14 5浮力的計算方法學案

2022-09-27 10:24:05 字數 2355 閱讀 8682

一、浮力的**

設想乙個立方體浸沒在水中,如圖1所示,它的6個表面都受到水的壓力,它的左右、前後兩側受到的壓力是大小相等、方向相反的,即受力互相平衡;只有上下兩個表面由於深度不同,水的壓強不同,受到水的壓力也因而不相等。下表面受到水向上的壓力f1大於上表面受到水向下的壓力f2,向上和向下這兩個壓力之差就是液體對浸入物體的浮力。浮力的方向總是豎直向上的,與重力的方向相反。

二、浮力大小的計算方法

1.兩次稱量求差法

由上面的分析知道,浮力的方向是豎直向上的,與重力的方向剛好相反,所以先用彈簧測力計稱出物體在空氣中的重力f1,然後把物體浸入液體中,這時彈簧測力計的讀數為f2,則。

例1 乙個重2n的鉤碼,把它掛在彈簧測力計下浸沒在水中時,彈簧測力計的讀數是1.2n,則鉤碼受到的浮力是

解析由得

2.二力平衡法

把乙個物體浸沒在液體中讓其從靜止開始自由運動,它的運動狀態無非有三種可能:下沉、不動或上浮。物體浸沒在液體中靜止不動,叫做懸浮,上浮的物體最終有一部分體積露出液面,靜止在液面上,叫做漂浮。

下沉的物體最終沉入液體的底部。根據物體的受力平衡可知,懸浮和漂浮的物體,浮力等於重力,即

而下沉後的物體還要受到容器壁的支援力,故

,即例2 一輪船由海浬航行到河裡,下列說法正確的是( )

a.輪船在河裡受到的浮力大

b.輪船在海浬受到的浮力大

c.輪船所受浮力不變

d.無法確定浮力的大小

解析輪船由海浬航行到河裡,根據輪船漂浮的特點可知,其所受的浮力大小等於物體的重力,故正確答案為選項c。

3.阿基公尺德原理法

阿基公尺德原理的內容是:浸入液體中的物體受到向上的浮力,浮力的大小等於它排開的液體受到的重力,即

阿基公尺德原理法常常與二力平衡法相結合使用。

例3 如圖2所示,把乙個小球分別放入盛滿不同液體的甲、乙兩個溢水杯中,甲杯中溢位液體的質量是400g,乙杯中溢位液體的質量是500g,則小球質量是________g。

解析根據阿基公尺德原理知,圖甲中小球受到的浮力為

圖乙中小球受到的浮力為

而圖甲中小球是沉入液體底部的,由二力平衡法分析知,圖乙中小球是漂浮在液體表面的,故。即,

故。4.公式法

由阿基公尺德原理知

這是求浮力常用的公式。

例4 三個直徑相同的甲球、乙球、丙球分別放入水中,最終平衡時如圖3所示,則受到的浮力大小關係是________。

解析三球浸入水中的體積關係為,由浮力公式知。

浮力公式是解決浮力大小問題的重要工具,它與其他幾種方法相結合,可以解決幾乎所有的浮力大小的計算問題。下面根據公式法與二力平衡法來推導實心物體在液體中的沉浮條件。

由二力平衡法的分析知,實心物體完全浸沒在液體中有上浮、靜止和下沉三種可能:

當時,下沉;當時,懸浮;當時,上浮,最後漂浮。由浮力公式知

又 因為物體浸沒在液體中,故。

聯立以上各式得:當時,物體將下沉;當時,物體處於懸浮狀態;當時,物體將向上運動,最後處於漂浮狀態。這是乙個重要的結論,請看下面的例題。

例5 測定人體血液密度的方法是:在幾支試管內分別裝入密度不同的硫酸銅溶液,再向每支試管內滴入一滴血液,若血液在某一支試管內懸浮,那麼血液的密度就________(填大於、等於或小於)該試管內硫酸銅溶液的密度。

解析因為血液在試管內硫酸銅溶液中處於懸浮,故ρ血液=ρ硫酸銅,血液的密度等於該試管內硫酸銅溶液的密度。

三、綜合應用

對於綜合性題目,即浮力與密度、壓強、二力平衡條件和槓桿等相結合類題目,只要靈活運用以上各種方法,問題可以得到順利解決。請看以下幾個例題。

例6 某同學利用同一密度計來測量和比較甲、乙兩種液體的密度,其測量情況如圖4所示,則甲、乙兩種液體的密度關係是( )

a.b.

c.d.不能確定

解析圖中甲、乙兩種液體都能使密度計漂浮在液面上。由二力平衡法知f浮甲=f浮乙=g物,又因為密度計浸入液體甲中的體積大於浸入液體乙中的體積。即。由公式法知,,故有

由知 故選項c是正確的。

例7 一塊冰浮於水面上,那麼當冰熔化後,其水面高度是否變化?如果冰裡含有石塊或木塊,水面高度又如何變化?

解析要判斷冰熔化前後水面高度的變化情況,就要比較熔化前的v排與熔化後的大小,是木塊或石頭在冰熔化後排開水的體積。

(1)若冰裡無雜質,設冰的質量為m冰,熔化後冰變成水的質量為m冰化水。因為冰熔化前是漂浮,故

,即 ,

熔化後 ,又

故 ,故冰熔化前後水面高度不發生變化。

(2)若冰中含有木塊,則冰熔化前由冰與木塊處於漂浮可知。

,即冰熔化後由(1)知

由於木塊漂浮,有

故 ,即

所以 ,

故冰熔化前後水面高度無變化。

(3)若冰中含有石塊,則冰熔化前由於冰塊與石塊處理。漂浮,則

,即。當冰熔化成水後,因為,石塊下沉,則,故。

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