基于核心素養(yǎng)視角下浮力計算復習

【摘 要】將浮力研究方法內化為浮力計算方法能夠有效解答浮力計算題，應用與浮力有關聯(lián)物理量的等量變化關系和同一物體在不同液體中狀態(tài)的準確判斷方法能夠巧解浮力計算題。

【關鍵詞】浮力計算；浮力變化量；物體靜止于液體中狀態(tài)

【中圖分類號】G623 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2018）15-0053-02

浮力現(xiàn)象是生產和生活中常見現(xiàn)象，但浮力概念性強，解決實際問題的浮力計算，要應用二力平衡、壓強、密度、阿基米德原理等物理規(guī)律對浮力的施力物體和受力物體進行具體受力分析，根據(jù)已知條件，選擇有效的浮力計算方法，這是初中學生全面復習浮力計算的難點。突破此難點，需要教師基于核心素養(yǎng)視角下，指導學生對浮力現(xiàn)象中物體受力平衡、浮力產生的原因、浮力大小有關因素等浮力問題的探究方法進行總結，并內化為浮力大小的計算方法，進一步形成浮力觀念，逐步掌握浮力計算的系統(tǒng)方法。

一、將研究浮力問題的方法內化成浮力的計算方法

依據(jù)初中八年級物理滬科版教材，初中生對浮力問題進行了如下三個方面的探究，并建立了與浮力有關物理量的關系式。

1.探究浮力現(xiàn)象。

該探究活動中，應用二力平衡的方法對物體在液體中處于靜止狀態(tài)進行分析，當物體靜止浮于液面時，物體受到浮力和重力是一對平衡力。即F浮=G；當物體懸掛于彈簧秤下，浸在液體中處于靜止狀態(tài)時，根據(jù)二力平衡原理，彈簧秤對物體的拉力F、物體受到的浮力F浮、物體受到的重力G三者的關系式為F浮=G-F。

2.探究浮力產生的原因。

根據(jù)物體浸入液體中受到液體壓強大小，探究出液體對物體下底產生的壓力大于物體上底面受到的液體壓力，液體對物體產生了向上的壓力差即物體受到的浮力，即F浮=F下-F上。

3.探究浮力大小有關因素。

經探究，浮力大小只與物體浸入液體體積和液體密度有關，驗證了阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排。

在上述探究過程中，建立了浮力與有關物理量的關系式，這些關系式自然也成為浮力計算的基本公式，但需要學生從浮力觀念的角度去認識上述關系式，分析浮力計算題的具體條件，應用恰當關系式計算浮力大小。

〖TP37.JPG；%30%30，Y〗二、應用與浮力有關聯(lián)物理量之間的等量變化關系巧解題

浮力的施力物體是液體，浸在液體中物體與液體發(fā)生相互作用，其相互作用力大小相等，因而物體在液體中發(fā)生浮沉時，物體受到浮力大小變化與相關物理量變化有對應等量關系，利用它們等量關系，可以簡化浮力計算。例如，如圖2所示，彈簧測力計吊著一金屬塊慢慢放入裝有適量水的燒杯中，臺秤上放著燒杯，則彈簧秤的示數(shù)、容器底受到的壓力和臺秤的示數(shù)等變化量與物體受到浮力大小變化量之間關系。

1.彈簧秤示數(shù)變化量與浮力變化量之間關系。

由圖可知，彈簧秤對物體的拉力F=G-F浮，F(xiàn)1 =G- F浮1，F(xiàn)2 =G- F浮2

F1- F2 = F浮1- F浮2

△F= F1- F2 △F浮= F浮1-F浮2

△F = △F浮

彈簧秤對物體拉力（彈簧秤示數(shù)）變化量與物體受到浮力變化量相等。

2.圓柱形容器底受到壓力變化量與浮力變化量之間關系。

由圖可知，物體浸在水中，與水發(fā)生相互作用，水對物體產生向上的托力作用，即浮力，物體對水產生向下的作用力F物，其相互作用力大小相等，即F物=F浮，容器底受到的壓力F=F水+F物=G水+F浮，因G水大小不變，即△F=△F浮

