1、浮力大小測定
物體所受的浮力等于物體在液面外彈簧秤讀數(shù)F1(即為物體的重力G)與浸在液體中彈簧秤讀數(shù)F2之差。即F浮=F1-F2
例1、一金屬塊所受的重力為26.5牛,用彈簧秤吊著金屬塊浸在水中,這時彈簧秤的示數(shù)為16.7牛,則金屬塊受到水對它的浮力為多少?
解:由金屬塊浸在液體中受力分析,可得:
F浮=G-F=26.5牛-16.7牛=9.8牛。
2、浮力產(chǎn)生原因分析
如果物體與容器底部不密合情況下,浸在液體里的物體,由于液體內(nèi)部的壓強隨深度的增加而增加,所以物體受到向上壓力大于向下壓力,物體受到向上與向下的壓力差即為物體受到的浮力。即F浮=F上-F下。
浮力的方向總是豎直向上的;如果物體底部與容器底部密合時,則底部受向上的壓力為零,即浮力也為零。
例2、把邊長為10厘米的正方體物塊水平地浸入水中,其上表面距水面5厘米,則這個物塊上表面受到的壓力大小為_____牛,下表面受到的壓力大小為_____牛,其浮力的大小為_______。若該物體下沉到盛水容器的底部,且與底部緊密結(jié)合,則該物體受到的浮力是_____牛。
解:上表面所在處的液體的壓強為p=籽gh=103千克/米3×9.8牛/千克×0.05米=490帕
下表面所在處的液體的壓強為p=籽gh=103千克/米3×9.8牛/千克×0.15米=1470帕
物塊上表面受到的向下的壓力大小為F下=pS=490帕×(0.1米)2=4.9牛。物塊下表面受到的向上的壓力大小為F上=pS=1470帕×(0.1米)2=14.7牛。
物塊左右兩側(cè)面受到的壓力相平衡。
所以物塊受到的浮力大小為F浮=F上-F下=14.7牛-4.9牛=9.8牛。如果物體底部與容器底部密合,則物體受到的浮力為0牛。
3、對浮體或懸浮體,由平衡條件可知:F=G
如果題中已知明確是浮體問題,應(yīng)抓住浮體平衡條件來求F=G,但往往題目給予一些條件(如多余),需要先進行判斷物體所處的狀態(tài)。即弄清物理情景,才能得出正確的結(jié)果。
例3、質(zhì)量為0.5千克的鐵球的體積為6×10-4m3,將它放入水中,求鐵球靜止后受到的浮力?
此題如想當(dāng)然認(rèn)為鐵球應(yīng)沉入水底,簡單認(rèn)為V排=V球,進而求出F浮
=籽gh=103千克/米3×6×10-4m3×9.8牛/千克=5.88牛重力G=mg=0.5千克×9.8牛/千克=4.9牛,而如果浸沒顯然F浮>G,鐵球?qū)⑸细。詈筇幱谄顟B(tài)。
因此應(yīng)根據(jù)判定:物體處于漂浮狀態(tài),由平衡條件得F=G=4.9牛。
4、運用阿基米德原理求浮力即F浮=籽vg
。1)若已知物體排開液體的體積和液體的密度,即可直接用F浮=籽vg來求解。例4、密度是8.9×103千克/米3、體積是20厘米3的銅塊,浸沒在密度為0.8×103千克/米3的液體中,則排開液體的體積是________厘米3,排開液體受到的重力是________牛,銅塊受到的浮力是_____牛。
解:因物體浸沒,故排開液體的體積即為物體的體積,排開液體的重力等于物體受到的浮力。
所以F浮=籽vg=0.8×103千克/米3×20×10-4米3×9.8牛/千克=0.1568牛。
。2)阿基米德原理可知,浮力的大小等于物體排開液體所受的重力。若已知物體排開液體的重力(或質(zhì)量等),可直接求出物體受到的浮力。
例5、將重10牛的物體放入盛有水的溢杯里,測得溢出的水重為3牛,該物體所受的浮力大小范圍應(yīng)是_______。
解:對物塊放入杯中的情況,溢杯有兩種可能:(1)如果是盛滿的,排開水的重力為3牛,物體所受的浮力就是3牛。
(2)如果未盛滿,則應(yīng)分三種可能情況:①當(dāng)物體處于漂浮(ρ物<ρ
水)時:物體排開水的重力應(yīng)大于溢出水的重力。即一定大于3牛。因物體漂浮,故F=G=10牛。②當(dāng)物體處于懸。é盐铮溅阉⿻r:同樣可根據(jù)物體的懸浮條件得:F=G=10牛。③當(dāng)物體處于沉底時(ρ物>ρ水):有F<G=10牛,且因杯子未盛滿,物體排開水的體積大于溢出水的體積,即有浮力大于溢出水的重力,F(xiàn)>3牛。所以3牛<F<10牛。
綜上所述:3!蹻≤10牛需要注意的是:當(dāng)原杯子盛滿時,有V排=V溢;當(dāng)原杯子未盛滿時,有V排>V溢。
所以,物體排開液體的體積大于或等于杯中溢出的液體體積。物體所受的浮力大于或等于杯中溢出的液體的重力。
綜上所述,解題時往往根據(jù)具體題給條件進行分析、判斷,明確物理情景,然后由已知條件選擇計算浮力的最佳途徑,還可求出與浮力有關(guān)的如液體密度、排開液體的體積等一系列問題。
浮力是初中物理中的重點內(nèi)容,也是初中學(xué)生感到難度最大、綜合性最強的部分。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)同學(xué)對如何計算物體的浮力,往往只會套用公式,不會靈活運用。如何能讓同學(xué)理清思路,正確、快捷地解決浮力這一類問題,下面結(jié)合實例從浮力的測定、產(chǎn)生原因、物體平衡知識及阿基米德原理,談浮力計算的四種方法:
作者:晉元高級中學(xué)附校趙建芳
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