初中物理中浮力應(yīng)用的綜合性問(wèn)題研究

馮朝

摘 要：初中的物理知識(shí)在近幾年考試中，其中的浮力、壓強(qiáng)、密度等相關(guān)知識(shí)一直是重點(diǎn)，考查題目涉及知識(shí)面廣，綜合性強(qiáng)，學(xué)生在對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)也面對(duì)較大困難，特別是對(duì)浮力應(yīng)用的綜合性問(wèn)題的掌握與分析，成為學(xué)生在學(xué)習(xí)中主要面對(duì)的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。本文分析了初中物理浮力的相關(guān)概念，闡述了浮力主要應(yīng)用的發(fā)展領(lǐng)域，并在最后對(duì)初中物理浮力應(yīng)用的綜合性問(wèn)題進(jìn)行有效研究。

關(guān)鍵詞：初中物理 浮力應(yīng)用 綜合性 問(wèn)題

浮力是浸在液體或者氣體的物體受到一種向上的力。力的方向是豎直向上的，主要施力物體為液體或氣體。產(chǎn)生浮力的主要原因是物體下表面所受向上的壓力大于上表面所受向下的壓力，表面壓力差比較大，物體受到的浮力就會(huì)比較大，如果物體處在一個(gè)漂浮的狀態(tài)，其中的浮力與液體對(duì)物體的向上壓力就會(huì)相等。

一、初中物理浮力的闡述

浮力是物體在液體或者氣體中，物體的上下表面受到的液體或氣體的壓力差造成的，等于物體在液體中排開(kāi)的液體的重力。它的主要含義是物體浸在液體、氣體中，物體受到一種豎直方向上的壓力的合力，簡(jiǎn)稱(chēng)為浮力。物體在液體中，下表面承受到的壓力大于上表面的壓力，主要是因?yàn)橐后w中的各個(gè)表面所處的深度不同，在物體的上表面，會(huì)受到一個(gè)向下的壓力；而物體的下表面，會(huì)受到一個(gè)向上的壓力[1]。如果物體在同一種液體中，所處的深度越大，其中各個(gè)表面受到的壓強(qiáng)也越大，但是壓強(qiáng)差不變，進(jìn)而壓力差不變，所以受到的浮力不變。但如果一個(gè)物體漂浮，物體頂部碰不到液體，上表面不受液體壓力，而在底部受到的壓力，也呈現(xiàn)了一種壓力差，從而體現(xiàn)物體受到的浮力等于下表面的壓力的現(xiàn)象。

二、初中物理浮力的應(yīng)用

初中的物理浮力在輪船工作的應(yīng)用，主要是使一些密度大于水的建設(shè)材料能夠漂浮在液體表面，并以一種空心物體的制作形式降低物體的整體密度，從而使該物體能夠在水上有效航行。如果輪船是滿(mǎn)載的運(yùn)行形式，要對(duì)排開(kāi)水的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，不僅要計(jì)算出排開(kāi)液體的體積，排開(kāi)液體的重力，還要分析輪船受到的浮力與輪船與滿(mǎn)載物體所受到的重力的關(guān)系。初中的物理浮力知識(shí)在潛水艇中的應(yīng)用，一般潛水艇在上浮、下潛的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，都是通過(guò)改變自身重力的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。初中物理知識(shí)在氣球、飛艇方面的應(yīng)用，因?yàn)闅馇蚴抢每諝獾母×ι仙模瑲馇蛑袣怏w的密度都小于空氣的密度，特別是氫氣、氦氣等，所以在航空運(yùn)輸中飛艇的運(yùn)用有很好的前景，既可以提高貨物的裝載量，又可以節(jié)省燃油，減少碳排放，既有經(jīng)濟(jì)效益，又有很好的生態(tài)和環(huán)境效益。初中物理中的浮力知識(shí)還可以應(yīng)用在密度計(jì)中，因?yàn)槊芏扔?jì)就是利用物體的懸浮特征進(jìn)行設(shè)計(jì)的，一般要將密度計(jì)直立在液體中，然后按照密度計(jì)上的刻度線(xiàn)，從上到下的方式進(jìn)行讀取，其中，密度計(jì)自上而下，所對(duì)應(yīng)的液體密度不斷增大。

針對(duì)以上對(duì)浮力的應(yīng)用分析，在對(duì)浮力知識(shí)進(jìn)行計(jì)算期間，首先要確定出要研究的對(duì)象，然后對(duì)物體的受力情況的相關(guān)示意圖進(jìn)行研究，并分析物體在液體中的狀態(tài)是靜止的、還是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，在分析物體受力的前提條件下，選擇出合適的計(jì)算方式。

