浮力难题要破解,唯有方法悟出来

2016-09-23 12:25欧忠祥
初中生天地 2016年14期
关键词:塑料盒铁块测力计

□欧忠祥

浮力难题要破解,唯有方法悟出来

□欧忠祥

有位哲人曾说过:“方法比知识更重要.”在学习物理知识的过程中,我们不但要掌握好基础知识,更重要的是可以从中领悟到一些特殊的思维方法,这些方法对同学们来说是终身受益的.现以浮力知识为例加以说明.

一、间接比较法

在物理问题中,有些问题如果通过直接比较的方法是很难得出答案的,此时,可根据知识间的相互联系,找出能够反映其大小又比较熟悉的量,从而间接地比较出大小.

例1把质量相等的实心木块和铁块放入足够的水中,当它们静止时().

A.铁块受到的浮力大于木块受到的浮力

B.铁块受到的浮力等于木块受到的浮力

C.铁块受到的浮力小于木块受到的浮力

D.条件不足,无法比较铁块和木块所受浮力的大小

解析:质量相等的木块和铁块,木块的体积大于铁块的体积.当把木块和铁块放入足够的水中后,木块漂浮,而铁块下沉,则无法比较谁排开水的体积较大,因此,无法直接作出比较.此时,如果能换个角度想一想,从受力分析入手,采用间接比较的方法或许将“柳暗花明”.因木块漂浮在水面上,则浮力等于其重力,即F木浮=G木;铁块沉底,则铁块受到的浮力小于其重力,即F铁浮<G铁.而木块与铁块的质量相等,则有G木=G铁,可得F木浮>F铁浮.故正确答案是C.

二、逆向思维法

对一些较难的物理问题进行定量分析或计算时,如果采用从已知到未知的思维方法(顺向思维),可能很难得出答案,若能倒过来想,即逆向思维,问题将容易解决.

运用逆向分析法解决问题时,分为分析和求解两个过程.

分析过程:根据题目所求,写出所求量的公式或变形公式;以所写公式或变形公式为主线,采用“顺藤摸瓜”的方法,逐渐将未知变为已知,直到利用题给条件能够将问题解决为止;画出“思路图”,并在有等号的地方由后向前写出序号.

解题过程:即为分析过程的逆过程(按所列序号的顺序求解).

例2有一个实心圆柱形物体,用弹簧测力计在空气中称重时,测力计的读数为10N;当把物体一半体积浸入水中时,测力计的读数为4N.

(1)求该物体的体积;

(2)把物体从弹簧测力计上取下投入水中静止时,物体受到的浮力.

解析:倒推思路如下:

(1)物体受到的浮力为

F浮=G-G′=10N-4N=6N,物体排开水的体积为

因物体只有一半浸入水中,故该物体的体积为

V物=2V排=1.2×10-3m3.

(2)当物体完全浸没时,

F′浮=ρ水gV物=12N,

∵F′浮>G,

∴物体静止时会漂浮于水面,F″浮=G=10N.

三、整体法

对于有几个研究对象的物理题,有时将它们看成一个整体要比把它们分开考虑简单得多,将几个对象看成一个整体的方法就叫做整体法.

例3在抗震救灾中,某舟桥部队利用冲锋舟为灾区开辟了水上生命线,人们乘坐的冲锋舟满载时排开水的体积是1.5m3,冲锋舟自重为0.6×104N,假设每人的平均质量为60Kg.求:

(1)冲锋舟满载时所受的浮力是多少?

(2)为保证安全,这条冲锋舟最多能承载多少人?(水的密度为1× 103kg/m3,g=10N/kg)

解析:(1)冲锋舟满载时所受的浮力为

F浮=ρ水gV排

=1×103kg/m3×10N/kg×1.5m3

=1.5×104N;

(2)将船和人看成一个整体,由于船处于漂浮状态,则有

F浮=G=G船+nG人,

即最多可承载15人.

四、等效法

等效法是通过把复杂的物理过程转化为简单的物理过程来研究和处理问题的一种科学思想方法.在物理解题中利用等效替代和等效转化的方法往往可以起到化繁为简的效果.

例4如图1所示,在盛水的容器中漂浮着一个塑料盒,水底有一个金属球,若将此金属球打捞起来放入塑料盒中,塑料盒仍漂浮于水面,则容器中水面的变化情况是().

图1

A.上升B.不变

C.下降D.无法确定

图2

解析:当金属球被打捞起来放入塑料盒中后,金属球因排开水的体积减小使得水面下降,而塑料盒因其总重增大,排开水的体积增大,使得水面上升.究竟是哪个因素起主要作用,乍一看我们很难作出判断.如果我们能转换一下思路,就容易得出答案了.如图2所示,由甲到乙的过程中,塑料盒和金属球这个整体都是处于漂浮状态,从受力方面考虑两者是等效的,因此容器中的水面将不会发生变化;由乙到丙的过程中,因塑料盒上浮使得水面下降.而题干中的问题是分析从图丙到图甲的情形,根据逆向思维,容易判断水面将会上升.故正确答案为A.

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