万变不离其宗

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  摘 要:初中学生普遍反应浮力内容的解题方法灵活多变,难以把握.本文通过一些常见题型的举例、分析,归纳整理了三大类题型的解题方法.
  关键词:浮力;解题方法;分析;归类
  浮力内容是学生普遍认为较难的一个部分,究其原因:是这部分内容题型较多,解题依据又灵活多变,学生难以把握.但不管题目怎么变,所涉及的知识点只有那么多,对知识点的归纳整理在本节内容中尤为重要,要让学生掌握不同题型的考点及解题方法.现对浮力中的常见题型及解题方法进行整理归类.
  1 求浮力的大小
  此类题目需要根据题中所给的已知条件求出浮力的大小,初中阶段一般离不开以下三种方法:
  方法1 利用称重法:F浮=G-F示
  利用此方法求浮力的题目对于学生来说应该是一目了然的,一定已知物体的重力G及浸在液体中后弹簧测力计的示数F示
  例1 由如图1所示实验中观察到的数据,可知物体受到的浮力为N.
  分析 F浮=G-F示=1.96N-0.98N=0.98N
  方法2 利用阿基米德原理:浮力等于被排开液体的重力,即F浮=G排液.
  根据这一原理,只要想方设法知道被物体排开液体的重力即求出了物体所受的浮力.此方法的考题就有几种问法
  例2 (1)一个重为5 N的金属球,浸没在水中时,排开了3 N的水,则金属球所受到的浮力为N
  分析:根据阿基米德原理F浮=G排液 就可直接知道答案为3 N ,但此题可作如下变化:
  (2)一个重为5 N的金属球,浸没在水中时,排开水的质量为0.3 kg,则金属球所受到的浮力为N.(g取10N/kg)
  分析 利用F浮=G排液=m排g=0.3 kg×10N/kg=3 N
  (3)一个重为5 N的金属球,浸没在水中时,排开水的体积为0.3×10-3m3,则金属球所受到的浮力为N.(g取10N/kg)
  分析: 利用F浮=G排液=ρ液gV排=1×103kg/m3×10N/kg×0.3×10-3m3=3 N
  方法3 利用浮沉情况:漂浮:F浮=G物; 悬浮:F浮=G物
  此方法的前提条件是物体漂浮或悬浮
  例3 一个重为5 N的物体漂浮在水面上,其所受浮力为N.
  分析:因为漂浮,所以F浮=G物=5N
  下面再来看一例题:
  例4 (1)一个重为5N,体积为0.6dm3的物体,放入足够多的水中,在水中静止时所受的浮力为N.(g取10N/kg)
  学生易犯的错误是将题中的0.6dm3误认为是V排直接代入F浮=G排液=ρ液gV排来求出浮力,答案是错误的,若题目稍作改变,变为:
  (2)一个重为5N,体积为0.4dm3的物体,放入足够多的水中,在水中静止时所受的浮力为N.(g取10N/kg)
  学生还是将0.4dm3认为是V排代入F浮=G排液=ρ液gV排来求出浮力,答案又是正确的.相同的题型完全不同的解法,这让学生很困惑,要解决这个困惑,先要搞清楚V物不一定就是V排,V排=V物的前提条件是物体要浸没.
  回到例4,该物体在水中静止时的情况不确定,有三种可能,如图2:
  若是(a)漂浮,则V排≠V物,在利用方法2中的F浮=G排液=ρ液gV排就遇到一个难题——V排是未知的,因此,此方法就求不出浮力的大小.则此时就只能用方法3:浮沉情况来解.过程为:因为漂浮,所以F浮=G物.
  若是(b)悬浮,则当然可用方法3,过程为:因为悬浮,所以F浮=G物.因为悬浮属于浸没,即V排=V物,所以也可用方法2中的F浮=G排液=ρ液gV排求出浮力.
  若是(c)沉底,属于浸没,即V排=V物,则用方法2中的F浮=G排液=ρ液gV排来求浮力.
  因此,在例4中,要先搞清楚物体在水中静止时的情况,那如何来判断物体在水中静止时的情况呢?方法有两种:
  方法(1):比较ρ物和ρ液
  若ρ物<ρ液,静止时漂浮;
  若ρ物=ρ液,静止时悬浮;
  若ρ物>ρ液,静止时沉底.
  方法(2):比较浸没时的F浮和G物
  若浸没时F浮> G物,放手后必定上浮,则静止时漂浮;
  若浸没时F浮= G物,放手后必定不动,则静止时悬浮;
  若浸没时F浮< G物,放手后必定下沉,则静止时沉底.
