難題.下面根據(jù)幾道例題詳細(xì)講解一下這兩種方法，總結(jié)歸納解題經(jīng)驗(yàn).

1 阿基米德原理法

阿基米德原理是指，浸在流體（如水，空氣等）中的物體受到流體豎直向上托起的作用力，稱為浮力，其大小等于物體所排開流體的重力大小.用公式表述為F浮=ρ液V排g，在應(yīng)用時(shí)要注意排開流體的密度大小和物體排開流體的體積大小.

例1 用鹽水浸泡水果可以清洗表面的農(nóng)藥殘留.小明從市場(chǎng)上購(gòu)買了一些蘋果，他把其中一個(gè)蘋果放在一個(gè)裝有適量鹽水的容器中進(jìn)行清洗，如圖1所示蘋果靜止在鹽水中，向容器中加鹽并攪拌均勻.下列說法正確的是（? ）

（A）蘋果仍懸浮，受到的浮力大小不變.

（B）蘋果將下沉，受到的浮力變小.

（C）蘋果將上浮，受到的浮力增大.

（D）容器受到的重力和桌面對(duì)于容器的支持力是一對(duì)相互作用力.

解析 由圖1可知，蘋果處于懸浮狀態(tài)時(shí)受力平衡，蘋果所受的力有兩個(gè)：重力和浮力，且兩者都作用在蘋果的豎直方向上，所以兩者的大小相等.在加鹽后，此時(shí)蘋果排開液體的體積是一定的，但是鹽水的密度增大了，由阿基米德原理的浮力公式F浮=ρ液V排g可知，蘋果所受的浮力增大，且在短時(shí)間內(nèi)大于蘋果的重力，蘋果將上浮.由此可知選項(xiàng)（C）是正確的，排除選項(xiàng)（A），（B）.對(duì)于（D）選項(xiàng)，容器受到的重力作用在容器上，不包括鹽水和蘋果的重力，而桌面對(duì)于容器的支持力等于容器、鹽水以及蘋果三者的重力之和，這兩個(gè)力在數(shù)值大小上不相等，而相互作用力大小必然是相等的，所以選項(xiàng)（D）不符合題意.

例2 如圖2所示的容器中裝有適量的水，水中有一個(gè)物塊被細(xì)線系在容器底部.已知

水深為0.5m，容器底面積為0.4m2，物塊的體積為4×10－3m3，水的密度為1.0×103kg/m3，物塊的密度為0.8×103kg/m3，重力加速度g=10N/kg.試求木塊受到的浮力大小.

解析 物塊浸沒時(shí)排開水的體積即為自身的體積大小，代入公式F浮=ρ液V排g可得F浮=ρ水V物g=1.0×103kg/m3×4×10－3m3×10N/kg=40N.

評(píng)析 例1和例2都利用了阿基米德原理浮力公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，在代入公式中相應(yīng)的項(xiàng)時(shí)不能混淆對(duì)應(yīng)的密度和體積的大小，要分析研究對(duì)象的變化量，正確運(yùn)算就可以得到答案.

2 受力分析法

受力分析法廣泛地應(yīng)用于浮力問題中，浮力從本質(zhì)上來說屬于力學(xué)的范疇，所以受力分析時(shí)，將其與其他的力聯(lián)系起來進(jìn)行討論，分析物體所處的狀態(tài).需要注意的是，此處仍需要利用到阿基米德原理，根據(jù)阿基米德原理使用控制變量法進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷即可.

例3 如圖3所示，一容器中裝有適量的水，在一個(gè)玻璃試管下掛著一個(gè)小物塊，玻璃試管浮在水面上.現(xiàn)在將小物塊取下來放入試管中，試管仍然懸浮在水面上，則下列說法正確的是（? ）

（A）容器內(nèi)的水面高度將下降.

（B）容器內(nèi)的水面高度將上升.

（C）玻璃試管排開水的體積不變.

（D）玻璃試管排開水的體積增大.

解析 本題有兩個(gè)關(guān)鍵解題點(diǎn)：一是小物塊無(wú)論是放在試管中還是掛在試管下面，試管的狀態(tài)都是懸浮的.二是根據(jù)力的平衡原理，兩者的總重力都與浮力的大小相等，但是這兩種懸掛方式不影響總重力的大小的，因此浮力不變，排水體積也不會(huì)變化，從而容器內(nèi)的水面高度不變，由此排除選項(xiàng)A、B.但是在小物塊未放進(jìn)試管時(shí)，排水總體積為小物塊體積加上玻璃試管的排水體積，而小物塊放入試管后，只能由玻璃試管來提供排水體積，所以必然增大.由此可知（D）選項(xiàng)正確.

例4 如圖4所示，有一個(gè)實(shí)心的球狀物體，在空氣中彈簧測(cè)力計(jì)稱重時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為12N；如圖5所示，現(xiàn)有一裝有適量水的容器，將物體一半的體積浸入水中，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)減小為5N.當(dāng)把物體從彈簧測(cè)力計(jì)上取下并且放入水中直至靜止時(shí)，物體受到水的浮力大小為（? ）

（A）5N. （B）7N. （C）12N. （D）14N.

解析 當(dāng)把物體一半的體積浸入水中時(shí)，物體受到水的浮力和重力兩個(gè)力作用.由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)大小為5N可知，此時(shí)的浮力大小F浮=G－F=12N－5N=7N.假設(shè)理想情況下將物體整個(gè)浸沒，由阿基米德原理得到此時(shí)的浮力大小F浮′=2F浮=14N.此時(shí)物體所受的浮力大于重力，所以物體會(huì)上浮直至兩者相等，因此最終的浮力大小就等于重力大小12N.（C）選項(xiàng)正確.

評(píng)析 例3在使用受力分析法時(shí)抓住了在物體兩種狀態(tài)前后的不變量，即總浮力的大小，又抓住了變量，即體積產(chǎn)生對(duì)象的改變，透徹地分析了題目的變與不變，再結(jié)合力的平衡分析就可以得到答案.例4則是結(jié)合了阿基米德原理，對(duì)體積的變化進(jìn)行了分析，再結(jié)合力學(xué)探討浮力大于重力時(shí)的情況，就可以得到最終平衡狀態(tài)時(shí)的效果.

3 結(jié)語(yǔ)

阿基米德原理法和受力分析法本質(zhì)上是互相聯(lián)系的，在解決問題時(shí)兩者都會(huì)發(fā)揮作用，只是不同題目可能的側(cè)重點(diǎn)不同.學(xué)生需要熟練掌握這兩種方法，浮力問題自然迎刃而解.