谈谈一道浮力题的解法

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  题目:一水池中有一只载有石块的船浮在水面上,如果把石块投入水中,水面高度将( )
  A、上升 B、下降C、不变 D、无法判断
  分析:这类问题在初中物理中比较常见,由于石块从船中取出而使船上浮,水面会有所下降,再把石块投入水中致使水面又上升,最终水面高度究竟是上升、下降或是不变,不少学生往往无从下手。现对此题提供如下三种解法,供同学们参考。
  解法一:常规法:即从物体的受力情况进行分析,根据物体的浮沉条件和阿基米德原理知识求解。
  解:设船重为G船,石块重为G石,则未投石块前船排开水的体积为:
  V排===+①
  把石块投入水中后,船会上浮一些,这时船排开水的体积为V1==,沉入水底的石块处于浸没状态,其排开水的体积等于它自身的体积V2=V石=,则船和石块共同排开水的体积为:
  V排ˊ=V1+V2=+②
  ①式-②式,得
  V排-V排ˊ=+--=
   ∵ρ石>ρ水
   ∴V排-V排ˊ>0
  即 V排>V排ˊ
  这表明把石块从船中取出投入水中后,水面高度会下降。
  此法通过比较投石前后排开水的体积大小来判断水面高度的变化,解题思路严密、判断准确,是比较常用的解题方法。
  解法二:整合法:即把池中的水、船、石块看作一个整体作为研究对象,根据压强知识分析得出结论。
  解:把池中的水、船和石块看作一个整体作为研究对象。当把石块投入水中时,石块由于重力大于其所受的浮力而沉入水底,此时石块受到重力、浮力和池底的支持力而平衡。池中的船和水对池底的压力减小,压强也随之减小,根据液体压强公式,石块在船中时池底受到水的压强p1=ρ水gh1,把石块投入水中后池底受到水的压强p2=ρ水gh2。
  ∵p1>p2∴h1>h2
  这表明把石块从船中取出投入水中后,水面高度会下降。
  此法通过比较投石前后池底受到水的压强变化来判断水面高度的变化,避免了浮力问题的繁琐分析,简捷新颖,使读者便于理解和接受。
  解法三:迁移法:即变浮体载物为浮体挂物,也就是把浮在液面上的浮体内的物体迁移到浮体外,用细绳悬挂在浮体下,最后由绳断得出结论。
  解:如图1,载有石块的船漂浮在水面上,则有G船+G石=F浮=ρ水gV排,将石块迁移出船,悬挂于船下端。把船和石块看作一个整体,其仍浮于水面上,则上面的式子仍然成立,并且式中各量不变。由于V排不变,故水面高度不会发生变化(图2)。再假设剪断细绳,则石块下沉,船会上浮一些,所以最后V排变小,即水面下降(如图3)。
  此法通过对物体的移位,把原来复杂的多种变化因素合成一个变化因素,简洁易行、独树一帜,避免了受力分析的困难,降低了思维难度,使人容易理解。
  
  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。”
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