  例4(1)中,根据ρ物=m 物/ V物=0.5kg/(0.6×10-3m3)≈0.83×103kg/m3<ρ水或用浸没时F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×0.6×10-3m3=6N> G物,可知物体在水中静止时是漂浮的,因此应利用方法3:因为漂浮,所以F浮= G物=5N.(此时物体已有部分露出水面,因此浮力不再是浸没时的6N)
  而(2)中用同样方法可知物体在水中静止时是沉底的,可知V排=V物=0.4dm3,
  因此应利用方法2中的F浮=G排液=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×0.4×10-3m3=4N
  总结:方法2的根本是要知道阿基米德原理:浮力等于排开液体的重力.例2中三种题型实质是一样的,都是求出排开液体的重力,只是所给的已知量不同而已.在利用F浮=G排液=ρ水gV排 来求浮力时,前提是要知道V排,学生易把V物当作V排,而这两者相等是有条件的——物体浸没.而方法3的前提条件是要知道物体是悬浮或漂浮.在用以上兩种方法求浮力大小时,有时需要确定物体的浮沉情况后才能确定具体用哪一种方法,这是求浮力大小的难点之一.
  2 测浮力
  若理解了计算浮力大小的方法,此类问题就不难掌握了,把它归结为如下两种方法:   方法1 称重法 F浮=G-F示
  分析:先测出物体的重力G,再读出将物体浸在液体中时弹簧测力计的示数F示,便可知道物体所受的浮力 .(主要测量器材:弹簧测力计 )
  方法2 排水法
  分析:此方法的依据还是阿基米德原理,想方设法测出被物体排开水的重力.根据所给的测量器材,具体有以下三种方法:
  (1) 测出排开水的重力G排液,则F浮=G排液 (测量器材:弹簧测力计)
  (2) 测出排开水的质量m排,则F浮=m排g (测量器材:天平)
  (3) 测出排开水的体积V排,则F浮=ρ水gV排 (测量器材:量筒)
  3 利用浮力测算物体的密度
  分析:要知道物体的密度,关键是要测出物体的质量m物和物体的体积V 物,
  此类问题能和浮力联系起来的依据是:(1)测V物转化为测V 排(前提是物体能浸没),进而转化为测F浮算V 排;(2)测出G物便可算m物,而测G物可转化为测F浮(前提是物体漂浮或悬浮时F浮=G物).
  3.1 测下沉物体的密度 (主要器材:弹簧测力计、烧杯、水)
  (1)测物体重力G物,算出m物=G物/g
  (2)利用称重法浸没在水中的浮力F浮=G-F示,算出V 排=F浮/ρ水g也就知道了V 物(因为浸没时V排=V物).
  3.2 测漂浮物体的密度(主要器材:量筒或量杯、水)
  (1)用量筒测出漂浮时的V 排,根据F浮=ρ水gV排算出浮力,也就知道了G物(因为漂浮时F浮=G物),便可算出m物=G物/g
  (2)用量筒测出将物体浸没时的V ′排即V物(因为浸没时V排=V物)
  (3)对于悬浮物体(方法同2)
  4 比较浮力的大小(或判断浮力的变化)
  此类问题对学生来说也是一个难点,下面通过几个例题来分析并归纳解此类题目的方法.
  例5 轮船从长江驶入大海,所受的浮力(变大/变小/不变).
  分析:学生往往会根据影响浮力的两个因素ρ液和V排,认为ρ液变大了,轮船所受浮力变大.问题在于忽略了另一个因素V排的变化,而轮船从长江驶入大海船身会浮出更多一些,就像漂浮在盐水中的鸡蛋,继续加盐,鸡蛋会向上浮得更多一样,此时V排减小了,因此根据浮力的两个影响因素ρ液和V排就无法判断,而是根据轮船始终是漂浮的得出浮力等始终于重力,因此从长江驶入大海,轮船所受的浮力不变.
  例6 (1)体积相等的a、b、c三个物体在水中静止时的情况如图3所示,比较它们所受的
  浮力大小Fa Fb Fc
  (2)质量相等的a、b、c三个物体在水中静止时的情况如图所示,比较它们所受的
  浮力大小Fa Fb Fc
  分析:学生在解此类问题时首先会受“浮力大于重力时,物体上浮”这一结论的影响,诱发一个错误的想法:认为浮在水面上的物体所受浮力会大于下沉物体所受的浮力,但最根本的還是没有掌握解此类题目的方法.
  (1)中给出的条件是体积相等,那结合图便可知V排a < V排b = V排c,而ρ液又是相同的,故结论是:Fa  (2)中给出的条件是质量相等(即Ga=Gb=Gc),而V排的情况无法比较,只能结合图中的浮沉情况可知Fa=Ga ;Fb=Gb; Fc  Fa=Fb>Fc
  总结:此类题目还是围绕阿基米德原理F浮=G排液=ρ液gV排得出影响浮力的两个因素ρ液和V排及浮沉情况:若漂浮或悬浮,则F浮= G物;若沉底,则F浮< G物这两个知识点来解题.
  综上所述,在解决以上四大类浮力题时,万变不离其宗,都围绕了阿基米德原理及浮沉情况,抓住这两条主线是解决浮力知识的关键.
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