求浮力常见四法

2015-08-30张福存

中学生数理化·八年级物理人教版 2015年4期

张福存

一、压力差法

如图1所示，液体对浸入其中的物体的各个表面都有压强.因此物体的前后、左右、上下表面都会受到液体的压力，由于液体内部同一深度向各个方向的压强都相等，因此物体的前后、左右表面受到液体的压力大小相等、方向相反，可以相互抵消，又由于液体内部的压强随深度的增加而增大，而上、下表面在液体中所处的深度不同，受到的压强不同，受到的压力F向上>F向下，即下表面受到的向上的压力始终大于上表面受到的向下的压力，这样物体上、下两表面间就产生了一个方向总是竖直向上的压力差，即产生了浮力，所以F浮=Fr旬上—F向下.此方法一般适用于正方体、长方体、圆柱体等，

需要注意的是，当物体的下表面跟容器底部紧密结合（如河里的桥墩等）时，物体的下表面处没有液体.液体对物体的下表面没有产生向上的压力，即F向上=0，此时物体不受浮力作用.

例1 如图2所示，某铜制零件的上部为边长L=0.2m的正方体，下部为边长L=0.1m的正方体，铜制零件的下表面与容器底部黏合，铜制零件的上表面与水面恰好相平，则铜制零件所受的浮力为（）.（取g=10N/kg）

A.0

B.20N

C.60N

D.80N

解析：铜制零件的下部与容器底部黏合，水没有对其产生向上的压力，所以铜制零件的下部不受浮力作用，铜制零件的上部正方体的下表面一部分与下部正方体的上表面密合，这部分没有受到水向上的压力，另一部分与水接触，受到水向上的压力，即受到浮力.上部正方体的下表面处的压强p=pgh=pgL=lxl03kg/m3x10N/kgx0.2m=2000Pa，上部正方体的下表面与水的接触面积5=L2-L2=（0.2m）2一（0.1m）2=0.03m2，由于铜制零件的上表面恰好与水面相平，则上表面受到水向下的压力F向下=O，所以铜制零件所受的浮力F浮：F向上一F向下=F向上=pS=2000Pax0.03m2=60N.

答案：C

二、测量法

测量法是通过实际测量手段得出物体所受浮力大小的一种常用方法.具体做法如下：先用弹簧测力计测出物体所受的重力G，然后用弹簧测力计提着物体将其浸入某种液体中，静止时读出弹簧测力计的示数F，则F浮=G—F.当题中出现弹簧测力计时，一般选用测量法求浮力.

例2 用弹簧测力计在空气中称得一石块重为1N，将石块完全浸入水中，弹簧测力计的示数为0.6N，则石块在水中受到的浮力为_____N.此后，当石块在水中的深度增大时，浮力将____（填“不变”“变大”或“变小”）.

解析：对浸入水中的石块进行受力分析：如图3所示.石块受到三个力的作用，即竖直向下的重力G、竖直向上的拉力F和浮力F浮，则有F浮十F=G，即F浮=G一F=1N-0.6N=0.4N.

当石块在水中的深度增大时，由于液体的图3密度不变，石块排开液体的体积不变，由F浮=p液gV排可知.石块所受的浮力不变，

答案：0.4不变

三、公式法

公式法就是根据阿基米德原理进行计算.浸在液体中的物体受到的浮力等于物体排开液体所受的重力，即F浮=G排=m排g=p液gV排.从公式中可以看出，物体所受浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关.当液体的密度相同时，物体排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大；当物体排开液体的体积相同时，液体的密度越大，物体受到的浮力越大.此方法为计算浮力的通用方法，若题中给出液体或气体的密度、物体的体积或物体排开液体的体积，一般需要运用公式法计算浮力.

使用此方法时要注意正确确定物体排开液体的体积v排：当物体浸没在液体中时，v排等于物体的体积，即V排=v物；当物体漂浮在液面上时，v排等于物体的体积减去露出液面部分的体积，即V排=V物一v露，

例3水平桌面上的量筒中盛有120Cm3的水，当把挂在弹簧测力计下的小金属块完全浸入水中后，量筒中的水面上升到170cm3处，弹簧测力计的示数变为3.4N，则金属块的体积为_____Cm3，所受浮力为____N，金属块受到的重力为______N.

解析：浸没在液体中的物体，物体的体积等于物体排开液体的体积，即金属块体积V=V排=V2-Vl=170cm3-120cm3=50Ccm3=5xl0-5m3.金属块受到的浮力F浮=p液gV排=l×l03kg/m3xloN/kgx5xl0-5m3=0.5N，则金属块受到的重力G=F浮+F=0.5N+3.4N=3.9N.

答案：50 0.5 3.9

四、平衡法

当物体处于漂浮和悬浮状态时，物体只受浮力和重力的作用，由二力平衡条件可知，F浮=G.当物体沉底时.物体还受到容器底的支持力作用，对物体受力分析可得F浮十F支=G，即F浮=G-F支.

例4质量为0.3kg的木块漂浮在水面上，受到的浮力是_____N.另一质量为0.5kg的物块浸没在水中时，排开3N的水，该物块在水中将____（填“上浮”“下沉”或“悬浮”）.（取g=10N/kg）

解析：木块漂浮在水面上，根据二力平衡条件，F浮=G=mg=0.3kgxloN/kg=3N.质量为0.5kg的物块受到的重力G1=m1g=0.5kgxloN/kg=5N，该物块浸没在水中时，排开3N的水，则受到的浮力F浮=3N，由于F浮

答案：3下沉

计算物体在液体或气体中所受浮力的大小，不仅要利用阿基米德原理，还要根据题目所给定的具体情况具体分析，选择最合适的方法求解.

学即用，练一练：

1.将一重为18N，体积为2xl0-m3的蜡块用细线系在弹簧测力计的挂钩上，将它浸没在酒精中，则蜡块受到的浮力是____N，此时弹簧测力计的示数是_____N.（取g=10N/kgp酒精=0.8xl03k/m3）

2.物块在空气中和浸没在水中时，弹簧测力计示数如图4所示.下列判断正确的是（）.

A.物块受到的浮力是1N

B.物块的体积是2xl0-4m3