學(xué)習(xí)了浮力知識以后,阿基米德定律很多同學(xué)都知道,可在解決實際問題時,由于該節(jié)知識容易拓展延伸,有關(guān)浮力問題變化多端,往往容易出現(xiàn)差錯。如對知識理解不透,概念混淆、審題不仔細(xì),受表面現(xiàn)象所迷惑而忽略了隱含條件或者是中間的重要環(huán)節(jié),抓不住解題的關(guān)鍵、已有的感性認(rèn)識中的錯覺起作用等等。解答物理問題,找出學(xué)生知識應(yīng)用中的錯誤和克服辦法,對于加深和擴展學(xué)生的物理知識,培養(yǎng)學(xué)生的智力,都具有重要意義。下面就學(xué)生在有關(guān)浮力知識應(yīng)用中的一些錯誤進(jìn)行分析,希望對同學(xué)們的學(xué)習(xí)有所幫助。
1 搞清楚物體浮沉狀態(tài),再解題
例 把一個體積為1×10-2m3 ,質(zhì)量為7kg的物體放入水中,該物體靜止時所受浮力多大?
因為阿基米德定律應(yīng)用多,故部分學(xué)生看見有體積,受思維定勢的影響,因此錯解:F =ρ g V = 1×103 kg/m3× 9.8N/kg× 1×10-2m3= 98N
分析 錯誤的解法是沒有仔細(xì)審題,忽視了題目的隱含條件ρ物 <ρ水, 已經(jīng)知道物體的體積和質(zhì)量,就該先判定物體的狀態(tài),即在水中靜止時是漂浮、懸浮或沉底。從而確定計算浮力的方法。因為ρ物 = m/V =7kg/1×10-2m3 = 0.7×103kg/m3,ρ物 <ρ水 ,所以,物體漂浮。由浮在液面的條件可知:F浮=mg=7kg× 9.8N/kg=68.6 N
2 清楚物體浮沉狀態(tài)后,應(yīng)用阿基米德原理進(jìn)行分析
例 用同種材料制成的體積相同的甲、乙兩個球,放入同種液體中,靜止后的位置如圖所示。兩球所受的重力和浮力可能是( )
A.G甲 >G乙, F甲 >F乙,
B.G甲 < G乙, F甲 < F乙,
C.G甲 =G乙, F甲 >F乙,
D.G甲 < G乙, F甲 > F乙,
學(xué)生在日常生活中接觸了有關(guān)物體的浮沉現(xiàn)象,以致形成了一個概念,能浮起來的物體受到浮力,沉底的物體不受浮力,認(rèn)為:同種材料制成的體積相同的物體質(zhì)量相等,所受重力相等,浸在液體中的物體,受到浮力大的上浮,受到浮力小的下沉;或認(rèn)為漂浮時浮力等于物重,下沉浮力小于物重,故應(yīng)選C。
分析 前者由先驗錯覺所致,后者是知識遷移發(fā)生錯誤引起。浸在液體里的物體受到向上的浮力,浮力的大小由物體排開的液體重來判定。根據(jù)阿基米德定律F浮=ρ液V排 g,甲球排開的液體少,所受浮力小。又由物體浮在夜面的條件和物體浮沉條件可知,甲球所受的浮力等于所受的重力,乙受到的重力大于浮力,所以下沉停留在液體底部,兩球所受的重力不等,故C不正確。從圖中所示的位置可知,同種材料制成的體積相同的兩球中甲肯定是空心的,如果乙是空心的,則甲的空心部分更大,所以甲球的重力小,因此答案B正確。
3 不能用阿基米德原理分析時,要注意用受力分析法
例 一支試管中裝有適量的砂子, 放在圖甲液體中受到的浮力為F1,放在圖乙液體中受到的浮力為F2,則
A.F1>F2
B.F1 C.F1=F2 學(xué)生往往把排開液體的大小與浮力大小等同,常認(rèn)為物體浸入液體部分多的浮力就大,而忽視了液體的密度,因此錯解:同一支試管浸在兩種液體中,浸沒在液體中那部分體積大的受到的浮力就大,反之則小,圖甲中密度計浸得深些,因此浮力大些,故選A。 分析 這是把浮力的大小與物體排開的液體的體積等同起來了。浸入液體中的物體,它所受的浮力大小取決于兩個因素,一個是物體排開液體的體積,另一個是液體的密度。此題利用阿基米德定律不便判定,轉(zhuǎn)化方法,根據(jù)物體受力的平衡條件,可知同一密度計在不同液體中受到的浮力是相等的。圖甲和圖乙中密度計都處于平衡狀態(tài),浮力等于重力,而兩圖中是同一個密度計,重力是不變的,所以,兩者浮力相等,故答案C正確。 綜上所述,在用浮力知識解題的過程中,首先要明確研究對象,然后根據(jù)研究對象的運動狀態(tài),正確分析研究對象的受力情況,再依據(jù)相應(yīng)的浮沉條件和原理解答。并且在解題時,一定要仔細(xì)審題,究竟用何種方法求解浮力,應(yīng)由題設(shè)條件而選擇,切記生搬硬套。當(dāng)然,要熟練運用不同的方法解題并不是一蹴而就的事,必須經(jīng)過一定量的練習(xí)和解題經(jīng)驗的總結(jié)才能運用自如。如果我們善于利用各種錯例,分析錯誤原因,糾正錯誤解法,從中吸取教訓(xùn),無疑會提高我們知識應(yīng)用的能力。 “本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文”