淺析浮力模塊中漂浮類的臨界問題

王國

【摘要】浮力模塊是初中物理中難度較大的一個(gè)知識(shí)板塊，而浮力模塊中與漂浮有關(guān)的問題在習(xí)題中出現(xiàn)的頻次較高。大多數(shù)學(xué)生在面對(duì)漂浮的相關(guān)問題時(shí)，只能想到與漂浮有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)。但遇到較難的題型，尤其是與漂浮有關(guān)的臨界問題時(shí)，更是感到無從入手，找不到突破口。本文針對(duì)漂浮題型中經(jīng)常出現(xiàn)的臨界問題，談一談筆者的見解。希望能為學(xué)生在解決該類問題時(shí)，提供一種切實(shí)可行的分析思路。

【關(guān)鍵詞】浮力;模塊;臨界問題

正文：對(duì)于漂浮類的臨界問題，經(jīng)常出現(xiàn)的題型是。然后往容器中持續(xù)緩慢地加入一定量的水，讓求此時(shí)木塊所受的浮力或者水對(duì)容器底的壓強(qiáng)等其它物理量。對(duì)于這類問題的分析思路，筆者個(gè)人的觀點(diǎn)是：教師首先應(yīng)該提問學(xué)生，加水之前木塊在容器中受幾個(gè)力？引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：加水之前，木塊在容器中受兩個(gè)力，即：重力和支持力，且重力和支持力大小相等。緊接著提問學(xué)生：加水之后，木塊受幾個(gè)力？再一次引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：加水之后，木塊受三個(gè)力，即：重力、支持力、浮力，且浮力與支持力大小之和等于重力的大小。當(dāng)學(xué)生將結(jié)論回答出來以后，教師應(yīng)再一次拋出問題：不斷往容器中加水，木塊所受的浮力和支持力將會(huì)怎樣變化？在此環(huán)節(jié)，教師應(yīng)給予學(xué)生充分地思考時(shí)間，可以讓學(xué)生分組討論，在此基礎(chǔ)上得出結(jié)論：不斷地往容器中加水，根據(jù)阿基米德原理，浮力將會(huì)不斷地增大，由于重力不變，木塊所受的支持力將會(huì)減小。此時(shí)，教師應(yīng)趁熱打鐵接著提問：當(dāng)浮力增大到和重力相等時(shí)，木塊還受支持力嗎？這樣就可以把學(xué)生引導(dǎo)到臨界問題上來，讓學(xué)生明白當(dāng)浮力增大到和重力相等時(shí)，支持力為零，木塊恰好處于漂浮狀態(tài)，也就是摘要中所說的臨界狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，教師可以給學(xué)生再一次布置任務(wù)：可以讓學(xué)生分組思考、討論：如何計(jì)算木塊處于臨界狀態(tài)時(shí)，加水的深度？當(dāng)學(xué)生將臨界時(shí)加水的深度計(jì)算出來以后，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)題目中的已知條件，對(duì)題目中提出的問題，進(jìn)行具體的分析了。

以下面兩道例題為例，筆者闡述一下自己在解決這類問題時(shí)的分析思路：

例1：如圖所示，將底面積為 的正方體木塊 放入容器 中。持續(xù)緩慢地往容器中加水，一段時(shí)間后，木塊浮起。求加水深度為 時(shí)，木塊所受的浮力（已知水的密度為 ，木塊 的重力為 ）。

總結(jié)：

以上兩道例題的共同點(diǎn)都是：當(dāng)木塊所受的浮力等于重力時(shí)，木塊所受的支持力為零，此時(shí)木塊恰好處于漂浮狀態(tài)，也就是剛好浮起。當(dāng)把木塊恰好浮起時(shí)的臨界深度算出來，再與題目中給出的已知深度相比較，就可以知道此時(shí)木塊是處于漂浮狀態(tài)，還是沉底狀態(tài)了。若題目中的相關(guān)條件是用字母表示，或者題目中并未給出已知的加水深度。就要在計(jì)算出臨界深度的基礎(chǔ)上，分情況討論，得出不同情況下的最終結(jié)論。筆者認(rèn)為：教師引導(dǎo)學(xué)生分析當(dāng)木塊所受的支持力為零時(shí)，木塊恰好處于漂浮狀態(tài)，并計(jì)算出此時(shí)的臨界深度，是講解這類問題的核心步驟。當(dāng)這一核心步驟完成以后，就可以讓學(xué)生自己嘗試著根據(jù)題目中的已知條件，對(duì)該問題進(jìn)行具體的分析了。教師在此基礎(chǔ)上，做進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善。之后，再留給學(xué)生充足的歸納和總結(jié)時(shí)間，才能使學(xué)生將該類問題的模型建構(gòu)出來，從而使學(xué)生的思維能力得到一個(gè)質(zhì)的突破。

注：本文中的例題引用的是2020年克拉瑪依市中考物理第三次模擬考試時(shí)的壓軸題。