初中物理經(jīng)典解析——浮力的計算方法[1]

1、浮力的計算方法一、浮力的來源設(shè)想一個立方體浸沒在水中，如圖1所示，它的6個表面都受到水的壓力，它的左右、前后兩側(cè)受到的壓力是大小相等、方向相反的，即受力互相平衡；只有上下兩個表面由于深度不同，水的壓強(qiáng)不同，受到水的壓力也因而不相等。下表面受到水向上的壓力f1大于上表面受到水向下的壓力f2，向上和向下這兩個壓力之差就是液體對浸入物體的浮力。浮力的方向總是豎直向上的，與重力的方向相反。二、浮力大小的計算方法1兩次稱量求差法由上面的分析知道，浮力的方向是豎直向上的，與重力的方向剛好相反，所以先用彈簧測力計稱出物體在空氣中的重力f1，然后把物體浸入液體中，這時彈簧測力計的讀數(shù)為f2，則。例1 一個重2

2、n的鉤碼，把它掛在彈簧測力計下浸沒在水中時，彈簧測力計的讀數(shù)是12n，則鉤碼受到的浮力是解析由得2二力平衡法把一個物體浸沒在液體中讓其從靜止開始自由運(yùn)動，它的運(yùn)動狀態(tài)無非有三種可能：下沉、不動或上浮。物體浸沒在液體中靜止不動，叫做懸浮，上浮的物體最終有一部分體積露出液面，靜止在液面上，叫做漂浮。下沉的物體最終沉入液體的底部。根據(jù)物體的受力平衡可知，懸浮和漂浮的物體，浮力等于重力，即而下沉后的物體還要受到容器壁的支持力，故，即例2一輪船由海里航行到河里，下列說法正確的是（）a輪船在河里受到的浮力大b輪船在海里受到的浮力大c輪船所受浮力不變d無法確定浮力的大小解析輪船由海里航行到河里，根據(jù)輪船漂浮

3、的特點可知，其所受的浮力大小等于物體的重力，故正確答案為選項c。3阿基米德原理法阿基米德原理的內(nèi)容是：浸入液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體受到的重力，即阿基米德原理法常常與二力平衡法相結(jié)合使用。例3如圖2所示，把一個小球分別放入盛滿不同液體的甲、乙兩個溢水杯中，甲杯中溢出液體的質(zhì)量是400g，乙杯中溢出液體的質(zhì)量是500g，則小球質(zhì)量是_g。解析根據(jù)阿基米德原理知，圖甲中小球受到的浮力為圖乙中小球受到的浮力為而圖甲中小球是沉入液體底部的，由二力平衡法分析知，圖乙中小球是漂浮在液體表面的，故即，故。4公式法由阿基米德原理知這是求浮力常用的公式例四三個直徑相同的甲球、乙球、丙

4、球分別放入水中，最終平衡時如圖3所示，則受到的浮力大小關(guān)系是_。解析三球浸入水中的體積關(guān)系為，由浮力公式知。浮力公式是解決浮力大小問題的重要工具，它與其他幾種方法相結(jié)合，可以解決幾乎所有的浮力大小的計算問題。下面根據(jù)公式法與二力平衡法來推導(dǎo)實心物體在液體中的沉浮條件。由二力平衡法的分析知，實心物體完全浸沒在液體中有上浮、靜止和下沉三種可能：當(dāng)時，下沉；當(dāng)時，懸?。划?dāng)時，上浮，最后漂浮。由浮力公式知又因為物體浸沒在液體中，故。聯(lián)立以上各式得：當(dāng)時，物體將下沉；當(dāng)時，物體處于懸浮狀態(tài)；當(dāng)時，物體將向上運(yùn)動，最后處于漂浮狀態(tài)。這是一個重要的結(jié)論，請看下面的例題。例5測定人體血液密度的方法是：在幾支試

