初中物理浮力的巧解

吳 琴

(廣東省深圳市光明區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 廣東 深圳 518106)

浮力是初中物理中的難點(diǎn)，因?yàn)樗C合了重力、壓力、壓強(qiáng)、密度等所有初中力學(xué)知識(shí)。很多學(xué)生一學(xué)到浮力內(nèi)容就陷入了“剪不斷，理還亂”的怪圈，這道題好不容易弄懂了，但題目稍一變化，又不會(huì)了。說到底，還是學(xué)生解決問題的方法沒掌握，運(yùn)用知識(shí)的能力沒提高，知識(shí)的遷移能力不夠。這就要求我們教師在講解浮力知識(shí)時(shí)要系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際，多舉實(shí)例并由淺入深。講習(xí)題時(shí)注意以點(diǎn)帶面，歸類總結(jié)，舉一反三，著重學(xué)生的易錯(cuò)易混點(diǎn)，反復(fù)練習(xí)，突破難點(diǎn)。

下面我就浮力小題中的兩類易錯(cuò)題舉例進(jìn)行分析，希望能夠拋磚引玉，與大家共勉。

類一：根據(jù)物體的狀態(tài)，利用阿基米德原理或浮沉條件判斷比較浮力大小

例1:如圖所示，兩容器中分別盛有甲乙液體，將一個(gè)由某種材料制成的實(shí)心球放入甲液體中，小球漂浮在液面上；若把它放入乙液體中，小球沉入杯底。則比較小球在兩液體中所受的浮力F甲F乙，兩液體的密度ρ甲ρ乙。

解析：本題的關(guān)鍵詞是同一個(gè)小球，不同的液體，因?yàn)樵诩滓后w中小球漂浮，由浮沉條件知，浮力等于小球的重力；在乙液體中，小球下沉，由浮沉條件知，浮力小于小球的重力所以浮力F甲>F乙。注意此時(shí)不能用阿基米德原理判斷浮力大小，因?yàn)楣紽浮=ρ液gV排中，ρ液和V排兩個(gè)量都不同，所以只能用浮沉條件去判斷。再根據(jù)浮沉條件與密度的關(guān)系可知，ρ液>ρ物，物體上浮至漂浮，ρ液﹤ρ物，物體下沉，所以ρ甲>ρ乙

例2:如圖所示，將兩塊相同的橡皮泥做成實(shí)心球形和碗形，分別放入相同的甲、乙兩杯水中，靜止時(shí)甲杯中橡皮泥所受的浮力為F甲，乙杯中橡皮泥所受的浮力為F乙，則F甲F乙(填“>、﹤或=”)，______杯中水面升高得多。

解析：本題的關(guān)鍵詞是相同的橡皮泥，相同的液體，不同的形狀，同一物體重力相同，由浮沉條件可知，漂浮時(shí)F浮=G物，下沉?xí)rF浮﹤G物，所以F甲﹤F乙，再根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)浮= ρ液gV排，ρ液相同，所以V排甲﹤V排乙，乙杯中水面升高得多。注意此題相當(dāng)于輪船的原理，乙中的橡皮泥做成空心的，增大了排開水的體積，從而增大了可利用的浮力。

例3:體積相同的甲、乙、丙三個(gè)小球，放在同一液體中靜止后的位置，甲漂浮乙懸浮丙下沉，如圖所示，三個(gè)小球所受浮力的關(guān)系是F甲F乙F丙，三小球的密度關(guān)系是ρ甲ρ乙ρ丙。

解析：本題的關(guān)鍵詞是同種液體，體積相同、不同材料的小球，根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)浮= ρ液gV排，同種液體中ρ液相同，比較浮力，只需比較V排即可，V排甲﹤V排乙=V排丙所以由圖可知F甲﹤F乙=F丙，再根據(jù)浮沉條件與密度的關(guān)系可知，ρ液>ρ物，物體上浮至漂浮，ρ液=ρ物物體懸浮，ρ液﹤ρ物，物體下沉，所以ρ甲﹤ρ乙﹤ρ丙。

