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初中物理之液体中的浮力问题
编辑:
逍遥路
关键词:
初中物理
来源:
高中学习网
今天,我想谈一下
初二
下学期物理中关于液体浮力的几个概念性问题。 首先,浮力的产生原因:液体内部会有压强差,这个差值会使得物体在液体中收到浮力的作用。在
初中
阶段一般计算里所涉及的物体大多是规则图形,也有不规则的时候,但无论哪种,一定要确定它在液体内部是否存在压强差,再行计算也不迟。 再次,受到浮力后物体的沉浮判别:物体的沉浮大致有三种情况,1漂浮,2悬浮,3下沉,这三种情况均指已经到达稳定的状态,所以对它们而言,都是运 动平衡状态,所以在我之前所讲的课程中,我们要应用平衡条件下的受力方程:向上的合力要等于向下的合力,这样,我们就可以大致作出一些判定: 1,漂浮:物体受重力G,浮力F,此外无其他力作用,可列方程 F=G =》 ρgv = mg 所以我们可以得到: ρgv = ρ’ g v’ 其中带‘的均指物体的密度、体积 由此,可以知道,在漂浮的状态下,液体密度是与物体密度有关系的。 2,同理可以知道,在悬浮的状态下,也存在类似的关系,这里不写出,请同学自行完成; 3,下沉的状态说明物体收到的浮力不足以抗衡重力,所以必然会有另外一个力联通浮力一起把重力平衡掉。这就是容器底部的支持力。 4,关于沉浮的条件,我们从上面几条分析中可以得到 ρ液 <ρ物 下沉 ρ液 =ρ物 悬浮 ρ液 >ρ物 漂浮。 但同时我们也要区分一些问题,例如:同样一个小球,放在甲液体中漂浮,放在乙液体中悬浮,问哪个液体中受到浮力较大?尽管这是一类非常基本的题目,但是同 学们在这上面的阵亡率一直居高不下,我们做这类问题,首先就是要明确它的运动状态到底是什么?悬浮、漂浮都是平衡,平衡就一定有受力的平衡,两浮的情况都 是只受重力和浮力作用,所以,这个问题的答案应该是相同的。类似的还有水杯中放入冰块,问冰块融化后水面是否上升? 5,在上浮、悬浮、下沉的过程中,即它们到达平衡状态之前的非平衡运动状态下,有 F > G 上浮 ; F < G 下沉 , 不过悬浮状态比较特殊,它基本上一直处于平衡。但是我们需要问一下自己,当一个物体在液体中向下运动,它一定是下沉么?答案千万不要写下沉,因为有可能会 是上浮,也有可能是一个能够在水中悬浮的物体缓慢向下直至悬浮的过程。 浮力方面需要好好理解的地方很多,我们看一下这样一个很有代表性的问题: 考虑一个潜水艇,从近海进入一条比较深的内陆河,那么他所受的浮力是否变化,怎么变化? 一般的回答是没有变化,这是正确的,但是考虑到潜水艇有两种状态,漂浮和悬浮状态,所以,只回答没有变化,似乎有一些潜在的没有解决的问题:悬浮状 态,真的没有变化么?如果没有变化的话,外界海水变成了淡水,密度也会有变化,那么潜艇有可能下沉了,这显然在之前的答案中没有给出回答。 我们来看一下:如分析中所言,如果潜艇的质量不变,那么从海水到淡水,水的密度在变小,潜艇排水的体积不会变,所以一定会有受的浮力减小,潜艇自然 下沉了。所以,我们需要考虑潜艇沉浮原理:潜艇是通过水仓来控制沉浮,水仓中注入水,潜艇的平均密度将增大,这时下沉;将水排除水仓后,潜艇平均密度减 小,潜艇上浮。所以当潜艇从海水中进入淡水区域,首先要排掉一些水,以抵抗水密度的减小造成的浮力不足,故,潜艇的质量也会减小,当潜艇达到平衡状态时, 潜艇所受的浮力也会减小。这个问题至此也就回答的圆满了很多。 这里留一个思考题目:如果潜艇在下潜状态,从海洋进入内陆河,想要保持在水中的深度不变,那么潜艇舰长应该要求水手将储水仓中的水排出整个水的几分之几?
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