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北京中考之浮力计算的方法总结(5种)
初中物理课本第二册第八章压强和浮力,是学生掌握知识的难点、同时也是教学的重点。关于浮力的计算是很多学生较为头痛的问题。以下我就如何理解并掌握这一问题谈谈我的看法。
想要学会计算,首先必须理清概念。
其一:掌握物体的沉浮条件,及由沉浮条件决定的物体密度与液体密度之间的关系。如下:
下沉: G>F浮 ρ物>ρ液
悬浮: G=F浮 ρ物=ρ液
上浮: G<F浮 ρ物<ρ液
漂浮: G=F浮 ρ物<ρ液
(其中G表示物体的重力,ρ物表示物体的密度ρ液表示液体的密度)
其二:理解并掌握浮力的计算公式。常用的浮力计算公式有三个
1.1根据实验法得出如:用弹簧秤称得某物体重为G,把物体浸入某种液体中弹簧秤的示数为F示 ,则应有: F示
F浮=G -F示
1.2 将上面的问题扩展可以得到下面的方法:只将烧杯和水放在台秤上的时候,台秤示数为M1,将物体悬于细绳下置于烧杯中时,台秤示数为M2 ,则应有:
F浮=(M2-M1)×g
2.根据浮力产生的原因:物体所受上下表面的压力差即为浮力,则有:
F浮=F向上-F向下 (F向上和F向下 分别为物体上下两表面所受到的液体向上和向下的压力)。
计算时根据液体内部压强公式:
F向下=p上s=ρh上gs F向上= p下s=ρh下gs 代入可得浮力的大小。
3.根据阿基米德原理:浸入液体中的物体受到液体对它向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体所受到的重力。即:
F浮=G排= ρ液v排 g
对于一般的浮力运算,或用物体的沉浮条件或用浮力的三个计算公式,可独立完成,有些题型可能要用到这几种方法的结合来求解。以下我举例说明如何利用上面的思想来求解浮力中的常见题型。
(一)、利用物体的沉浮条件来解题:
例1. 一质量为50克的物体悬浮在水中不动,它所受浮力为多少?此物体的密度为多少?(g=10牛/千克)
〔分析与解答〕:根据悬浮的条件G=F浮 和密度关系 ρ物=ρ液可得
F浮=G=mg=0.05千克牛/千克=0.5牛
ρ物=ρ水=1.0×103千克/ 米3。
例2. 有甲、乙两种不同的液体,把一个鸡蛋放入甲杯它下沉,放入乙杯它漂浮,则鸡蛋在甲、乙两种液体中所受到的浮力F甲、F乙;及甲、乙液体密度ρ甲、ρ乙的关系为 ( )
A F甲>F乙 ρ甲>ρ乙 B F甲<F乙 ρ甲=ρ乙
C F甲=F乙 ρ甲<ρ乙 D F甲<F乙 ρ甲<ρ乙
〔分析〕:由物体的沉浮条件可知,物体在甲杯中下沉,则:
G物>F甲 ρ物 > ρ甲 又物体在乙杯中漂浮,则应有:
G物=F乙 ρ物 < ρ乙 故可得 F甲<F乙 ,ρ甲<ρ乙
所以答案 应选D
(二)、利用浮力的计算公式来解题:
1.利用F浮=G-F示进行计算:
例3. 一个重为1牛的物体,挂在弹簧秤上,当物体浸没入水中时弹簧秤的示数为0.87牛。求此物体所受到的浮力。
〔分析与解答〕:由已知G=1牛,F示 =0.87牛可得:
F浮=G-F示=1牛-0.87牛=0.13牛。
例4. 一铁块在空气中用弹簧秤称得示数为G0,若把它放在水中弹簧秤称得示数为G1,放在真空中弹簧秤的示数为G2,则G0、G1与G2的大小关系为:( )
A G1>G0>G2 B G2>G0> G1
C G0>G1> G2 D G2=G0=G1
〔分析〕:此题可分为两部分来解(1)G0与G1 大小关系:G1为水中读数即F浮=G-F示中的F示的大小 ,由上公式变形可得G=F浮+F示即:
G0=F浮+ G1 所以G0>G1(忽略空气对物体的浮力)。(2)G0与G2的大小关系:G2为在真空中示数应理解为它的重量,G0为在空气中的示数,在此应理解为公式中的F示,则应有G2>G0(注意在此不可忽略空气对物体的浮力)。答案应选 B
2.利用F浮=F向上-F向下 进行计算:
例5. 如图一正方体物块边长为0.1米,放入水中,其下表面所受水的压强为2000帕。求:正方体物块所受浮力大小?
