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浮力的计算方法

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初中物理浮力部分内容中,浮力计算既是重点,也是难点。在历年升学考试中分值占一定比例。很多考生由于解题思路不清,对这部分题型感到束手无策,在考试中更容易失分。如能正确解答浮力计算,有利于培养学生抽象思维能力、创造性能力、动手动脑能力和综合应用知识的能力。

1. 正确理解浮力中的有关概念

关于浮力内容中的基本概念,能够正确理解,是解浮力计算题的关键。如浮力的定义、浮力的方向以及浮力产生的原因,物体在液体中上浮、下沉、悬浮或在液面上漂浮等。

2. 掌握物体在液体中的浮沉条件

当f浮>g物(ρ物<ρ液)时,物体上浮,静止时物体漂浮在液面上,这时f浮=g物。

当f浮=g物(ρ物=ρ液)时,物体悬浮。

当f浮<g物(ρ物>ρ液)时,物体下沉,静止时物体沉底,这时f浮=g物-n(支持力)。

物体在液体中悬浮或漂浮在液面上时,二力平衡。

3. 正确理解阿基米德原理

正确理解阿基米德原理是计算浮力的关键。

在公式“f浮=g排=m排g=ρ液gv排”中,g排表示被物体排开液体的重力,m排表示被物体排开液体的质量,ρ液表示液体的密度,v排表示被物体排开液体的体积。

当物体全部浸入液体中时,v排=v物;当物体部分浸入液体中时,v排<v物。

浮力的大小只与液体的密度、排开液体的体积有关,而与其他因素无关。阿基米德原理适用于所有液体和气体中。

4. 浮力计算的常用方法

(1)弹簧秤法(f浮=g物-f读)

此方法仅适用于用弹簧秤在液体中称物体重力时受到的浮力。

例1 一个金属块挂在弹簧测力计上,在空气中称读数为27 n,把它浸没在水中称测力计读数为17 n,此金属块受到的浮力是多少?(g=10 n/kg)

分析 金属块浸没在水中称,弹簧测力计的示数比在空气中称时示数变小,这是因为金属块受到了水的向上浮力作用,所以f浮=g-f=27 n-17 n=10 n

(2)平衡法(f浮=g物)

此方法仅适用于物体一部分浸没在液体中处于漂浮状态,或完全浸没在液体中处于悬浮状态时,可根据“f浮=g物”求浮力。

例2 将质量为800 g的铜块(体积为2 dm3)放入水中静止时其所受浮力是多少?

分析 此题没有明确铜块是实心还是空心,所以铜块放入水中的状态不能确定。但我们可以求铜块密度:

ρ铜=m/v=0.8 kg/2×10-3 m3 = 0.4×103 kg/m3

因为ρ铜<ρ水,所以铜块放入水中处于漂浮状态,即f浮=g铜

(3)阿基米德原理法(f浮=g排=m排g=ρ液gv排)

此方法适用于所有液体或气体中。

例3 一块质量为2.7 kg的实心铝块(ρ铝=2.7×103 kg/m3)放在足够多的水中,受到的浮力是多大?

分析 因为ρ铝>ρ水,所以铝块放在足够多的水中必然下沉,即

v排=v物=2.7 kg/2.7×103 kg/m3 =10-3 m3

然后根据阿基米德原理即可求浮力。