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有关浮力的计算问题种类繁多,并且在分析和运算能力方面均有较高的要求。因此“浮力”是初中物理的难点内容。以下是有关浮力的基本计算方法和典型运用问题的解析的归纳:
一、实验法
这种方法是利用弹簧秤在空气中称得的物体的实际重力以及在液体中称得的视重之差来计算浮力的方法。公式是:F浮=G(物体在空气中的重力)-G′(物体在液体中弹簧秤的读数)
例1用弹簧称量一物体,当在空气中称时读数为19.6N,而当物体浸没在水中称时读数是14.7N,求该物体的密度。
解由题意可得:F浮=G1-G2=19.6N-14.7N=4.9N。
而F浮=ρ水gV排
二、求压力差法
这种方法是根据浮力的成因(即浮力是由液体对物体上下表面压力差引起的),利用公式F浮=F向上-F向下求解。
例2一边长为a的正方体沉入水中,上表面距液体表面距离为h,求此正方体受到的浮力大小。
解上表面处的压力P1=ρ水gh,
所受水向下的压力F1=P1S1=ρ水gha2。
而下表面处压强P2=ρ水g(h+a)
所受水向上压力F2=P2S2=ρ水g(h+a)a2。
则此正方体所受浮力为
F浮=F2-F1=ρ水g(h+a)a2-ρ水gha2=ρ水ga3
三、平衡法
这种方法是利用物理变化过程中存在的等量关系解题的方法,浮力问题中涉及的主要是力的平衡问题,即F浮=G。
例3将一物体置于水中,有1/10的体积露出水面,求物体的密度。
解因物体漂浮在液体中,则二力平衡F浮=G。
而F浮=ρ水gV排 , G=ρ物gV物,
故ρ水gV排=ρ物gV物。
四、推理法
即从题意入手做出一般的判断,根据题目的具体条件做出特殊的判断,然后得出所要求的结论。
例4煮饺子时,饺子先沉入锅底,过一会又漂起来了,试解释这一现象。
解一般判断:物体在液体中的沉浮条件。
特殊判断生饺子刚放入水中重力大于浮力,过一会儿饺子熟了,体积增大,浮力大于重力。
结论饺子先沉后浮直至漂在水面。
五、假设法
这种方法应先根据题意进行假设,再用物理知识进行分析及判断,然后求出正确答案。
例5有一物体重4.5N,体积为0.5cm3,如果把这个物体放入水中,求物体静止不动时所受到的浮力。
解此物体放入水中后静止不动时所处的位置是解题的关键。不妨假设它全部浸入水中,此时它所受到的浮力是:F浮=ρ水gV排=4.9N。
因为F浮>G,所以浸没在水中的物体将上浮最终漂浮在水面上,故物体在水中静止不动时受到的浮力F浮=G=4.5N。
六、整体法
整体法是把研究对象由几个相互联系的物体的全体或把研究对象由一个物体参与的几个不同的运动变化的总过程,看作一个整体来看待和处理的方法,这种用整体观点解决问题的方法抓住了整体的全貌与本质,把握了整体的变化规律,从而克服了从局部出发解题常遇到的困惑。
例6将重为4.9N,体积为1.0×10-3m3的木块放进水里,若在木块上面放一个铁块,恰好使木块完全没入水中,而铁块刚好在水外,求铁块的重力。
解此题可将铁块和木块看作一整体来处理,根据物体在液体中的沉浮条件有:
G铁+G木=F浮,而F浮=ρ水gV,故:G铁=ρ水gV-G=4.9(N)。
以上几种方法中,前三种的运用最普遍。在运用时还须注意:当物体下表面跟容器底部完全密合时,由于物体的下表面不再受液体向上的压力。因此液体对物体不会产生浮力。此时,以上各种方法均不能使用。
(责任编辑 覃敬川)
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
一、实验法
这种方法是利用弹簧秤在空气中称得的物体的实际重力以及在液体中称得的视重之差来计算浮力的方法。公式是:F浮=G(物体在空气中的重力)-G′(物体在液体中弹簧秤的读数)
例1用弹簧称量一物体,当在空气中称时读数为19.6N,而当物体浸没在水中称时读数是14.7N,求该物体的密度。
解由题意可得:F浮=G1-G2=19.6N-14.7N=4.9N。
而F浮=ρ水gV排
二、求压力差法
这种方法是根据浮力的成因(即浮力是由液体对物体上下表面压力差引起的),利用公式F浮=F向上-F向下求解。
例2一边长为a的正方体沉入水中,上表面距液体表面距离为h,求此正方体受到的浮力大小。
解上表面处的压力P1=ρ水gh,
所受水向下的压力F1=P1S1=ρ水gha2。
而下表面处压强P2=ρ水g(h+a)
所受水向上压力F2=P2S2=ρ水g(h+a)a2。
则此正方体所受浮力为
F浮=F2-F1=ρ水g(h+a)a2-ρ水gha2=ρ水ga3
三、平衡法
这种方法是利用物理变化过程中存在的等量关系解题的方法,浮力问题中涉及的主要是力的平衡问题,即F浮=G。
例3将一物体置于水中,有1/10的体积露出水面,求物体的密度。
解因物体漂浮在液体中,则二力平衡F浮=G。
而F浮=ρ水gV排 , G=ρ物gV物,
故ρ水gV排=ρ物gV物。
四、推理法
即从题意入手做出一般的判断,根据题目的具体条件做出特殊的判断,然后得出所要求的结论。
例4煮饺子时,饺子先沉入锅底,过一会又漂起来了,试解释这一现象。
解一般判断:物体在液体中的沉浮条件。
特殊判断生饺子刚放入水中重力大于浮力,过一会儿饺子熟了,体积增大,浮力大于重力。
结论饺子先沉后浮直至漂在水面。
五、假设法
这种方法应先根据题意进行假设,再用物理知识进行分析及判断,然后求出正确答案。
例5有一物体重4.5N,体积为0.5cm3,如果把这个物体放入水中,求物体静止不动时所受到的浮力。
解此物体放入水中后静止不动时所处的位置是解题的关键。不妨假设它全部浸入水中,此时它所受到的浮力是:F浮=ρ水gV排=4.9N。
因为F浮>G,所以浸没在水中的物体将上浮最终漂浮在水面上,故物体在水中静止不动时受到的浮力F浮=G=4.5N。
六、整体法
整体法是把研究对象由几个相互联系的物体的全体或把研究对象由一个物体参与的几个不同的运动变化的总过程,看作一个整体来看待和处理的方法,这种用整体观点解决问题的方法抓住了整体的全貌与本质,把握了整体的变化规律,从而克服了从局部出发解题常遇到的困惑。
例6将重为4.9N,体积为1.0×10-3m3的木块放进水里,若在木块上面放一个铁块,恰好使木块完全没入水中,而铁块刚好在水外,求铁块的重力。
解此题可将铁块和木块看作一整体来处理,根据物体在液体中的沉浮条件有:
G铁+G木=F浮,而F浮=ρ水gV,故:G铁=ρ水gV-G=4.9(N)。
以上几种方法中,前三种的运用最普遍。在运用时还须注意:当物体下表面跟容器底部完全密合时,由于物体的下表面不再受液体向上的压力。因此液体对物体不会产生浮力。此时,以上各种方法均不能使用。
(责任编辑 覃敬川)
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”