5、管內(nèi)分別裝入密度不同的硫酸銅溶液，再向每支試管內(nèi)滴入一滴血液，若血液在某一支試管內(nèi)懸浮，那么血液的密度就_（填大于、等于或小于）該試管內(nèi)硫酸銅溶液的密度。解析因為血液在試管內(nèi)硫酸銅溶液中處于懸浮，故血液硫酸銅，血液的密度等于該試管內(nèi)硫酸銅溶液的密度。三、綜合應(yīng)用對于綜合性題目，即浮力與密度、壓強(qiáng)、二力平衡條件和杠桿等相結(jié)合類題目，只要靈活運(yùn)用以上各種方法，問題可以得到順利解決。請看以下幾個例題。例6 某同學(xué)利用同一密度計來測量和比較甲、乙兩種液體的密度，其測量情況如圖4所示，則甲、乙兩種液體的密度關(guān)系是（）abcd不能確定解析圖中甲、乙兩種液體都能使密度計漂浮在液面上。由二力平衡法知f浮甲f浮

6、乙g物，又因為密度計浸入液體甲中的體積大于浸入液體乙中的體積。即。由公式法知，故有由知待添加的隱藏文字內(nèi)容3故選項c是正確的。例7 圖5是一飲水機(jī)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，控水槽中浮體a與閥門c通過一輕桿相連，已知桶內(nèi)純凈水的水位高40cm，閥門c橫截面積是1cm2，不計浮體a、閥門c本身的質(zhì)量，求保持一定水位時，浮體a受到的浮力是多少？解析先對浮體a進(jìn)行受力分析，浮體a受到浮力和閥門c對浮體a的壓力而平衡，故。閥門c對浮體a的壓力與浮體a對閥門c的支持力是一對相互作用力，大小相等，方向相反，故浮體a對閥門c的支持力也等于浮體a的浮力，即再對閥門c作受力分析，因不計重力，閥門c受到水的壓力和浮體a的支

7、持力而平衡，故，所以例8 一塊冰浮于水面上，那么當(dāng)冰熔化后，其水面高度是否變化？如果冰里含有石塊或木塊，水面高度又如何變化？解析要判斷冰熔化前后水面高度的變化情況，就要比較熔化前的v排與熔化后的大小，是木塊或石頭在冰熔化后排開水的體積。（1）若冰里無雜質(zhì)，設(shè)冰的質(zhì)量為m冰，熔化后冰變成水的質(zhì)量為m冰化水。因為冰熔化前是漂浮，故，即，熔化后，又故，故冰熔化前后水面高度不發(fā)生變化。（2）若冰中含有木塊，則冰熔化前由冰與木塊處于漂浮可知。，即冰熔化后由（1）知由于木塊漂浮，有 故，即所以，故冰熔化前后水面高度無變化。（3）若冰中含有石塊，則冰熔化前由于冰塊與石塊處理。漂浮，則，即。當(dāng)冰熔化成水后，因

8、為，石塊下沉，則，故。6漂浮問題“五規(guī)律”： 規(guī)律一：物體漂浮在液體中，所受的浮力等于它受的重力；規(guī)律二：同一物體在不同液體里，所受浮力相同；規(guī)律三：同一物體在不同液體里漂浮，在密度大的液體里浸入的體積小；規(guī)律四：漂浮物體浸入液體的體積是它總體積的幾分之幾，物體密度就是液體密度的幾分之幾；規(guī)律五：將漂浮物體全部浸入液體里，需加的豎直向下的外力等于液體對物體增大的浮力。7浮力的利用：（1）輪船：工作原理：要使密度大于水的材料制成能夠漂浮在水面上的物體必須把它做成空心的，使它能夠排開更多的水。排水量：輪船滿載時排開水的質(zhì)量。單位t，由排水量m可計算出：排開液體的體積v排=；排開液體的重力g排=m；輪船受到的浮力f浮 =mg，輪船和貨物共重g=mg。（2）潛水艇：工作原理：潛水艇的下潛和上浮是靠改變自身重力來實現(xiàn)的。（3）氣球和飛艇：工作原理：氣球是利用