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。