巧用“平衡点”解答浮力的问题

摘要：力学中的中“平衡点”是物理学中一种"神奇"和"美"，而在一些浮力问题的解答时，善于发现这种平衡美的同时，也是解答问题的一个关键节点，如何利用浮力问题中的“平衡点”在解题中具有较高实践意义，值得广大教师借鉴和推广。

关键词：平衡;动态过程;静态过程

中图分类号：G633.7文献标识码：B文章编号：1672-1578（2018）01-0167-01

物理是中学生普遍感觉到比较难的一门学科，而浮力的问题则是初学物理的同学较难掌握的一个知识点，在进行浮力有关章节知识教学时，引导学生对水中物体进行受力分析的同时，巧找物体在水中的“平衡点”往往是突破问题的关键，既有将复杂的、抽象的复杂浮力问题分解为更简洁、更容易分析的物体平衡问题。

例1：傍晚，渔民满载着收获的鱼虾，从近海返航，渔船从入海口进入内河，在此过程中渔船（ ）

A.受的浮力变小，船体下沉一些

B. 受的浮力不变，船体下沉一些

C.受到的浮力不变，船体既不上浮，也不下沉

D. 受的浮力变大，船体上浮一些

这道题目好多的同学会错选A（认为船从海口从进入内河时，船题下沉一些，原因是浮力变小才会下沉）;而正确答案为B，但学生很困惑，为什么船体下沉而浮力的大小却没有改变？教师在答题解惑时，应该引导学生对漂浮在水面的船体作为研究对象，船体在海面和在内河均为漂浮静止在水面上，说明船体在海面与河面最后均处于平衡状态，因此所受合力为零，由于船体的重力没有变化（船从海口到内河的过程），因此浮力必须完全与重力抵消，重力没有变，浮力也就不能变，所以先确定浮力不变，而浮力不变时为什么船体会下沉的真正原因是河水的密度小于海水的密度，因此船在内河必须排开更多的水才能确保浮力不变。

例2：我国第一艘航空母舰"辽宁号"航母的甲板上的舰载机飞离航母到钓鱼岛进行巡航检查时，航母所受的浮力（选填"变大"，"变小"或"不变"），舰体会些。（选填"上浮"，"下沉"或"不变"）

同理当航母甲板上的舰载机飞机飞离航母后，飞机飞离航母前后，航母均处于水面静止的平衡状态，因此前后所受浮力必须与航母的重力平衡抵消，但飞机飞离航母前后航母所受重力减少（减掉飞机的重力），因此对应浮力也必须减少，因此舰体会上浮些答案为（减少 上浮些）。

例3：如图1甲所示，一个底面积S1=100cm2的圆柱形水槽静止在水平地面上，水槽底部放有一底面积S2=40cm2的圆柱形木块，木块底面与水槽底部用一轻质细绳连接。从t=0时刻起，往水槽里面匀速且缓慢注水，假设木块上浮时保持竖直状态，水槽足够高，木块最后完全浸没在水中，如图乙所示。整个过程中没有水溢出，细绳也没有断裂。水槽底部受到木块的压力FN与细绳的拉力FT随时间变化的图像分别如图丙、丁所示，则绳子的长度为cm。（g取10N/kg）

本题中圆柱形木块共有3处的不同位置的平衡，第1处平衡（木块与容器底部接触）;第2处平衡（木块脱离容器底部，但绳子松的不提供拉力）;第3处平衡（木块脱离容器底部，但绳子绷紧提供拉力），解题时应抓住这3处平衡进行受力分析，建立方程即可顺利地解题，在0-100s这段时间，随着水慢慢注入水槽中，木块的支持力慢慢减小，木块所受浮力慢慢增加，这一动态过程中，看不到木块的上升，但是F支+F浮=G木块，100s时，F支=0N， 在100-200s这段时间，木块慢慢上浮，但由于F浮=G木块，绳的拉力FT=0N，所以绳子还没拉直， 在200s时，绳子刚好拉直;而在200-300s这段时间，再继续添加水后，木块所受的浮力大于重力，这时拉力与重力的合力与浮力平衡此过程FT+G木块=F浮，第300s水刚好把木块完全浸没，因此300s后，再继续添加水后，木块所受的浮力不变，所以绳子的拉力也不变，大小为300N。教师在引导学生解题时，让学生了解并分析这3个平衡点，从平衡点入手解题，就能突破这道题難点，得到正确答案（答案为6cm）。

物理问题中的“平衡点”的确定不是凭空想象、胡思乱想，它要有物理科学依据，符合物理规律;在力学中物体如果处于静止状态或者匀速直线运动状态，这时物体就处于平衡状态，否则就是非平衡状态（如：加速上浮或加速下沉），而物体处于平衡状态，则物体要么不受力（牛顿第一定律），要么受力的合力互相抵消，合力为零。因此在审题时，要注意题目给出的物理情景有无满足“平衡点”的条件（"静止"或"匀速直线运动"），再综合受力分析进行解答，这样的解题方法才是科学的、有效的。

作者简介：

徐学林（1969-）男，中学物理高级教师，主要从事初中物理教学工作，泉州市第二届名师，曾获泉州市德化县2016年优课一等奖。