浮力 阿基米德原理學(xué)習(xí)方法導(dǎo)航

浮力阿基米德原理學(xué)習(xí)方法導(dǎo)航在用語(yǔ)言或文字表達(dá)物理量或物理概念的過(guò)程中，常常會(huì)遇到一些表面意思相近的表述，如不加以仔細(xì)的區(qū)分則很容易混淆它們的含義。因而我們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中要學(xué)會(huì)比較它們的不同內(nèi)涵，只有不斷地比較，我們對(duì)它們的內(nèi)涵的理解才會(huì)越深刻。在學(xué)習(xí)浮力問(wèn)題時(shí)當(dāng)然也少不了比較這種有效的學(xué)習(xí)方法。請(qǐng)看下面，你能比較出它們的區(qū)別嗎？物體的重力和物體排開的液體的重力。物體的體積和物體排開的液體的體積。物體的密度和液體的密度。(在下面都有說(shuō)明)物體的視重和實(shí)重。物體的體積、物體的浸入液體中的體積和物體露出液面的體積三者間的關(guān)系。物體所受重力的展開式：G物物=p物V物g物體所受浮力的展開式：F,=G=p^Vso浮排液排要學(xué)會(huì)對(duì)物理規(guī)律和原理深入的理解，對(duì)阿基米德原理也要這樣。浸入液體里的物體受到豎直向上的浮力，浮力的大小等于被物體排開的液體受到的重力的大小。這就是阿基米德原理，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式是：F『G排部液V排g。對(duì)阿基米德原理及其公式的理解，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：阿基米德原理闡明了浮力的三要素：浮力作用在浸入液體(或氣體)里的物體上，浮力的方向是豎直向上的；浮力的大小等于物體排開液體(或氣體)受到的重力，即F浮=G排液?！敖搿钡暮x，是指物體“部分進(jìn)入”或“浸沒(méi)”在液體中兩種情況下。這兩種情況下，排液體積不同，前一種情況V排＜V物，后一種情況V/V物。阿基米德原理對(duì)這兩種情況都是適用的。公式中的“排開液體的體積”即V排和物體的體積V物，它們?cè)跀?shù)值上不一定相等。當(dāng)物體浸沒(méi)在液體里時(shí)，V^=V物，此時(shí)，物體在這種液體中受到浮力最大。如果物體只有一部分體積浸入液體里，則V排＜V物，這時(shí)V物=V排+V露。當(dāng)液體的密度一定時(shí)，根據(jù)尸浮二夕液V排g，物體排開液體的體積小，物體受到的浮力就??；物體排開液體的體積大，物體受到的浮力就大。物體受到的浮力跟它排開液體的體積成正比，由此看出浮力的大小跟物體體積的大小無(wú)關(guān)。（4）根據(jù)阿基米德原理公式尸浮部液V排g，當(dāng)物體排開液體的體積V排一定時(shí)，浮力的大小跟液體的密度成正比，即浮力的大小跟液體密度p液，物體排開液體的體積V排有關(guān)，而與物體自身的重力、體積、密度、形狀無(wú)關(guān)。當(dāng)浸沒(méi)在液體里的物體受到的浮力大小也不隨物體在液體中的深度的變化而改變。（5）阿基米德原理也適用于氣體，F(xiàn).p氣V排g，而且浸在大氣里的物體，V排"物。應(yīng)用舉例：例1：體積是0.002m3的鋁塊，當(dāng)它的一半體積浸沒(méi)在水中時(shí)，鋁塊受到的浮力是多少？當(dāng)它全部浸入酒精中時(shí)，受到的浮力又是多大？（p酒=0.8X103kg/m3，p鋁=2.7X103kg/m3，g取10N/kg）思路導(dǎo)航：此題是應(yīng)用阿基米德原理的公式直接求浮力，只要將相關(guān)的物理量直接代入公式即可求解出答案。過(guò)程如下：解：F?。?p水-V排1g=1.0X103kg/m3X0.5X0.002m3X10N/kg=10NF浮2=p酒V排2g=0.8X103kg/m3X0.002m3X10N/kg=16N（運(yùn)用公式，一步到位）答：鋁塊在水和酒精中受到的浮力分別是10N和16N。方法指導(dǎo)：在應(yīng)用公式解題時(shí)，一定要注意，公式中的p是液體的密度而不是物體的密度；V是排開液體的體積，而不是物體的體積。例2：體積相同的鋁球、鐵塊（注意體積相同這個(gè)條件）和木塊，浸在液體中的情況如圖1所示，則比較它們受到的浮力圖1A.鋁球受到的浮力最大B.鋁球受到的浮力最小C.鐵塊受到的浮力最大D.它們受到的浮力一樣大.思路導(dǎo)航：根據(jù)阿基米德原理尸浮=夕液V排g可知，決定F浮大小的因素：一是液體的密度Q液，二是排開液體的體積V排，本題中的鋁球、鐵塊、木塊浸在同一種液體中，P液相同。又由于它們是全部浸沒(méi)在液體中的，而三個(gè)物體的體積是相等的，所以它們排開液體的體積V排也相同，因此應(yīng)當(dāng)選“D”，即它們受到的浮力一樣大。方法指導(dǎo)：本題同時(shí)告訴我們，浮力的大小與組成物體的物質(zhì)的密度、物體的重力、物體的形態(tài)及在全部浸沒(méi)時(shí)的深度無(wú)關(guān)。例3：圖2甲、乙、丙表示做“探究影響浮力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)情況。