例4:在幫媽媽做家務(wù)的時(shí)候，小明發(fā)現(xiàn)兩根相同體積的筷子，甲浮在水面上，乙沉在水底，如圖，由此可知甲比乙( )

A.所受浮力小 B.質(zhì)量大

C.所受壓強(qiáng)大 D.密度大

解析：本題的關(guān)鍵詞是同種液體，體積相同的不同材料的筷子，分析可見，此題與例3道理相同，根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)浮=ρ液gV排，同種液體中ρ液相同，比較浮力，只需比較V排即可，V排甲﹤V排乙，所以F甲﹤F乙，再根據(jù)浮沉條件與密度的關(guān)系可知，ρ甲﹤ρ液，ρ乙>ρ液，所以ρ甲﹤ρ乙，由密度公式m=ρV，V相等，可知m甲﹤m乙，由液體的壓強(qiáng)P=ρgh知，深度越大，壓強(qiáng)越大，P甲﹤P乙，所以此題選A。

類二：深入理解阿基米德原理的內(nèi)容，并會(huì)靈活應(yīng)用，結(jié)合密度巧妙運(yùn)用密度的兩套單位，根據(jù)物體質(zhì)量與排開液體質(zhì)量的關(guān)系解決浮沉情況。

例1:小明將質(zhì)量為120g的物體放入盛滿水的溢水杯中，當(dāng)物體靜止時(shí)，溢水杯中溢出了100cm3的水，則物體(g取10N/kg)( )

A.漂浮在水面上 B.懸浮在水中 C.沉在溢水杯底部 D.受到1.2N的浮力

解析：由溢出水的體積可得溢出水的質(zhì)量，水的密度ρ水=1g/cm3，m排=ρ水V排=1g/cm3×100cm3=100g，則溢出水的質(zhì)量為100g，∴m物>m排，G=mg即G物>G排，即G物>F浮(阿基米德原理F浮=G排)，所以物體下沉，選C。

例2:把一塑料塊(ρ塑=0.9×103kg/m3)放入盛滿酒精的燒杯中，靜止時(shí)溢出8g酒精(ρ酒=0.8×103kg/m3)，若它放在盛滿水的燒杯中，則從杯中溢出的水的質(zhì)量是______g。(g取10N/kg)

解析：∵ρ塑>ρ酒，∴塑料塊在酒精中下沉，m排酒=8g，ρ酒=0.8×103kg/m3=0.8g/cm3，∴V塑=V排=m排酒/ρ酒=8g/0.8g/cm3=10cm3，m塑=ρ塑V塑==0.9g/cm3×10cm3=9g；又∵ρ塑﹤ρ水，∴塑料塊在水中漂浮，F(xiàn)浮=G塑，即G排水=G塑(阿基米德原理F浮=G排)，m排水=m塑=9g。

例3:杯中盛滿水，將一密度為0.9×103kg/m3的塑料小球輕輕放入水中，溢出10g的水，若將該塑料球輕輕放入盛滿酒精的杯中，酒精的密度為0.8×103kg/m3.則溢出的酒精質(zhì)量( )

A、等于10g B、大于10g C、小于10g D無法確定

解析：∵ρ塑﹤ρ水，∴塑料塊在水中漂浮，F(xiàn)浮=G塑，即G排水=G塑(阿基米德原理F浮=G排)，m排水=m塑=10g。又∵ρ塑>ρ酒，∴塑料塊在酒精中下沉，F(xiàn)浮酒﹤G塑，即G排酒﹤G塑，m排酒﹤m塑，∴m排酒﹤10g，選C。

以上三例，靈活運(yùn)用了密度的兩套單位和阿基米德原理的公式，浮力等于排開液體的重力，比較重力和浮力大小也就是比較G物和G排，也就是比較m物和m排，再巧妙的結(jié)合密度公式和單位換算，省去了直接計(jì)算浮力的繁瑣過程，使問題簡單化，但對學(xué)生的理解能力和靈活運(yùn)用知識(shí)的能力要求更高了。