浮力問題的典型錯誤診斷 初中物理教案
物理教案 由土鳳凰供稿
浮力問題的典型錯誤診斷
浮力的概念、阿基米德原理及物體的浮沉條件等難度較大，不好掌握。筆者結(jié)合多年來的初中物理教學(xué)實踐，列舉出學(xué)生出現(xiàn)的一些常見的癥狀，結(jié)合典型的例題分析錯誤形成的原因，來幫助學(xué)生突破難點，以便提高學(xué)生運用浮力知識解決物理問題的能力。
表現(xiàn)一：一切浸入液體中的物體，都受到液體的浮力作用。
錯因及突破：不明確浮力產(chǎn)生的原因。浮力產(chǎn)生的原因是：浸在液體中的物體受到液體上下表面不同的壓力差，即F浮=F上—F下。由此可知只有F上＞F下時，物體才受浮力即浸入液體中的物體，物體不一定受浮力的作用。
例題：一個圓柱形橋墩的總體積為11.8m3，浸在水中的部分體積為5m3，則橋墩所受到的浮力是 N
分析: 本題易誤用阿基米德原理求解即：F浮=ρ水g V排=1．0×103kg／m3×10N／kg×5m3=5×104 N，該解法錯誤的原因是不明確浮力產(chǎn)生的原因。只有物體表面受到液體向上的壓力大于向下的壓力時，液體對物體才有浮力作用。本題中橋墩深入河底泥土中，底部沒有受到水對它向上的壓力即：F上=0。橋墩沒有受到水的浮力作用即：橋墩所受浮力為0。
表現(xiàn)二：浮力的大小跟物體的運動狀態(tài)有關(guān)，上浮的物體受到的浮力大，下沉的物體受到浮力小。
錯因及突破：不明確物體的浮沉條件和影響浮力大小的因素的關(guān)系。浸沒在液體中的物體，只受重力和浮力作用時，當(dāng)浮力等于重力，物體懸??；當(dāng)浮力大于重力，物體上??；當(dāng)浮力小于重力，物體下沉。由此可知，物體的浮沉取決于浮力和重力的大小，物體所受浮力的大小和物體的浮沉（運動狀態(tài)）無關(guān)。
例題：兩手分別拿著一個小木塊和一個大石塊浸沒在水中。同時松手，小木塊上?。笫瘔K下沉，所受浮力較大的物體是（ ）
A、小木塊 B、大石塊 C、一樣大 D、無法確定
分析：本題易錯選A原因是不理解物體浮沉條件。浮力的大小跟液體的密度以及物體排開液體的體積有關(guān)，而與物體在液體中的運動狀態(tài)無關(guān)。石塊下沉是因為F浮石＜G石，木塊上浮是因為F浮木＞G木，從以上兩式并不能判斷出F浮石和F浮木的大小關(guān)系。由于小木塊和一個大石塊浸沒在水中即：V石排= V石，V木排=V木又因為V石＞V木因而V石排＞V木排根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ水g V排可知F浮石＞F浮木所以本題應(yīng)選B。
表現(xiàn)三：用9.8N的水不能產(chǎn)生大于9.8N的浮力。
錯因及突破：沒有真正理解物體排開液體的體積V排的含義。根據(jù)阿基米德原理，浮在液體中的物體受到的浮力大小等于被物體成開的液體的重力，但是物體并一定將液體排出容器外，物體排開液體的體積實質(zhì)是物體浸在液體中的那部分體積，物體排開液體的體積可以大于容器中原有液體的體積，即物體在液體中所浮的浮力同樣可以大于原容器中液體的重力。如“盆水舉缸”，所以用9.8N的水能產(chǎn)生大于9.8N的浮力。
表現(xiàn)四：浮力的大小跟物體的體積有關(guān)，物體的體積越大，物體受到的浮力越大。
錯因及突破：不明確V排和V物的關(guān)系。根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力的大小既和液體的密度有關(guān)，又和物體排開液體的體積有關(guān)。當(dāng)物體浸沒在液體中時V排等于V物，這時V物越大V排也越大，物體受到的浮力也越大；當(dāng)物體不是浸沒在液體中時，物體所受的浮力與物體的體積無關(guān)。
例題：關(guān)于浮力，下列說法正確的是 （ ）
A．體積相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水中，靜止后木球受到的浮力較大
B．質(zhì)量相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水中，靜止后鐵球受到的浮力較大
C．質(zhì)量相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水銀中，靜止后兩球受到的浮力相等
D．體積相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水銀中，靜止后兩球受到的浮力相等
分析：本題易錯選B和D原因是不明確V排和V物的關(guān)系誤認(rèn)為V木大，F(xiàn)浮也一定大，而沒有理解公式F浮=ρ液g V排中V排的含義，混淆了V排和V物。只有浸沒在液體中的物體才有V排=V物。實心木球和鐵球的密度均小于水銀的密度，在水銀中靜止時，均漂浮，F(xiàn)浮=G物而且V排均小于V物。因為兩球質(zhì)量相等，所受重力相等，所以兩球所受浮力相等。雖然V木＞V鐵，但浮力一樣大，應(yīng)選C。兒童網(wǎng)教案www.inspiredelm.com/jiaoan/
表現(xiàn)五：液體的密度越大，物體所受的浮力越大； 物體排開液體的體積越大，物體所受的浮力越大
