论文部分内容阅读
【摘 要】将浮力研究方法内化为浮力计算方法能够有效解答浮力计算题，应用与浮力有关联物理量的等量变化关系和同一物体在不同液体中状态的准确判断方法能够巧解浮力计算题。
【关键词】浮力计算；浮力变化量；物体静止于液体中状态
【中图分类号】G623 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2018）15-0053-02
浮力现象是生产和生活中常见现象，但浮力概念性强，解决实际问题的浮力计算，要应用二力平衡、压强、密度、阿基米德原理等物理规律对浮力的施力物体和受力物体进行具体受力分析，根据已知条件，选择有效的浮力计算方法，这是初中学生全面复习浮力计算的难点。突破此难点，需要教师基于核心素养视角下，指导学生对浮力现象中物体受力平衡、浮力产生的原因、浮力大小有关因素等浮力问题的探究方法进行总结，并内化为浮力大小的计算方法，进一步形成浮力观念，逐步掌握浮力计算的系统方法。
一、将研究浮力问题的方法内化成浮力的计算方法
依据初中八年级物理沪科版教材，初中生对浮力问题进行了如下三个方面的探究，并建立了与浮力有关物理量的关系式。
1.探究浮力现象。
该探究活动中，应用二力平衡的方法对物体在液体中处于静止状态进行分析，当物体静止浮于液面时，物体受到浮力和重力是一对平衡力。即F浮=G；当物体悬挂于弹簧秤下，浸在液体中处于静止状态时，根据二力平衡原理，弹簧秤对物体的拉力F、物体受到的浮力F浮、物体受到的重力G三者的关系式为F浮=G-F。
2.探究浮力产生的原因。
根据物体浸入液体中受到液体压强大小，探究出液体对物体下底产生的压力大于物体上底面受到的液体压力，液体对物体产生了向上的压力差即物体受到的浮力，即F浮=F下-F上。
3.探究浮力大小有关因素。
经探究，浮力大小只与物体浸入液体体积和液体密度有关，验证了阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排。
在上述探究过程中，建立了浮力与有关物理量的关系式，这些关系式自然也成为浮力计算的基本公式，但需要学生从浮力观念的角度去认识上述关系式，分析浮力计算题的具体条件，应用恰当关系式计算浮力大小。
〖TP37.JPG；%30%30，Y〗二、应用与浮力有关联物理量之间的等量变化关系巧解题
浮力的施力物体是液体，浸在液体中物体与液体发生相互作用，其相互作用力大小相等，因而物体在液体中发生浮沉时，物体受到浮力大小变化与相关物理量变化有对应等量关系，利用它们等量关系，可以简化浮力计算。例如，如图2所示，弹簧测力计吊着一金属块慢慢放入装有适量水的烧杯中，台秤上放着烧杯，则弹簧秤的示数、容器底受到的压力和台秤的示数等变化量与物体受到浮力大小变化量之间关系。
1.弹簧秤示数变化量与浮力变化量之间关系。
由图可知，弹簧秤对物体的拉力F=G-F浮，F1 =G- F浮1，F2 =G- F浮2
F1- F2 = F浮1- F浮2
△F= F1- F2 △F浮= F浮1-F浮2
△F = △F浮
弹簧秤对物体拉力（弹簧秤示数）变化量与物体受到浮力变化量相等。
2.圆柱形容器底受到压力变化量与浮力变化量之间关系。
由图可知，物体浸在水中，与水发生相互作用，水对物体产生向上的托力作用，即浮力，物体对水产生向下的作用力F物，其相互作用力大小相等，即F物=F浮，容器底受到的压力F=F水+F物=G水+F浮，因G水大小不变，即△F=△F浮
3.浮力与台秤示数之间变化关系。
同理，台秤的示数=台秤受到的压力F=F水+ F烧杯+F物=G水+G烧杯+F浮，因G水和G烧杯大小不变，即△F=△F浮
归纳起来，在该浮力变化过程中，下列物理量的变化量是相等的。
△F浮= △F弹簧秤 = △F台秤= △F容器底
三、应用同一物体先后静止于不同液体时所处状态的判断方法巧解题
同一物体静止于不同液体中，会是下列三种状态之一，ρ物与ρ夜、F浮与 G 、 V排与V物大小有如下关系：
当物体漂浮于液面上：ρ物﹤ρ夜， F浮 = G ， V排 ﹤ V物；
当物体悬浮于液体内，ρ物 = ρ夜， F浮 = G ， V排 = V物；