[分析与解答]:
下表面压强为: p΄=2000帕 h
下表面压力为: F΄=ps=2000帕×0.01米2=20牛 下表面所处的深度:
h1= == 0.2米
上表面所处的深度:h= h1-0.1=0.1米
上表面所受的压强:p= ρhg=1.0×103千克/ 米3 ×0.1米 ×10牛/千克 =1000帕
上表面所受压力:F=ps=1000帕×0.01米2=10牛
物块受到的浮力:F浮=F`-F=20N-10N=10N
(此题也可直接利用阿基米德原理来进行求解。)
3.利用F浮=G排=ρ液v排 g 进行计算
例6.体积为1厘米3的铁球投入水中,静止时所受浮力多大?若投入水银中呢?
[分析与解答]:铁球投入水中静止时,由于ρ铁> ρ水 ,则应下沉,没入水中,即:v铁=v排 ,所以有:
F浮=ρ水v排g
=1.0×103千克/米3×10-6 米3×9.8牛/千克=9.8×10-3牛
铁球投入水银中静止时,由于ρ铁< ρ水银,则应漂浮,即有:
F΄浮=G球=mg=ρ铁v铁 g
=7.9×103千克/ 米3×10-6 米3×9.8牛/千克
=7.742×10-2牛
很多同学在计算铁球投入水银中所受到浮力时,都写成:
F浮= ρ水银v排 g=13.6×103千克/ 米3×10-6 米3×9.8牛/千克=0.133牛
此种方法错在利用F浮= ρ液v排 g时v铁≠v排所致。
(三) 、关于浮力的综合运算:
例7.某容器的水面漂浮一块冰,当冰全部熔化成水时,水面的高与来相比应 ( )
A 上升 B 下降 C 不变 D 三种情况都有可能
[分析与解答]:此题关健在于冰漂浮在水面上时,其排开水的体积v排 与冰全部熔化成水后水的这部分体积v水 之间的大小关系。
先利用漂浮时F浮=G,即ρ水v排 g=ρ冰v冰 g可得v排 =v冰,又冰熔化成水时
由m水 =m冰, 即ρ水v水 =ρ冰v冰可得v水 =v冰,所以液面应保持不变。
答案应选 C
例8.已知物体的总体积为0.01米3,当物体静止浮在水面上时,浸入水中部分体积为总体积的,求物体密度和使物体浸入水中静止时向下的压力F的大小。
[分析与解答]:此题应结合物体的沉浮条件和阿基米德原理来求解。
物体漂浮 G = F浮,即ρ物v物 g=ρ水v排 g=ρ水v物 g
ρ物= ρ水=0.6×103千克/ 米3
使物体全部浸入水中,增加的浮力即为向下的压力F的大小:
F=F΄浮 =ρ水v物 g =1.0×103千克/ 米3××0.01 米3×9.8牛/千克=39.2牛
例9. 如图所示:一个体积为0.2 分米3 ,密度为7.9×103千克/ 米3的铁球用细线与一个密度0.5×103千克/ 米3为体积为5 分米3的木块连在一起,放在一个容器内,取g=10牛/千克 求:
(1)不断缓慢向容器中注入水,则当水浸没木块体积为3 分米3时细线的拉力有多大?
(2)继续向容器中注水,木块浸入水中的体积达多大时铁球对容器底的压力减小到零?
[分析与解答]:(1)取木块为研究对象它受浮力为: F浮= ρ水v排 g
=1.0×103千克/ 米3×3×10-3米3×10牛/千克=30牛
木块的重力为:G= ρ木v木 g
=0.5×103千克/ 米3×5×10-3米3×10牛/千克=25牛
所以细线的拉力为T =F浮-G=30牛-25牛=5牛
(2) 要使铁块对容器底部的压力为零,为使问题简单化把铁块和木块做为一个整体来考虑,则应有:
F浮=G =G木+G铁 =25牛+ρ铁v铁 g =25牛+15.8牛=40.8牛
又F浮= ρ水(v铁+v木排)g 可得:
v木排=- v铁=-0.2×10-3米3
=3.88×10-3米3=3.88分米3
总之同学们在进行浮力的有关计算时,应结合我们所学的概念及公式把题目中所给的条件进行分析后归类,多次练习,逐步解决浮力运算中的难点问题。
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