处理浮力问题的几种方法

张艳

【摘要】浮力问题是初中物理力学部分的一大重难点，综合性强，需要学生有较强的思维能力和等价转化能力.浮力大小的求解一般与密度、压强等因素息息相关.解决浮力问题需要综合应用阿基米德原理、力的平衡分析、物体沉浮条件等多个知识点.本文结合例题探究浮力问题的几种处理方法，以供读者参考.

【关键词】初中物理；浮力；阿基米德原理

作为力学问题的重要组成部分，解决浮力问题的第一步就是对研究物体进行受力分析，搞清楚力的个数和力的性质.之后再根据力的性质，结合题目的已知条件和阿基米德原理算出每个力的大小，列出相应的力的平衡方程.最后联立方程组即可解得浮力的大小.

方法1 阿基米德原理法

阿基米德原理：在液体中的物体所受到的浮力大小等于物体排开的液体的重力大小.公式表达形式为：F=G=mg=ρVg.在使用此方法时，要搞清楚物体排开液体体积是哪一部分，同时还要理清物体排开液体的体积、物体浸入液体和露出液面体积三者之间的关系.

例1 如图1所示，有一个底面为500cm的圆柱形容器，将一个体积为1×10，质量为0.6kg的木球用细线系在圆柱形容器的底部.往容器里倒入足量的水使木球被浸没（g=10N/kg），求此时：

（1）木球在水中受到的浮力大小；

（2）细线对木球的拉力大小；

（3）如果剪断细线，过一段时间，当木球静止时，木球露出水面的体积大小.

解 （1）由阿基米德原理得：

F=ρVg=1×10kg/m×1×10×10N/kg=10N.

（2）如图2所示对木球进行受力分析，则有：

F=F+G，

F=F－G=10N－6N=4N.

（3）剪断绳子后，由于木球的密度小于水的密度，所以木球必然会浮在水面上，此时对木球进行受力分析，浮力等于重力，即：F=G=6N.

又根据阿基米德原理，有：F=ρVg，

则此时木球露出水面的体积

V=V－V=1×10－6×10=4×10.

评析 由此题可见，阿基米德原理的应用非常广泛，其核心公式就是F=ρVg，辨清公式中每個量的大小.一般来说，浸入物体有两种情况，一是物体完全浸没在液体里，二是物体漂浮在水面上，需要根据不同的情况具体分析.

方法2 力的平衡法

当一个物体处于静止或者匀速运动状态时，物体处于平衡状态.当物体受到多个力作用时，就说明这几个力在坐标轴上的分量相互抵消.在应用此方法时，要首先明确研究对象，画出研究对象的受力分析图，列出平衡等式进一步求解，即可得到答案.

例2 如图3所示，在弹簧测力计底部挂着一个金属块，其重力大小为8N，将其浸没在水中，当金属块静止时，弹簧测力计上的示数为5N，则当金属块受到的浮力为______N.

解 如图4所示，画出金属块的受力分析图，它受到三个力：重力、水对其竖直向上的浮力、弹簧对其竖直向上的拉力，三者平衡，所以得到力的平衡等式：F+F=G，代入数据可以得到F=G－F=3N.

评析 运用力的平衡法解题时，最重要的一步就是列出物体的受力平衡等式，之后代入相关数据即可解得.对于比较复杂的情况，还需要建立合适的坐标系，将力正交分解而后进行求解.

方法3 压力差法

应用压力差法需要知道物体浸没在液体里上下表面的压力，一般来说，其都是间接通过上下表面距离液面的深度和上下表面的表面积求得，再代入公式F=F－F计算浮力.

例3 有一个盛满水的大烧杯，将一个边长为0.1m的实心正方体木块轻轻放入水中，待木块静止时，测量从杯中溢出的水的质量为0.6kg，求：

（1）木块受到的浮力大小；

（2）木块下表面受到的压强大小.（g=10N/kg）

解 （1）F=G=0.6kg×10N/kg=6N.

（2）F=F+F=6N，

例4 一个实心的正方体悬浮在装满水的烧杯中，其上下表面的面积均为0.01m，上表面距水面0.1m，下表面距水面0.3m，求物体在水中受到的浮力大小.

解 根据液体内部的压强公式可得：

p=ρgh=1×10kg/m×10N/kg×0.1m=1×10Pa，

p=ρgh=1×10kg/m×10N/kg×0.3m=3×10Pa.

由此求得物体上下表面受的的压力分别为：

F=PS=1×10Pa×0.01m=10N，

F=PS=3×10Pa×0.01m=30N.

所以该物体在水中受到的浮力大小为：

F=F－F=30N－10N=20N.

评析 此方法揭示了浮力的本质，就是物体处在液体中，上下表面的压力差使得物体受到一个竖直向上的力，就是浮力.因此，从本质出发解决浮力问题也是一个重要的方法.

结语

从上述解答过程来看，浮力问题的解法众多，但是其都离不开本质的阿基米德原理，受力分析等等.学生在解决浮力问题时，要能够联系起所学知识，将多种方法交叉使用，解题会更加高效.