当物体沉底于液体底，ρ物﹥ρ夜， F浮 ﹤ G ， V排 = V物；
1.判斷同一物体静止于不同液体时所处状态方法有如下二种：
一是根据物体密度与液体密度大小进行判断：
当ρ物﹤ρ夜：物体漂浮于液面上；
当ρ物 = ρ夜：物体悬浮于液体内；
当ρ物﹥ρ夜；物体沉底于液体底；
二是根据物体静止于不同液体中时，所受浮力和排开液体体积大小来判断：
当只有F浮为最大时，物体漂浮于该液面上；
当F浮和V排同时为最大时，物体悬浮于该液体内；
当只有V排最大时，物体沉于液体底部。
2.规律应用示例：
例3.将一物体放入足够多的水中静止时，排开水的体积为90cm3，在将其放入足够多的酒精中，排开了80g酒精。那么物体的密度为多少？（ ρ酒精= 0.8×103 ㎏/m3）
解：根据题意可知，物体V排水=90cm3﹤ V排酒精=100cm3 F浮水=9N﹥F浮酒精=8N
故 物体静止在水中时处于漂浮状态，静止酒精中处于沉底状态。
则：物体重力G= F浮水=9N
m=G/g= 9N/10N/㎏=0.9 ㎏
物体体积V= V排酒精=100cm3 = 1×10-3 m3
物体密度ρ=m/v= 0.9 ㎏/1×10-3 m3 = 0.9×103 ㎏/m3
学生通过对浮力现象研究的反思，增强浮力观念，逐步形成浮力计算的解题技巧，有效进行浮力计算复习。
参考文献
[1]阎金铎主编，田世坤，胡卫平著.《物理思维轮》.
作者简介：丁根发，男，1963年生，安徽南陵人，1985年7月毕业于安徽省芜湖师范专科学校，现在任教于安徽省芜湖市南陵县籍山镇新建初级中学，中学物理高级教师，注重物理教学实践研究，主持的国家社科基金“十二五”规划（教育学科）国家专项课题《信息技术环境下初中生学习物理发展性评价方案研究》于2014年9月结题，并获良好等级；主持安徽省教育科学规划课题《农村初中物理学习资源的整合与发展性评价的实践研究》于2016年5月结题；主持研究2016年6月申请中国教育技术协会国家专项课题《基于初中物理“翻转课堂”模式下，有效发挥学生学习主体作用的教学案例研究》正在研究之中，2篇课题研究论文分别获得安徽省二、三等奖。
【关键词】浮力计算；浮力变化量；物体静止于液体中状态
【中图分类号】G623 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2018）15-0053-02
浮力现象是生产和生活中常见现象，但浮力概念性强，解决实际问题的浮力计算，要应用二力平衡、压强、密度、阿基米德原理等物理规律对浮力的施力物体和受力物体进行具体受力分析，根据已知条件，选择有效的浮力计算方法，这是初中学生全面复习浮力计算的难点。突破此难点，需要教师基于核心素养视角下，指导学生对浮力现象中物体受力平衡、浮力产生的原因、浮力大小有关因素等浮力问题的探究方法进行总结，并内化为浮力大小的计算方法，进一步形成浮力观念，逐步掌握浮力计算的系统方法。
一、将研究浮力问题的方法内化成浮力的计算方法
依据初中八年级物理沪科版教材，初中生对浮力问题进行了如下三个方面的探究，并建立了与浮力有关物理量的关系式。
1.探究浮力现象。
该探究活动中，应用二力平衡的方法对物体在液体中处于静止状态进行分析，当物体静止浮于液面时，物体受到浮力和重力是一对平衡力。即F浮=G；当物体悬挂于弹簧秤下，浸在液体中处于静止状态时，根据二力平衡原理，弹簧秤对物体的拉力F、物体受到的浮力F浮、物体受到的重力G三者的关系式为F浮=G-F。
2.探究浮力产生的原因。
根据物体浸入液体中受到液体压强大小，探究出液体对物体下底产生的压力大于物体上底面受到的液体压力，液体对物体产生了向上的压力差即物体受到的浮力，即F浮=F下-F上。
3.探究浮力大小有关因素。
经探究，浮力大小只与物体浸入液体体积和液体密度有关，验证了阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排。
在上述探究过程中，建立了浮力与有关物理量的关系式，这些关系式自然也成为浮力计算的基本公式，但需要学生从浮力观念的角度去认识上述关系式，分析浮力计算题的具体条件，应用恰当关系式计算浮力大小。
