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初中物理解题技巧——怎样解浮力问题——物体浮沉条件

初中物理解题技巧——怎样解浮力问题——物体浮沉条件

基础篇

物体浮沉条件

物体浮沉状态介绍

浸在液体中的物体,一共存在五种浮沉情况,分为动态运动过程和静止平衡状态两大类:

1. 上浮:物体浸没在液体中,向上运动,属于动态过程,并非最终静止状态。

2. 下沉:物体浸没在液体中,向下运动,属于动态过程,并非最终静止状态。

3. 漂浮:物体一部分浸入液体,一部分露出液面,静止在液体表面,是上浮过程的最终平衡状态。

4. 悬浮:物体完全浸没在液体内部,可停留在液体任意深度,保持静止,属于平衡状态。

5. 沉底:物体下沉到容器底部静止,受到容器底部的支持力,是下沉过程的最终平衡状态。

浮沉判断——受力判定

所有物体通用,实心、空心均可使用,以物体重力为参照,对比浮力大小,区分动态运动过程和最终静止平衡状态:

  • 上浮:F>G,物体向上运动(动态过程,还未静止,全程浸没时V=V

  • 漂浮:F=G,物体静止在液面(平衡状态,部分浸入,V<V

  • 悬浮:F=G,物体静止在液体内部任意位置(平衡状态,完全浸没,V=V

  • 下沉:F<G,物体向下运动(动态过程,还未静止,全程浸没时V=V

  • 沉底:F+F=G,物体静止在容器底部(平衡状态,受到浮力、重力、容器底支持力)

浮沉判断——密度判定

仅适用于实心均匀物体,空心物体对比平均速度,对比物体平均密度与液体密度,判断物体静止后的最终状态:

  • ρ<ρ→漂浮

  • ρ→悬浮

  • ρ>ρ→下沉、最终沉底

注意:

1、密度法只能判断静止末态,不能描述上浮、下沉这种短暂动态过程。

2、空心物体不能拿材料密度去对比液体密度,必须用平均密度

理解:空心物体的平均密度,是物体总质量除以物体的总体积(外壳 + 空心空腔全部体积),不是构成物体材料本身的密度。 

例:铁制空心球,材料铁的密度ρ很大;但空心球包含空腔,总质量小、总体积大,算出的平均密度可以很小。

漂浮与悬浮对比

对比项目
漂浮
悬浮
受力关系
F=G
F=G
浸没情况
部分浸入液体,V<V
完全浸没液体,V=V
密度关系
ρ<ρ
ρ
位置特点
静止在液体表面
静止在液体内部任意深度
改变液体密度的变化
液体密度减小,可能下沉
液体密度微小变化,平衡立即被打破

常见误区

误区 1:漂浮物体浮力大于重力。 

正解:漂浮是平衡状态,浮力等于重力。

误区 2:沉底的物体不受浮力。 

正解:沉底物体底部有水,就受浮力,只是浮力小于重力;只有物体底部紧贴容器底、无水渗入时,才不受浮力。

误区 3:空心铁球能漂浮,说明铁的密度小于水。 

正解:密度判定比较的是物体平均密度,不是制作材料的密度;空心后整体平均密度小于水,所以可以漂浮。

误区 4:悬浮物体放在更深位置,会下沉。

正解:悬浮时物体密度等于液体密度,只要完全浸没,无论放在液体哪个深度,浮力始终等于重力,保持静止。

误区 5:上浮过程浮力一直大于重力,浮力大小不变。 

正解:物体露出液面后,V减小,浮力随之减小,直到浮力等于重力,变为漂浮。

口诀

浮大重力物体升,浮等重力静平衡;

物密小于液密漂,相等悬浮大于沉。

上浮下沉是过程,漂浮悬浮是稳态。

学以致用

1、状态判断 实心小石块的密度大于水,放入水中静止后处于什么状态?

【解析】

ρ>ρ,实心物体,最终沉底。

【答案】

答:沉底

2、受力分析 鸡蛋悬浮在盐水中,向盐水中继续加盐,鸡蛋最终会怎样?浮力怎么变?

【解析】

加盐后液体密度变大,鸡蛋浮力变大,大于重力而上浮,最终漂浮;漂浮后浮力等于重力,浮力不变。

【答案】

答:最终漂浮;浮力先变大后不变。

3、空心物体辨析 把体积相同的实心铁球和空心铁球放入水中,静止后下列说法正确的是(   ) 

A. 实心铁球沉底,空心铁球一定漂浮 

B. 实心球浮力大 

C. 空心球浮力一定大 

D. 若空心球沉底,两球浮力一样大

【解析】

空心程度未知,空心铁球可能漂浮、悬浮、沉底;若都沉底,两球体积相同,全部浸没,V相等,根据阿基米德原理,浮力相等。

【答案】

D

4、质量相同的空心铁球与实心铁球,放入足量水中,下列判断正确的是()

A. 实心铁球一定沉底,空心铁球一定漂浮

B. 空心铁球排开水的体积一定更大

C. 如果空心铁球悬浮,则空心铁球的总体积大于实心铁球体积

D. 两球静止时,实心铁球受到浮力更大

【解析】

两球质量相等,则总重力相等G=G

  • A:空心铁球的空心程度不确定,平均密度可大于、等于或小于水,不一定漂浮,A 错误;

  • B:若空心铁球沉底,F浮空<G;实心铁球沉底F浮实<G,浮力大小无法确定,排开水体积无法判定,B 错误;

  • C:空心铁球悬浮,说明ρ平均空;实心铁球ρ>ρ。二者质量m相同,由V=m/ρ,平均密度越小,总体积越大,所以空心球总体积更大,C 正确;

  • D:实心铁球一定沉底,F浮实<G;空心铁球如果漂浮,F浮空=G,此时空心球浮力更大,D 错误。

【答案】

C

下篇预告

浮力的生活应用

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