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浮力解题思路-典型例题(含答案)

来源:尚车旅游网


1、正确理解阿基米德原理:浸在液体中的物体受到向上的浮力、浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力,这就是阿基米德原理,其数学表达式是:F浮=G排液=ρ液gV排。 对阿基米德原理及其公式的理解,应注意以下几个问题:

(1)浮力的大小由液体密度ρ液和排开液体的体积V排两个因素决定。浮力大小与物体自身的重力、物体的体积、物体的密度及物体的形状无关。浸没在液体中的物体受到的浮力不随深度的变化而改变。 (2)阿基米德原理对浸没或部分浸在液体中的物体都适用。

(3)当物体浸没在液体中时,V排=V物,当物体部分浸在液体中时,V排(4)阿基米德原理也适用于气体,其计算公式是:F浮=ρ气gV排。 2、如何判断物体的浮沉:判断物体浮沉的方法有两种:

(1)受力比较法:浸没在液体中的物体受到重力和浮力的作用。 F浮>G物,物体上浮; F浮(2)密度比较法:浸没在液体中的物体,只要比较物体的密度ρ物和液体的密度ρ液的大小,就可以判断物体的浮沉。 ρ液>ρ物,物体上浮; ρ液<ρ物,物体下浮; ρ液=ρ物,物体悬浮;

对于质量分布不均匀的物体,如空心球,求出物体的平均密度,也可以用比较密度的方法来判断物体的浮沉。 3、正确理解漂浮条件:

漂浮问题是浮力问题的重要组成部分,解决浮力问题的关键是理解物体的漂浮条件F浮=G物。 (1)因为F浮=ρ液gV排,G物=ρ物gV物,又因为F浮=G物(漂浮条件)所以,ρ液gV排=ρ物gV物, 由物体漂浮时V排ρ物,

即物体的密度小于液体密度时,物体将浮在液面上。此时,V物=V排+V露。 (2)根据漂浮条件F浮=G物,

得:ρ液gV排=ρ物gV物, V排= ·V物

同一物体在不同液体中漂浮时,ρ物、V物不变;物体排开液体的体积V排与液体的密度ρ液成反比。ρ液越大,V排反而越小。

4、计算浮力的一般方法:

(1)根据浮力产生的原因F浮=F向上-F向下,一般用于已知物体在液体中的深度,且形状规则的物体。

(2)根据阿基米德原理:F浮=G排液=ρ液gV排,这个公式对任何受到浮力的物体都适用。计算时要已知ρ液和V排。 (3)根据力的平衡原理:将挂在弹簧秤下的物体浸在液体中,静止时,物体受到重力,浮力和竖直向上的拉力。这三个力平衡:即F浮=G物-F拉

(4)根据漂浮、悬浮条件:F浮=G物,这个公式只适用于计算漂浮或悬浮物体的浮力。 5、浮力 综合题的一般解题步骤:

(1)明确研究对象,判断它所处的状态。当物体浸没时,V排=V物,当物体漂浮时,V排+V露=V物,

(2)分析研究对象的受力情况,画出力的示意图,在图中标出已知力的符号、量值和未知力的符号。 (3)根据力的平衡原理列方程,代入公式、数值 、进行计算,得出结果。

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例1、如图4所示的直筒形容器的底面积为100厘米,筒内有用密度不同的材料制成的a、b两实心小球。已知

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a球的体积为80厘米,是b球体积的3.4倍。两球用细线相连能悬浮在水中。现剪断细线,a球上浮,稳定后水对容器底的压强变化了40帕。试求: (1) 细线被剪断前后水面的高度差。

(2) a、b两球的密度。(本题g取近似值10牛/千克)

解析:(1)分析容器底部的压强变化的原因,是因为剪断细线后,a球上浮,由 悬 浮变为了漂浮,排开水的体积变小,液面下降,由p=ρgh可知应有:Δp=ρgΔh

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故液面下降高度为:Δh= =0.004(米)=0.4(厘米)

(2)经分析可知a球露出水面的体积应为液体下降的体积,所以,a球漂浮时露出部分的体积

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V露=ΔhS=0.4×100=40(厘米) 此后球排开水的体积为:V排=Va-V露=

Va

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3

应用阿基米德原理,对a来考虑,a球漂浮时有:ρ水gV排=ρagVa,故,ρa=ρ水=0.5×10千克/米 把a、b看作一个整体来考虑,a、b一起悬浮时有:ρ水g(Va+Vb)=ρagVa+ρbgVb

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将Va=3.4Vb代入解得:ρb=4.4ρ水-3.4ρa=2.7×10千克/米

例2.如图7-5所示,质量相等的A、B、C三个小球,放在同一液体中,结果A球漂浮,B球悬浮,C球下沉到容器底部,下列说法中正确的是( ) A.如果三个小球都是空心的,则它们的体积可能相等 B.如果三个小球的材料相同,则A、B两球一定是空心的

C.如果三个小球都是空心的,则它们所受浮力的大小关系为FA>FB>FC D.如果三个小球都是实心的,则它们密度的大小关系为ρA>ρB>ρC

例4. 大军将一支密度计分别放入两种不同的液体中,如图9-15所示。若两种液体的密度分别ρ甲、ρ乙,静止时密度计所受浮力分别为F甲、F乙,则( )

A.ρ甲>ρ乙 F甲=F乙B.ρ甲<ρ乙 F甲>F乙 C.ρ乙>ρ甲 F甲ρ甲 F甲=F乙

h a b 图 9-16 图9-15

例5. 用图像来描述物理过程或物理规律是很直观的。如图9-16(a)一立方体木块,下面用一段细线与之相连,细线另一端固定在在容器底(容器高比细线与木块边长之和大得多)。现向容器中慢慢加水,如图9-16(b)所

F F F F 2 第 2 页 共 3 页 O O h O h h O h A B C D

图9-17

示。若细线中的拉力用F表示,容器中水的深度用h表示。那么, 在图9-17中可以正确描述拉力F随随深度h的变化关系的图像是( )

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