〖TP37.JPG；%30%30，Y〗二、应用与浮力有关联物理量之间的等量变化关系巧解题
浮力的施力物体是液体，浸在液体中物体与液体发生相互作用，其相互作用力大小相等，因而物体在液体中发生浮沉时，物体受到浮力大小变化与相关物理量变化有对应等量关系，利用它们等量关系，可以简化浮力计算。例如，如图2所示，弹簧测力计吊着一金属块慢慢放入装有适量水的烧杯中，台秤上放着烧杯，则弹簧秤的示数、容器底受到的压力和台秤的示数等变化量与物体受到浮力大小变化量之间关系。
1.弹簧秤示数变化量与浮力变化量之间关系。
由图可知，弹簧秤对物体的拉力F=G-F浮，F1 =G- F浮1，F2 =G- F浮2
F1- F2 = F浮1- F浮2
△F= F1- F2 △F浮= F浮1-F浮2
△F = △F浮
弹簧秤对物体拉力（弹簧秤示数）变化量与物体受到浮力变化量相等。
2.圆柱形容器底受到压力变化量与浮力变化量之间关系。
由图可知，物体浸在水中，与水发生相互作用，水对物体产生向上的托力作用，即浮力，物体对水产生向下的作用力F物，其相互作用力大小相等，即F物=F浮，容器底受到的压力F=F水+F物=G水+F浮，因G水大小不变，即△F=△F浮
3.浮力与台秤示数之间变化关系。
同理，台秤的示数=台秤受到的压力F=F水+ F烧杯+F物=G水+G烧杯+F浮，因G水和G烧杯大小不变，即△F=△F浮
归纳起来，在该浮力变化过程中，下列物理量的变化量是相等的。
△F浮= △F弹簧秤 = △F台秤= △F容器底
三、应用同一物体先后静止于不同液体时所处状态的判断方法巧解题
同一物体静止于不同液体中，会是下列三种状态之一，ρ物与ρ夜、F浮与 G 、 V排与V物大小有如下关系：
当物体漂浮于液面上：ρ物﹤ρ夜， F浮 = G ， V排 ﹤ V物；
当物体悬浮于液体内，ρ物 = ρ夜， F浮 = G ， V排 = V物；
当物体沉底于液体底，ρ物﹥ρ夜， F浮 ﹤ G ， V排 = V物；
1.判斷同一物体静止于不同液体时所处状态方法有如下二种：
一是根据物体密度与液体密度大小进行判断：
当ρ物﹤ρ夜：物体漂浮于液面上；
当ρ物 = ρ夜：物体悬浮于液体内；
当ρ物﹥ρ夜；物体沉底于液体底；
二是根据物体静止于不同液体中时，所受浮力和排开液体体积大小来判断：
当只有F浮为最大时，物体漂浮于该液面上；
当F浮和V排同时为最大时，物体悬浮于该液体内；
当只有V排最大时，物体沉于液体底部。
2.规律应用示例：
例3.将一物体放入足够多的水中静止时，排开水的体积为90cm3，在将其放入足够多的酒精中，排开了80g酒精。那么物体的密度为多少？（ ρ酒精= 0.8×103 ㎏/m3）
解：根据题意可知，物体V排水=90cm3﹤ V排酒精=100cm3 F浮水=9N﹥F浮酒精=8N
故 物体静止在水中时处于漂浮状态，静止酒精中处于沉底状态。
则：物体重力G= F浮水=9N
m=G/g= 9N/10N/㎏=0.9 ㎏
物体体积V= V排酒精=100cm3 = 1×10-3 m3
物体密度ρ=m/v= 0.9 ㎏/1×10-3 m3 = 0.9×103 ㎏/m3
学生通过对浮力现象研究的反思，增强浮力观念，逐步形成浮力计算的解题技巧，有效进行浮力计算复习。
参考文献
[1]阎金铎主编，田世坤，胡卫平著.《物理思维轮》.
作者简介：丁根发，男，1963年生，安徽南陵人，1985年7月毕业于安徽省芜湖师范专科学校，现在任教于安徽省芜湖市南陵县籍山镇新建初级中学，中学物理高级教师，注重物理教学实践研究，主持的国家社科基金“十二五”规划（教育学科）国家专项课题《信息技术环境下初中生学习物理发展性评价方案研究》于2014年9月结题，并获良好等级；主持安徽省教育科学规划课题《农村初中物理学习资源的整合与发展性评价的实践研究》于2016年5月结题；主持研究2016年6月申请中国教育技术协会国家专项课题《基于初中物理“翻转课堂”模式下，有效发挥学生学习主体作用的教学案例研究》正在研究之中，2篇课题研究论文分别获得安徽省二、三等奖。