三、初中物理中浮力應(yīng)用的綜合性問(wèn)題

1.一部分物體浸在液體中

將一部分的物體沉浸在液體中，要觀(guān)察其存在的情況，主要根據(jù)一部分物體浸入液體中形成的特點(diǎn)進(jìn)行分析，如：物體自身的向下重力與液體向上產(chǎn)生的浮力大小是相等，可以利用G排=F浮公式來(lái)表示。因此，如果一部分物體浸到液體中，就可以利用該公式對(duì)相關(guān)問(wèn)題有效分析，以保證問(wèn)題的解決更為容易。下面主要利用典型的初中物理例題對(duì)相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行分析與解決。

例如：根據(jù)圖一中所示，在一個(gè)大燒杯中存在一些液體，其中，上面的小燒杯漂浮在大燒杯的液體表面上。在這種情況下，向小燒杯中放入一個(gè)實(shí)心的球體，這期間，大燒杯中的液體會(huì)明顯升高[3]。如：圖中大燒杯中的液體已經(jīng)將其升高了h1，如果再將這個(gè)實(shí)心的球體從小燒杯中拿出，其中的液體高度就會(huì)下降h1，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)情況下，可以分析出實(shí)心小球受到的浮力、自身的重力，排水法測(cè)出體積，進(jìn)而對(duì)其中的實(shí)心球體的密度進(jìn)行求解。

2.全部物體沉浸在液體中

對(duì)于全部物體沉浸到液體中所體現(xiàn)的類(lèi)型，主要是物體向上，能夠產(chǎn)生三個(gè)作用力的影響，其中為豎直向下的自身重力、豎直向上的液體浮力以及豎直向上的一個(gè)力[4]。其中，可以對(duì)豎直向下的自身重力設(shè)為G，豎直向上的液體浮力設(shè)為F浮，豎直向上的一個(gè)力設(shè)為T(mén)。對(duì)于豎直向上的一個(gè)力T，它既可能是吊線(xiàn)期間對(duì)物體產(chǎn)生的拉力，也可能是容器底部對(duì)物體產(chǎn)生的一種支持力，但如果其中的物體漂浮在液體表面，其中的豎直向上的一個(gè)力T就為零。針對(duì)以上三個(gè)作用力，可以得出三者之間的關(guān)系為G=F浮+T。對(duì)這種類(lèi)型的試題進(jìn)行求解，不僅要掌握整個(gè)物體浸在液體中所排開(kāi)的液體體積，還要根據(jù)物體本身的受力情況進(jìn)行求解。

如圖二中所示，是在一個(gè)大型燒杯中盛滿(mǎn)不同液體，然后將一個(gè)圓錐形物體放入大燒杯中，并對(duì)其中的受力情況進(jìn)行觀(guān)察。將圓錐形的物體重力設(shè)為G，將物體漂浮在水面上承受的向上浮力設(shè)為F，將物體懸浮在酒精中承受的浮力設(shè)為F1，然后對(duì)這兩者之間的關(guān)系進(jìn)行明確[5]。

對(duì)其進(jìn)行具體的受力分析，在豎直方向上主要承受三個(gè)作用力：豎直向下的自身重力、豎直向下的液體的壓力以及豎直向上液體的壓力。其中，豎直向下的重力為G、豎直向上的液體浮力F為上下表面的壓力的合力。因?yàn)閳A錐在液體中呈現(xiàn)的狀態(tài)不同，液體密度不同，排開(kāi)液體的體積不同，在求解期間，可以針對(duì)以上給出的關(guān)系，分析出圓錐的自身重力不變而兩次都處于平衡狀態(tài)，并得出F=G，F(xiàn)1=G，從而F等于F1的結(jié)論。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上對(duì)浮力問(wèn)題的分析，期間產(chǎn)生的綜合性問(wèn)題主要分為部分物體的浸入以及物體的完全浸入兩種類(lèi)型。針對(duì)實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生不僅需要掌握不同類(lèi)型的解題特點(diǎn)，更需要學(xué)會(huì)運(yùn)用浮力產(chǎn)生的原因，阿基米德原理，結(jié)合物體在液體或氣體中的受力情況進(jìn)行受力分析，從而能夠根據(jù)問(wèn)題的本質(zhì)條件解決浮力問(wèn)題中的綜合應(yīng)用問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 朱志敏.求解浮力問(wèn)題的四種方法[J].中學(xué)生數(shù)理化：學(xué)研版，2012（9）：17-17.

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[5] 葉詠.初中物理壓強(qiáng)浮力應(yīng)用的幾點(diǎn)做法[J].考試周刊，2012（60）：136-137.