初中物理之液體中的浮力問題

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
今天,我想談一下初二下學(xué)期物理中關(guān)于液體浮力的幾個(gè)概念性問題。   首先,浮力的產(chǎn)生原因:液體內(nèi)部會(huì)有壓強(qiáng)差,這個(gè)差值會(huì)使得物體在液體中收到浮力的作用。在初中階段一般計(jì)算里所涉及的物體大多是規(guī)則圖形,也有不規(guī)則的時(shí)候,但無論哪種,一定要確定它在液體內(nèi)部是否存在壓強(qiáng)差,再行計(jì)算也不遲。   再次,受到浮力后物體的沉浮判別:物體的沉浮大致有三種情況,1漂浮,2懸浮,3下沉,這三種情況均指已經(jīng)到達(dá)穩(wěn)定的狀態(tài),所以對(duì)它們而言,都是運(yùn) 動(dòng)平衡狀態(tài),所以在我之前所講的課程中,我們要應(yīng)用平衡條件下的受力方程:向上的合力要等于向下的合力,這樣,我們就可以大致作出一些判定:   1,漂。何矬w受重力G,浮力F,此外無其他力作用,可列方程   F=G     =》    ρgv = mg   所以我們可以得到:    ρgv = ρ’ g v’   其中帶‘的均指物體的密度、體積   由此,可以知道,在漂浮的狀態(tài)下,液體密度是與物體密度有關(guān)系的。   2,同理可以知道,在懸浮的狀態(tài)下,也存在類似的關(guān)系,這里不寫出,請(qǐng)同學(xué)自行完成;   3,下沉的狀態(tài)說明物體收到的浮力不足以抗衡重力,所以必然會(huì)有另外一個(gè)力聯(lián)通浮力一起把重力平衡掉。這就是容器底部的支持力。   4,關(guān)于沉浮的條件,我們從上面幾條分析中可以得到 ρ液 <ρ物 下沉  ρ液 =ρ物 懸浮  ρ液 >ρ物 漂浮。 但同時(shí)我們也要區(qū)分一些問題,例如:同樣一個(gè)小球,放在甲液體中漂浮,放在乙液體中懸浮,問哪個(gè)液體中受到浮力較大?盡管這是一類非;镜念}目,但是同 學(xué)們?cè)谶@上面的陣亡率一直居高不下,我們做這類問題,首先就是要明確它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)到底是什么?懸浮、漂浮都是平衡,平衡就一定有受力的平衡,兩浮的情況都 是只受重力和浮力作用,所以,這個(gè)問題的答案應(yīng)該是相同的。類似的還有水杯中放入冰塊,問冰塊融化后水面是否上升?   5,在上浮、懸浮、下沉的過程中,即它們到達(dá)平衡狀態(tài)之前的非平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,有  F > G 上浮   ;    F < G 下沉 , 不過懸浮狀態(tài)比較特殊,它基本上一直處于平衡。但是我們需要問一下自己,當(dāng)一個(gè)物體在液體中向下運(yùn)動(dòng),它一定是下沉么?答案千萬不要寫下沉,因?yàn)橛锌赡軙?huì) 是上浮,也有可能是一個(gè)能夠在水中懸浮的物體緩慢向下直至懸浮的過程。   浮力方面需要好好理解的地方很多,我們看一下這樣一個(gè)很有代表性的問題:   考慮一個(gè)潛水艇,從近海進(jìn)入一條比較深的內(nèi)陸河,那么他所受的浮力是否變化,怎么變化?   一般的回答是沒有變化,這是正確的,但是考慮到潛水艇有兩種狀態(tài),漂浮和懸浮狀態(tài),所以,只回答沒有變化,似乎有一些潛在的沒有解決的問題:懸浮狀 態(tài),真的沒有變化么?如果沒有變化的話,外界海水變成了淡水,密度也會(huì)有變化,那么潛艇有可能下沉了,這顯然在之前的答案中沒有給出回答。   我們來看一下:如分析中所言,如果潛艇的質(zhì)量不變,那么從海水到淡水,水的密度在變小,潛艇排水的體積不會(huì)變,所以一定會(huì)有受的浮力減小,潛艇自然 下沉了。所以,我們需要考慮潛艇沉浮原理:潛艇是通過水倉來控制沉浮,水倉中注入水,潛艇的平均密度將增大,這時(shí)下沉;將水排除水倉后,潛艇平均密度減 小,潛艇上浮。所以當(dāng)潛艇從海水中進(jìn)入淡水區(qū)域,首先要排掉一些水,以抵抗水密度的減小造成的浮力不足,故,潛艇的質(zhì)量也會(huì)減小,當(dāng)潛艇達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí), 潛艇所受的浮力也會(huì)減小。這個(gè)問題至此也就回答的圓滿了很多。   這里留一個(gè)思考題目:如果潛艇在下潛狀態(tài),從海洋進(jìn)入內(nèi)陸河,想要保持在水中的深度不變,那么潛艇艦長(zhǎng)應(yīng)該要求水手將儲(chǔ)水倉中的水排出整個(gè)水的幾分之幾?
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