浮力典型问题错解例析

来源 :数理化学习·初中版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wgxwjl
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  浮力知识是初中物理中的重要内容,也是同学们学习物理知识中的难点.正因为如此,同学们在解答有关浮力的问题时很容易出错.下面就同学们容易出现的浮力典型问题错进行分析,希望能够对同学们学好浮力这部分知识能够有所帮助.
  一、考虑不周
  例1 一艘轮船从河里开到海里,是下沉一些还是上浮一些?为什么?
  错解:由于海水的密度比河水的密度大,轮船在海水中受到的浮力比在河水中受到的浮力大,因此轮船在海水中比在河水中要上浮一些.
  剖析:上述错解错在只看到了问题的一个方面,仅凭海水的密度比河水的密度大,便得出轮船在海水中受到的浮力比在河水中受到的浮力大,这是片面的.事实上物体受到的浮力大小不仅与液体的密度有关,还与物体排开液体的体积有关.轮船从河里开到海里,会导致上述两个因素都发生变化,因而不能仅用阿基米德原理简单地比较浮力的大小.
  正解:在轮船从河里开到海里的过程中,它受到的重力不变,根据物体的漂浮条件易知,轮船受到的浮力等于轮船的重力,因此轮船受到的浮力不变.根据阿基米德原理F浮= ρ液V排g,由数学知识可知,当浮力F浮一定时,V排与ρ液成反比.因为海水的密度大于河水的密度,因而轮船从河里开到海里,轮船会上浮一些.
  二、原理不清
  例2 一潜水艇在水下潜行,它先下沉再上浮,但始终在水面下.两种情况下潜水艇所受的浮力哪一次大?请你说出其中的道理.
  错解:潜水艇上浮时受到的浮力大.这是因为潜水艇所受的重力是一定的,它之所以能够上浮,是因为它受到的浮力大于重力,下沉时它受到的浮力小于其重力.故此可知,潜水艇上浮时受到的浮力大.
  剖析:上述错解错在对潜水艇浮沉的原理理解深.潜水艇的上浮与下沉是靠改变自身的重力来实现的,由于潜水艇的体积不变,只要它没有浮出水面,它所受的浮力也就不变,它的重力大小是由两侧水箱的水量来调节的,这样就可确保潜水艇既可以上浮、下沉,还可以悬浮在水中.
  正解:两种情况下潜水艇受到的浮力相同,因为两种情况下潜水艇排开水的重力相同.
  三、生搬硬套
  例3 有一桥墩在浸在河水中的体积为50 m3,则该桥墩所受的浮力为多少?
  错解:根据阿基米德原理F浮 = ρ液Vv排g 有:F浮 = 1.0 × 103 kg/m3 × 50 m3 × 9.8 N/kg = 4.9 × 105 N.
  剖析:上述错解非常普遍,究其原因是由于对浮力的实质理解不透,生搬硬套阿基米德原理.产生浮力的实质是:浸在液体中的物体受到向上和向下的压力差.由于桥墩是打入河底的,其与河床的土壤或土壤下的岩石层是紧密接触的,不受水向上的压力,因而也就不受浮力.
  其实由于桥墩都是下粗上细,不仅不受河水的浮力,还会受到河水对其向下的压力,正是因为如此,才使得整座桥稳稳地立在河面上.
  正解:桥墩所受的浮力为零、
  诸如此类的问题还有:(1) 底部开孔的开口容器,在底孔中塞入软木塞,然后倒入水,此时软木塞是否受到浮力?(2) 将蜡烛底部熔化安在容器的底面,然后向容器中缓慢倒入水,使得蜡烛浸在水中,此时蜡烛是否受到浮力作用?
  四、分析不全
  例4 一个空心铜球与一个木球质量相等,投入水中后,则两球所受浮力的大小关系是( )
  (A) 木球受到的浮力大
  (B) 铜球受到的浮力大
  (C) 两球受到的浮力相同
  (D) 难以确定
  错解:选(A)或选(C).
  剖析:有些同学之所以会误选(A),是由于习惯地认为木球浮,铜球下沉,忽视了“空”的涵义.有些同学会误选(C),则是由于将空心铜球判定漂浮所致,仅凭“空”字就将铜球判定为漂浮是不准确的.铜球在水中究竟是处于漂浮、悬浮还是下沉,须根据物体的浮沉条件进行判断:当ρ球 > ρ水时,铜球下沉;当ρ球 = ρ水时,铜球悬浮;当ρ球 < ρ水时,铜球漂浮.由于不知道铜球的平均密度是多少,因此也就无法判定铜球在水中的浮沉情况,因而也就无法比较其所受浮力与铜球重力的关系,即无法确定两球所受浮力的大小关系.
  正解:(D)
  五、主观臆断
  例5 有一边长为10 cm的正方体铁块,浸没在桶里的水中,铁块受到的浮力是多少?
  错解:铁块在水中下沉到与桶底紧密接触,其下表面不受水向上的压力,因而铁块所受的浮力为零.
  剖析:题中并没有告诉我们铁块与桶底紧密接触,在客观上也不一定是紧密接触,因此认为铁块与桶底紧密接触纯属主观臆断.
  六、乱套结论
  例6 有一充气薄壁橡皮球,自水池底上升,皮球自池底上升至露出水面之前所受浮力情况是( )
  (A) 逐渐增大 (B) 逐渐减小
  (C) 不变 (D) 无法确定
  错解 选(C).
  剖析:上述错解的原因在于没有从具体情况出发,乱套“物体所受的浮力与其浸没在液体中的深度无关”这一结论.其实“物体所受的浮力与浸没在液体的深度无关”是有条件的:一是液体密度不随深度改变;二是排开液体的体积也不随深度改变.而题中皮球是充气薄壁橡皮球,其在水面下上升,其在所处的水的深度减小,由液体内部压强公式p= ρgh可知,皮球所受的压强减小,皮球会膨胀,导致其体积增大,即V排增大,则由阿基米德原理F浮=ρ液V排g易知,皮球所受的浮力增大.
  正解:(A)
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