浮力问题错解例析

华峰

浮力知识是初中物理中的重要内容，也是同学们学习物理知识中的难点。正因为如此，同学们在解答有关浮力的问题时很容易出错。下面就同学们容易出现的浮力典型错题进行分析，希望能够对同学们学好浮力这部分知识有所帮助。

一、考虑不周

例1.一艘轮船从河里开到海里，是下沉一些还是上浮一些？为什么？

错解：由于海水的密度比河水的密度大，轮船在海水中受到的浮力比在河水中受到的浮力大，因此轮船在海水中比在河水中要上浮一些。

剖析：上述错解错在只看到了问题的一个方面，仅凭海水的密度比河水的密度大，便得出轮船在海水中受到的浮力比在河水中受到的浮力大，这是片面的。事实上物体受到的浮力大小不仅与液体的密度有关，还与物体排开液体的体积有关。轮船从河里开到海里，会导致上述两个因素都发生变化，因而不能仅用阿基米德原理简单地比较浮力的大小。

正解：在轮船从河里开到海里的过程中，它受到的重力不变，根据物体的漂浮条件易知，轮船受到的浮力等于轮船的重力，因此轮船受到的浮力不变。根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g，由数学知识可知，当浮力F浮一定时，V排与ρ液成反比。因为海水的密度大于河水的密度，因而轮船从河里开到海里，轮船会上浮一些。

二、原理不清

例2.一潜水艇在水下潜行，它先下沉再上浮，但始终在水面下。两种情况下潜水艇所受的浮力哪一次大？请你说出其中的道理。

错解：潜水艇上浮时受到的浮力大。这是因为潜水艇所受的重力是一定的，它之所以能够上浮，是因为它受到的浮力大于重力，下沉时它受到的浮力小于其重力。故此可知，潜水艇上浮时受到的浮力大。

剖析：上述错解错在对潜水艇浮沉的原理不理解。潜水艇的上浮与下沉是靠改变自身的重力来实现的，由于潜水艇的体积不变，只要它没有浮出水面，它所受的浮力也就不变，它的重力大小是由两侧水箱的水量来调节的，这样就可确保潜水艇既可以上浮、下沉，还可以悬浮在水中。

正解：两种情况下潜水艇受到的浮力相同，因为两种情况下潜水艇排开水的体积相同。

三、生搬硬套

例3.有一桥墩浸在河水中的体积为50 m3，则该桥墩所受的浮力为多少？

错解：根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g有：F浮=1.0×103 kg/m3×50 m3×9.8 N/kg=4.9×105N。

剖析：上述錯解非常普遍，究其原因是由于对浮力的实质理解不透，生搬硬套阿基米德原理。产生浮力的实质是：浸在液体中的物体受到向上和向下的压力差。由于桥墩是打入河底的，其与河床的土壤或土壤下的岩石层是紧密接触的，不受水向上的压力，因而也就不受浮力。

其实由于桥墩都是下粗上细，不仅不受河水的浮力，还会受到河水对其向下的压力，正是因为如此，才使得整座桥稳稳地立在河面上。

正解：桥墩所受的浮力为零。

诸如此类的问题还有：（1）底部开孔的开口容器，在底孔中塞入软木塞，然后倒入水，此时软木塞是否受到浮力？（2）将蜡烛底部熔化安在容器的底面，然后向容器中缓慢倒入水，使得蜡烛浸在水中，此时蜡烛是否受到浮力作用？

四、分析不全

例4.一个空心铜球与一个木球质量相等，投入水中后，则两球所受浮力的大小关系是（ ）

A.木球受到的浮力大

B.铜球受到的浮力大

C.两球受到的浮力相同

D.难以确定

错解：A（或C）。

剖析：有些同学之所以会误选A，是由于习惯地认为木球漂浮，铜球下沉，忽视了“空”的含义。有些同学会误选C，则是由于将空心铜球判定漂浮所致，仅凭“空”字就将铜球判定为漂浮是不准确的。铜球在水中究竟是处于漂浮、悬浮还是下沉，应根据物体的浮沉条件进行判断：当ρ球>ρ水时，铜球下沉；当ρ球=ρ水时，铜球悬浮；当ρ球<ρ水时，铜球漂浮。由于不知道铜球的平均密度是多少，因此也就无法判定铜球在水中的浮沉情况，因而也就无法比较其所受浮力与铜球重力的关系，即无法确定两球所受浮力的大小关系。

正解：D。

五、主观臆断

例5.有一边长为10 cm的正方体铁块，浸没在桶里的水中，铁块受到的浮力是多少？

错解：铁块在水中下沉到与桶底紧密接触，其下表面不受水向上的压力，因而铁块所受的浮力为零。

剖析：题中并没有告诉我们铁块与桶底紧密接触，在客观上也不一定是紧密接触，因此认为铁块与桶底紧密接触纯属主观臆断。

正解：F浮=ρ水V排g=1.0×103 kg/m3×0.13 m3×9.8 N/kg=9.8 N。

六、乱套结论

例6.有一充气薄壁橡皮球，自水池底上升，皮球自池底上升至露出水面之前所受浮力情况是（ ）

A.逐渐增大 B.逐渐减小

C.不变D.无法确定

错解：C。

剖析：上述错解的原因在于没有从具体情况出发，乱套“物体所受的浮力与其浸没在液体中的深度无关”这一结论。其实“物体所受的浮力与浸没在液体的深度无关”是有条件的：一是液体密度不随深度改变；二是排开液体的体积也不随深度改变。而题中皮球是充气薄壁橡皮球，其在水面下上升，其在所处的水的深度减小，由液体内部压强公式p=ρgh可知，皮球所受的压强减小，皮球会膨胀，导致其体积增大，即V排增大，则由阿基米德原理F浮=ρ液V排g易知，皮球所受的浮力增大。

正解：A。

七、错误联想

例7.当物体浸没在液体中的时候，它所受到的浮力与浸入的深度有关吗？

错解：由于液体内部的压强是随着深度的增加而增大的，因此浮力的大小也随着物体浸入深度的增加而增大。物体浸入液体内部越深，所受的浮力也就越大。

剖析：上述错解的原因在于没有弄清楚浮力的物理意义，将前面学过的压强公式p=ρgh与浮力公式F浮=ρ液gV排混淆在一起，没有弄清楚两个公式的区别，产生了错误的联想。

正解：当物体全部浸没在水中时，它所受的浮力与物体浸没在液体中的深度无关。这是因为此时物体上、下表面所受的压力差不变的缘故。

八、脱离实际

例8.一个体积为0.05 m3的救生圈，重为9.8 N，问它在水中能否使体重为500 N的人不致沉没？

错解：因为救生圈所受到的最大浮力为F浮=ρ液V排g=1.0×103 kg/m3×0.05 m3×9.8 N/kg=450 N。

救生圈所能承受向下的力为F=F浮-G圈=490 N-9.8 N=480.2 N。

因为救生圈所能承受向下的压力480.2 N小于人的体重500 N，所以人会沉没。

剖析：由于人在使用救生圈的时候，身体的大部分浸在水中，因此人也会受到浮力的作用，因此人作用在救生圈上的压力要远小于480.2 N，故此人使用该救生圈时不会沉没。