3.浮力與臺秤示數(shù)之間變化關系。

同理，臺秤的示數(shù)=臺秤受到的壓力F=F水+ F燒杯+F物=G水+G燒杯+F浮，因G水和G燒杯大小不變，即△F=△F浮

歸納起來，在該浮力變化過程中，下列物理量的變化量是相等的。

△F浮= △F彈簧秤 = △F臺秤= △F容器底

三、應用同一物體先后靜止于不同液體時所處狀態(tài)的判斷方法巧解題

同一物體靜止于不同液體中，會是下列三種狀態(tài)之一，ρ物與ρ夜、F浮與 G 、 V排與V物大小有如下關系：

當物體漂浮于液面上：ρ物﹤ρ夜， F浮 = G ， V排 ﹤ V物；

當物體懸浮于液體內，ρ物 = ρ夜， F浮 = G ， V排 = V物；

當物體沉底于液體底，ρ物﹥ρ夜， F浮 ﹤ G ， V排 = V物；

1.判斷同一物體靜止于不同液體時所處狀態(tài)方法有如下二種：

一是根據(jù)物體密度與液體密度大小進行判斷：

當ρ物﹤ρ夜：物體漂浮于液面上；

當ρ物 = ρ夜：物體懸浮于液體內；

當ρ物﹥ρ夜；物體沉底于液體底；

二是根據(jù)物體靜止于不同液體中時，所受浮力和排開液體體積大小來判斷：

當只有F浮為最大時，物體漂浮于該液面上；

當F浮和V排同時為最大時，物體懸浮于該液體內；

當只有V排最大時，物體沉于液體底部。

2.規(guī)律應用示例：

例3.將一物體放入足夠多的水中靜止時，排開水的體積為90cm3，在將其放入足夠多的酒精中，排開了80g酒精。那么物體的密度為多少？（ ρ酒精= 0.8×103 ㎏/m3）

解：根據(jù)題意可知，物體V排水=90cm3﹤ V排酒精=100cm3 F浮水=9N﹥F浮酒精=8N

故 物體靜止在水中時處于漂浮狀態(tài)，靜止酒精中處于沉底狀態(tài)。

則：物體重力G= F浮水=9N

m=G/g= 9N/10N/㎏=0.9 ㎏

物體體積V= V排酒精=100cm3 = 1×10-3 m3

物體密度ρ=m/v= 0.9 ㎏/1×10-3 m3 = 0.9×103 ㎏/m3

學生通過對浮力現(xiàn)象研究的反思，增強浮力觀念，逐步形成浮力計算的解題技巧，有效進行浮力計算復習。

參考文獻

[1]閻金鐸主編，田世坤，胡衛(wèi)平著.《物理思維輪》.

作者簡介：丁根發(fā)，男，1963年生，安徽南陵人，1985年7月畢業(yè)于安徽省蕪湖師范專科學校，現(xiàn)在任教于安徽省蕪湖市南陵縣籍山鎮(zhèn)新建初級中學，中學物理高級教師，注重物理教學實踐研究，主持的國家社科基金“十二五”規(guī)劃（教育學科）國家專項課題《信息技術環(huán)境下初中生學習物理發(fā)展性評價方案研究》于2014年9月結題，并獲良好等級；主持安徽省教育科學規(guī)劃課題《農村初中物理學習資源的整合與發(fā)展性評價的實踐研究》于2016年5月結題；主持研究2016年6月申請中國教育技術協(xié)會國家專項課題《基于初中物理“翻轉課堂”模式下，有效發(fā)揮學生學習主體作用的教學案例研究》正在研究之中，2篇課題研究論文分別獲得安徽省二、三等獎。