（1）比較甲、乙所示情況，說(shuō)明。（2）比較乙、丙所示情況，說(shuō)明。思路導(dǎo)航：本題考查了觀察和理解能力。對(duì)比甲、乙兩圖，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)減小的原因是物體受到向上的浮力；對(duì)比乙、丙兩圖，可以觀察到，物體在液體中所處的深度改變了，而彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，（這就是科學(xué)探究）說(shuō)明浮力沒(méi)有變化。答案是：（1）浸在水中的物體受到向上的浮力。（2）物體浸沒(méi)在水中時(shí)，受到的浮力大小與浸沒(méi)深度無(wú)關(guān)。例4：一個(gè)物體重2N，浸沒(méi)在水中稱重（彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)）1.75N，浸沒(méi)在某種液體中稱重1.8N，求物體的密度和這種液體的密度。圖3思路導(dǎo)航：關(guān)于解浮力問(wèn)題一般步驟是：（1）通過(guò)審題明確研究對(duì)象，確定它所處的狀態(tài)。若物體浸沒(méi)在液體中，V排=站物；若物體浮在液面上，V排＜站物。（2）分析研究對(duì)象的受力情況，畫出力的示意圖。（3）根據(jù)力的平衡原理列方程，解方程。以物體本身作為研究對(duì)象，分析其受力。在水中時(shí)受力情況如圖3所示，得平衡方程為：F拉+尸浮"物所以F浮=G物一F拉=2N-1.75N=0.25N我們要求的是物體的密度，這個(gè)量可以在G物的展開式G=p物V物中得到。歸納一下，G尹物V物g①F浮部液V排g=p液V物g②用比例法，①/②就可直接消去V物，省去求V物這一步，（這是解本題的關(guān)鍵）于是我們利用了夕水這個(gè)已知求得了夕物這個(gè)未知。第二問(wèn)的分析與上面大同小異，只是利用了P物這個(gè)已知求得了P液這個(gè)未知，當(dāng)然還可以直接利用P水去求夕物。解：（1）求物體的密度G物P物k物gF浮=水V排g=P水V物gF,=G物-F拉=2N-1.75N=0.25N所以^物=■^物FP浮浮P=MP=2NX1.0X103kg/m3=8.0X103kg/m3（先寫成表達(dá)式，再物F水0.25N浮代入數(shù)據(jù)）（2）求液體的密度

G物p物k物g礦浮部液y排g=p液q勿gF^G物-F拉=2N-1.8N=0.2N所以G-物=■^物F'P浮液=0.2N物2NP水X8.0X103kg/m3=0.8X103kg/m3=0.2N物2NP水F'pF=0.2NX1.0X103kg/m3=0.8X103kg/m3水0.25NF'pF方法指導(dǎo)：在求解浮力問(wèn)題時(shí)，涉及的概念、規(guī)律多，知識(shí)的綜合性強(qiáng)，所以在解有關(guān)浮力問(wèn)題時(shí)，要注意歸納解決方法，明確解題思路和解題步驟，尤其要掌握對(duì)研究對(duì)象的受力分析，并且根據(jù)力的平衡原理列出方程。本例題就是根據(jù)力的平衡原理求解的，即根據(jù)力的平衡原理求浮力。掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的物體浸入液體中靜止時(shí)，受三力平衡，即G物=尸浮+F拉，F(xiàn)ff=G物一F拉。本題還可以給我們這樣的啟示：利用彈簧測(cè)力計(jì)分別稱出物體在空氣中、水中、液體中時(shí)的重（視重：彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)），就可以計(jì)算出物體、液體的密度值。這給我們測(cè)算密度又開辟了一條新路。例5：彈簧測(cè)力計(jì)的下端懸掛著一只體積為5X10-4m3的合金球，將球逐漸浸入水中，當(dāng)球還有五分之一的體積未浸入水中時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)等于4.9N，已知合金的密度為6X103kg/m3，問(wèn)：合金球是實(shí)心的還是空心的？若是空心的求出空心部分的體積。思路導(dǎo)航：判斷空心、實(shí)心類型的問(wèn)題是質(zhì)量和密度部分的常見題型。而本題卻是綜合了力的平衡和浮力等知識(shí)，使題目的難度加大了。因此本題的解題關(guān)鍵是要正確找出合金球所受力的關(guān)系，當(dāng)然首先是受力分析，再根據(jù)力的平衡原理得到G=F浮+F'，求出合金球的重，那么球的體積、平均密度等一系列物理問(wèn)題就可以順利得出，判斷空心還是實(shí)心的問(wèn)題就會(huì)迎刃而解了。解：根據(jù)題意得：G=F浮+F=p水V排g+F'=103kg/血X9.8N/kgX4/5X5X10-4E+4.9N=8.82NG8.82NP球=匚=5X10-4m3X9.8N/kg螳球艮昉球Vp合金（還有多種比較法）所以合金球是空心的。合金球的體積為七=-^=88公=1.5X10-4m3合p合g6x103kg/m3x9.8N/kg空心部分的體積為V空=V球-V合