浅谈初中物理浮力计算教学

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  【摘要】浮力计算是物理力学中的重点与难点之一,为了便于学生掌握,本文对浮力计算的五种学习方法进行论述。
  【关键词】物理淳力计算
  
  浮力计算是力学中重点和难点之一,部分学生往往不知从何下笔。但是,如果领会了以下五种方法,则势必事半功倍。
  一、压力差法
  浮力的定义为:浸在液体中的物体受到竖直向上的力,叫浮力。其产生的原因是液体对物体上下表面产生的压力差。因此,物体上、下表面的压力差就是浮力的大小,即:F浮=F下-F上(上、下指物体的上、下表面)。
  例1.边长为10cm的立方体,浸没在水中,物体上表面与液面平行,且液体表面到物体上表面的距离为5cm (g=10N/kg),求:物体受到的浮力。
  解:∵P上=ρ水gh上
  ∴F上=P上•S=ρ水gh上•S
  同理:P下=ρ水gh下
  F下=P下•S=ρ水gh下•S
  ∴F浮=F下-F上
  =ρ水gh下•S-ρ水gh上•S
  =ρ水g S(h下-h上)
  =1×103kg/m3×10N/kg×10×10×10-4m2×10×10-2m
  =10N
  解析:此法适用于求形状规则的物体受到的浮力。
  二、称重法
  用称重法测量物体受到的浮力的步骤为:
  1.用弹簧测力计测出物体所受的重力G。
  2.把物体浸入液体中,记下此时弹簧测力计的示数F。
  3.物体受到的浮力F浮=G-F
  例2.将一物体挂在弹簧测力计挂钩上,示数为70N,将物体浸没入水中时,测力计示数为68N,则物体在水中受到的浮力是多少?
  解:F浮=G-F=70N-68N=2N
  解析:由于测力计的量程所限,此法适用于求重力较小的物体受到的浮力。
  三、阿基米德原理法
  阿基米德原理指出:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力。公式:F浮=G排=ρ液V排g。使用阿基米德原理时,应注意以下几点:
  1.“浸”的含义:一是物体浸没在液体中。二是物体的一部分体积浸入液体中,还有一部分体积露在液面以外。
  2.浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积有关,跟物体本身的体积、物体的密度、物体的形状、物体浸没在液体中的深度、物体在液体中是否运动、液体的多少等因素无关。
  3.通过公式变形可以计算排开液体的体积及液体的密度。
  4.阿基米德原理也适用于气体。
  例3.边长为10cm的立方体木块,漂浮在水中,物体上表面与液面平行,且物体上表面到液体表面的距离为5cm(g=10N/kg),求:物体受到的浮力。
  解:V排=10×10×(10-5)×10-6m3=5×10-4 m3
  F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×5×10-4 m3 ×10N/kg
   =5N
  解析:此法适用于所有物体在液体或气体中受到的浮力的计算。平时要认真领会,加强训练,灵活运用。
  四、物体浮沉条件法
  物体在水中存在四种状态:上浮、漂浮、下沉和悬浮。其中漂浮和悬浮为静止状态,物体上浮和下沉时运动状态发生了改变。根据牛顿第一定律,不难得出物体的浮沉条件为:
  1.当 F浮>G物 时, 物体上浮,最终漂浮。
  2.当 F浮=G物,物体悬浮或漂浮。
  3.当 F浮<G物, 物体下沉且最终沉底。
  例4.一艘轮船满载时排开水的质量是2×107kg,当它满载时,它浸入水中的体积是多少立方米?(g=10N/kg)
  解:∵物体漂浮
  ∴F浮=G物=mg=2×107kg×10N/kg=2×108 N
  由F浮=G排=ρ液V排g得:
  V排=F浮/ρ液g=2×108 N/(1×103kg/m3×10N/kg)=2×104 m3
  五、组合法
  在计算浮力时,根据所求实际问题,往往需要把以上几种方法结合起来使用。
  例5.一个物体质量是1kg,漂浮在水面上时,露出水面的体积是总体积的1/5,则物体受到的浮力是多少?物体的密度又是多少? (g=10N/kg)
  解:∵物体漂浮
  ∴F浮=G物=mg=1kg×10N/kg=10 N
  由阿基米德原理得:
  F浮=G排=ρ水V排g=ρ水1/5V物g
  ∴V物= 5F浮/ρ水g=5×10 N/(1×103kg/m3×10N/kg)
  =5×10-3 m3
  ∴ρ物=m/v=1kg/5×10-3 m3=0.2×103kg/m3
  
  参考文献:
  [1]张丽宏.“浮力”易错点剖析[J].中学生数理化:八年级物理(人教版),2013.
  
  作者简介:李结山,江西省上饶市万年县石镇中学,邮编:335500
  
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