基于核心素養視角下浮力計算復習

【摘 要】將浮力研究方法內化為浮力計算方法能夠有效解答浮力計算題，應用與浮力有關聯物理量的等量變化關系和同一物體在不同液體中狀態的準確判斷方法能夠巧解浮力計算題。

【關鍵詞】浮力計算；浮力變化量；物體靜止于液體中狀態

【中圖分類號】G623 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2018）15-0053-02

浮力現象是生產和生活中常見現象，但浮力概念性強，解決實際問題的浮力計算，要應用二力平衡、壓強、密度、阿基米德原理等物理規律對浮力的施力物體和受力物體進行具體受力分析，根據已知條件，選擇有效的浮力計算方法，這是初中學生全面復習浮力計算的難點。突破此難點，需要教師基于核心素養視角下，指導學生對浮力現象中物體受力平衡、浮力產生的原因、浮力大小有關因素等浮力問題的探究方法進行總結，并內化為浮力大小的計算方法，進一步形成浮力觀念，逐步掌握浮力計算的系統方法。

一、將研究浮力問題的方法內化成浮力的計算方法

依據初中八年級物理滬科版教材，初中生對浮力問題進行了如下三個方面的探究，并建立了與浮力有關物理量的關系式。

1.探究浮力現象。

該探究活動中，應用二力平衡的方法對物體在液體中處于靜止狀態進行分析，當物體靜止浮于液面時，物體受到浮力和重力是一對平衡力。即F浮=G；當物體懸掛于彈簧秤下，浸在液體中處于靜止狀態時，根據二力平衡原理，彈簧秤對物體的拉力F、物體受到的浮力F浮、物體受到的重力G三者的關系式為F浮=G-F。

2.探究浮力產生的原因。

根據物體浸入液體中受到液體壓強大小，探究出液體對物體下底產生的壓力大于物體上底面受到的液體壓力，液體對物體產生了向上的壓力差即物體受到的浮力，即F浮=F下-F上。

3.探究浮力大小有關因素。

經探究，浮力大小只與物體浸入液體體積和液體密度有關，驗證了阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排。

在上述探究過程中，建立了浮力與有關物理量的關系式，這些關系式自然也成為浮力計算的基本公式，但需要學生從浮力觀念的角度去認識上述關系式，分析浮力計算題的具體條件，應用恰當關系式計算浮力大小。

〖TP37.JPG；%30%30，Y〗二、應用與浮力有關聯物理量之間的等量變化關系巧解題

浮力的施力物體是液體，浸在液體中物體與液體發生相互作用，其相互作用力大小相等，因而物體在液體中發生浮沉時，物體受到浮力大小變化與相關物理量變化有對應等量關系，利用它們等量關系，可以簡化浮力計算。例如，如圖2所示，彈簧測力計吊著一金屬塊慢慢放入裝有適量水的燒杯中，臺秤上放著燒杯，則彈簧秤的示數、容器底受到的壓力和臺秤的示數等變化量與物體受到浮力大小變化量之間關系。

1.彈簧秤示數變化量與浮力變化量之間關系。

由圖可知，彈簧秤對物體的拉力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

彈簧秤對物體拉力（彈簧秤示數）變化量與物體受到浮力變化量相等。

2.圓柱形容器底受到壓力變化量與浮力變化量之間關系。

由圖可知，物體浸在水中，與水發生相互作用，水對物體產生向上的托力作用，即浮力，物體對水產生向下的作用力F物，其相互作用力大小相等，即F物=F浮，容器底受到的壓力F=F水+F物=G水+F浮，因G水大小不變，即△F=△F浮

3.浮力與臺秤示數之間變化關系。

同理，臺秤的示數=臺秤受到的壓力F=F水+ F燒杯+F物=G水+G燒杯+F浮，因G水和G燒杯大小不變，即△F=△F浮

歸納起來，在該浮力變化過程中，下列物理量的變化量是相等的。

△F浮= △F彈簧秤 = △F臺秤= △F容器底

三、應用同一物體先后靜止于不同液體時所處狀態的判斷方法巧解題

同一物體靜止于不同液體中，會是下列三種狀態之一，ρ物與ρ夜、F浮與 G 、 V排與V物大小有如下關系：

當物體漂浮于液面上：ρ物﹤ρ夜， F浮 = G ， V排 ﹤ V物；

當物體懸浮于液體內，ρ物 = ρ夜， F浮 = G ， V排 = V物；

當物體沉底于液體底，ρ物﹥ρ夜， F浮 ﹤ G ， V排 = V物；

1.判斷同一物體靜止于不同液體時所處狀態方法有如下二種：

一是根據物體密度與液體密度大小進行判斷：

當ρ物﹤ρ夜：物體漂浮于液面上；

當ρ物 = ρ夜：物體懸浮于液體內；

當ρ物﹥ρ夜；物體沉底于液體底；

二是根據物體靜止于不同液體中時，所受浮力和排開液體體積大小來判斷：

當只有F浮為最大時，物體漂浮于該液面上；

當F浮和V排同時為最大時，物體懸浮于該液體內；

當只有V排最大時，物體沉于液體底部。

2.規律應用示例：

例3.將一物體放入足夠多的水中靜止時，排開水的體積為90cm3，在將其放入足夠多的酒精中，排開了80g酒精。那么物體的密度為多少？（ ρ酒精= 0.8×103 ㎏/m3）

解：根據題意可知，物體V排水=90cm3﹤ V排酒精=100cm3 F浮水=9N﹥F浮酒精=8N

故 物體靜止在水中時處于漂浮狀態，靜止酒精中處于沉底狀態。

則：物體重力G= F浮水=9N

m=G/g= 9N/10N/㎏=0.9 ㎏

物體體積V= V排酒精=100cm3 = 1×10-3 m3

物體密度ρ=m/v= 0.9 ㎏/1×10-3 m3 = 0.9×103 ㎏/m3

學生通過對浮力現象研究的反思，增強浮力觀念，逐步形成浮力計算的解題技巧，有效進行浮力計算復習。

參考文獻

[1]閻金鐸主編，田世坤，胡衛平著.《物理思維輪》.

作者簡介：丁根發，男，1963年生，安徽南陵人，1985年7月畢業于安徽省蕪湖師范專科學校，現在任教于安徽省蕪湖市南陵縣籍山鎮新建初級中學，中學物理高級教師，注重物理教學實踐研究，主持的國家社科基金“十二五”規劃（教育學科）國家專項課題《信息技術環境下初中生學習物理發展性評價方案研究》于2014年9月結題，并獲良好等級；主持安徽省教育科學規劃課題《農村初中物理學習資源的整合與發展性評價的實踐研究》于2016年5月結題；主持研究2016年6月申請中國教育技術協會國家專項課題《基于初中物理“翻轉課堂”模式下，有效發揮學生學習主體作用的教學案例研究》正在研究之中，2篇課題研究論文分別獲得安徽省二、三等獎。