消除“輪船浮力變大”思維誤區的四種方法

在學習《浮力》時，有相當多的學生錯誤地認為：一艘輪船從河里駛入海里，由于輪船排開的水體積變小，輪船就會上浮一些，這主要是因為輪船受到的浮力變大了，所以輪船才會上浮起來。這種順勢思維看起來似乎很符合自然邏輯，然而卻是走進了典型性的思維誤區。學生只是簡單地“以看表面”為主，沒有真正地“透視”到物理本質。那么，如何消除“輪船浮力變大”的思維誤區呢？下面總結能夠有效消除這種錯誤思維的四種方法，以供參考。

一、“二力平衡”分析法

我們知道，不管是在河里還是在海里航行，輪船不會被淹沒，都處于漂浮狀態。在豎直方向上，輪船處于靜止狀態，僅受到浮力和重力的作用。根據二力平衡條件可知，輪船受到的浮力大小等于輪船自身重力的大小，而輪船的重力不變，所以輪船在河里和在海里行駛時受到的浮力大小是相同的。

那么，為什么輪船從河里駛入海里受到的浮力不變，它卻會上浮一些呢？根據阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，因為海水的密度比河水的密度大，因而輪船在海中行駛時排開的海水體積比在河里排開的河水體積小，由于輪船排開的水體積變小，輪船由河里駛入海里，就會上浮一些。

二、“牛頓第三定律”推理法

由于輪船受到重力的作用，所以它在水上航行時，要對水產生一個向下的壓力，壓力大小等于輪船重力大?。煌瑫r，水也要對輪船產生一個向上的作用力，這個作用力是浮力。水對輪船產生的浮力和輪船對水的壓力就是相互作用力，相互作用力的大小是相等的。

如果按照“輪船從河里駛入海里，因為輪船受到的浮力變大了，所以輪船才會上浮起來一些”的膚淺認識來推理，輪船在海里受到的浮力變大了，也就意味著輪船對水的壓力變大了，也就是說，輪船的重力變大了。可是同樣的一艘輪船，從河里駛入海里，它受到的重力是不變的，它對水的壓力大小不變，水對它的作用力（浮力）也是不變的。

通過這樣的推理，證明了這種膚淺的認識是站不住腳的，問題也就迎刃而解了。

三、“阿基米德原理”實驗法

根據阿基米德原理可知，浸在液體中的物體所受的浮力大小等于它排開的液體受到的重力，因此只要能測出輪船在河里和海里排開的水受到的重力就能比較它所受到的浮力大小了。

可是要實地測出輪船在河里和海里排開的水受到的重力，難度很大。我們可以利用代替等效法來證明，由于河水和海水的密度不同，我們可用煤油和水這兩種密度不同的液體來代替（密度差別較大，排開的液體體積觀察較明顯），輪船用塑料杯（在杯中放入小石塊，目的是可改變物重）來代替。

實驗方法：

如圖1所示，在兩個溢水杯中分別盛滿水和煤油，把內裝有石塊的塑料杯分別輕放入水和煤油中，用兩個空的小桶（質量相同，可用礦泉水塑料瓶自制）接溢出的液體，直到液體不溢出為止，然后用彈簧測力計分別測出兩個小桶所盛液體受到的重力大小。

在這個實驗中，兩個測力計的示數大小都為0.8N，說明杯子排開的液體所受的重力相等，有力地證明了輪船在河里和海里受到的浮力大小相等。

通過實驗，學生還可以直觀地觀察到杯子在水中排開的水體積少一些，在水中多上浮一些。這樣，輪船所受浮力大小得到有效驗證，排開的液體體積大小以及上浮或下沉一些也得到了更有力地證實。

四、“原理產生”實驗法

教材給出浮力的概念是：浸在液體中的物體受到液體向上托的力，這個力叫做浮力。如果能夠測出或演示“液體向上托的力”的大小，就能比較輪船在河里和海里所受到的浮力大小情況。

如圖2所示，是筆者自制的一個演示浮力大小的教具，在一個漏斗（漏斗內裝有木塊，以增大重力）的大口處用橡皮膜封住，小口處通過膠管與U型管相連，U型管兩邊畫有刻度，在U型管里裝有紅墨水。自制的演示浮力大小的教具可以漂浮在液面上。

先把自制演示浮力大小裝置放入盛有水的容器中，靜止時記下U型管兩邊的液面高度差，再把它放入盛有煤油的容器中，靜止時記下U型管兩邊的液面高度差。實驗發現兩種情況下U型管兩邊的液面高度差相等，說明漂浮在不同液體中的物體，受到液體向上托的力是相等的，即受到的浮力大小相同，從而證明輪船在河里和海里航行時所受到的浮力大小是相等的。再根據阿基米德原理就可判定輪船在河里和在海里排開的液體體積大小以及輪船是上浮一些還是下沉一些了。

（責任編輯 黃春香）