錯因及突破：不能全面考慮影響浮力大小的因素。根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力的大小既和液體的密度有關(guān)，又和物體排開液體的體積有關(guān)。當(dāng)物體排開液體的體積一定時，物體所受的浮力的大小與液體的密度成正比，即物體排開液體的體積一定時，液體的密度越大，物體所受的浮力也越大。 當(dāng)液體的密度一定時，物體所受的浮力的大小與物體排開液體的體積正比，即液體的密度一定時，物體排開液體的體積越大，物體所受的浮力也越大。
例題：一艘輪船從長江駛?cè)霒|海，比較輪船在長江與東海里所受的浮力，下列說法中正確的是( )
A．由于輪船始終浮在水面上，所以它受到的浮力不變
B．由于海水的密度大，所以輪船在海洋里受到的浮力大
C．由于輪船排開海水的體積小，所以它在海洋里受到的浮力小
D．由于輪船排開海水的體積大，所以它在海洋里受到的浮力大
分析：本題易錯選B和C原因是不能全面考慮影響浮力大小的因素，考慮到海水的密度大，而忽略船排開水的體積也發(fā)生了變化，誤認(rèn)為輪船從江面駛?cè)牒Ｃ?，受到的浮力變大；考慮到輪船排開海水的體積小，而忽略液體的密度也發(fā)生了變化。輪船是漂浮在水面上，即F浮=G船，它從長江駛?cè)霒|海時，船的自身重力沒有變化，所以輪船在江水里和海洋里受到的浮力一樣大。所以本題應(yīng)選A。
表現(xiàn)六：浮力的大小跟物體浸在液體中的深度有關(guān)，物體浸入越深，受到的浮力越大。
錯因及突破：不明確物體浸沒在液體中時所受到的浮力大小不變。根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力的大小既和液體的密度有關(guān)，又和物體排開液體的體積有關(guān)。當(dāng)液體的密度一定時，物體所受的浮力的大小與物體排開液體的體積正比，即液體的密度一定時，物體排開液體的體積越大，物體所受的浮力也越大。物體剛開始浸入液體中時，物體排開液體的體積隨深度的增加而增大，物體所受的浮力也增大，但是當(dāng)物體全部浸沒時V排等于V物時，物體所受的浮力大小不變。
例題：沉船打撈人員在水面下作業(yè)，他在續(xù)繼下潛的過程中( )
A．所受浮力變大，壓強變大 B. 所受浮力變大，壓強變小
C．所受浮力不變，壓強變大 D．所受浮力不變，壓強不變
分析：本題易錯選A原因是不明確物體浸沒在液體中時所受到的浮力大小不變即浸沒在液體中的物體受到的浮力和深度無關(guān)，沉船打撈人員在水面下作業(yè)在續(xù)繼下潛的過程中，排開液體的體積和水的密度都保持不變，根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ水g V排可知沉船打撈人員所受浮力變大又因為下潛的過程中水的深度增加根據(jù)液體壓強公式P=ρgh可知沉船打撈人員所受壓強變大，所以本題應(yīng)選C。
浮力的概念、阿基米德原理及物體的浮沉條件等難度較大，不好掌握。筆者結(jié)合多年來的初中物理教學(xué)實踐，列舉出學(xué)生出現(xiàn)的一些常見的癥狀，結(jié)合典型的例題分析錯誤形成的原因，來幫助學(xué)生突破難點，以便提高學(xué)生運用浮力知識解決物理問題的能力。
表現(xiàn)一：一切浸入液體中的物體，都受到液體的浮力作用。
錯因及突破：不明確浮力產(chǎn)生的原因。浮力產(chǎn)生的原因是：浸在液體中的物體受到液體上下表面不同的壓力差，即F浮=F上—F下。由此可知只有F上＞F下時，物體才受浮力即浸入液體中的物體，物體不一定受浮力的作用。
例題：一個圓柱形橋墩的總體積為11.8m3，浸在水中的部分體積為5m3，則橋墩所受到的浮力是 N
分析: 本題易誤用阿基米德原理求解即：F浮=ρ水g V排=1．0×103kg／m3×10N／kg×5m3=5×104 N，該解法錯誤的原因是不明確浮力產(chǎn)生的原因。只有物體表面受到液體向上的壓力大于向下的壓力時，液體對物體才有浮力作用。本題中橋墩深入河底泥土中，底部沒有受到水對它向上的壓力即：F上=0。橋墩沒有受到水的浮力作用即：橋墩所受浮力為0。
表現(xiàn)二：浮力的大小跟物體的運動狀態(tài)有關(guān)，上浮的物體受到的浮力大，下沉的物體受到浮力小。
錯因及突破：不明確物體的浮沉條件和影響浮力大小的因素的關(guān)系。浸沒在液體中的物體，只受重力和浮力作用時，當(dāng)浮力等于重力，物體懸??；當(dāng)浮力大于重力，物體上??；當(dāng)浮力小于重力，物體下沉。由此可知，物體的浮沉取決于浮力和重力的大小，物體所受浮力的大小和物體的浮沉（運動狀態(tài)）無關(guān)。
例題：兩手分別拿著一個小木塊和一個大石塊浸沒在水中。同時松手，小木塊上?。笫瘔K下沉，所受浮力較大的物體是（ ）
A、小木塊 B、大石塊 C、一樣大 D、無法確定
分析：本題易錯選A原因是不理解物體浮沉條件。浮力的大小跟液體的密度以及物體排開液體的體積有關(guān)，而與物體在液體中的運動狀態(tài)無關(guān)。石塊下沉是因為F浮石＜G石，木塊上浮是因為F浮木＞G木，從以上兩式并不能判斷出F浮石和F浮木的大小關(guān)系。由于小木塊和一個大石塊浸沒在水中即：V石排= V石，V木排=V木又因為V石＞V木因而V石排＞V木排根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ水g V排可知F浮石＞F浮木所以本題應(yīng)選B。
表現(xiàn)三：用9.8N的水不能產(chǎn)生大于9.8N的浮力。
錯因及突破：沒有真正理解物體排開液體的體積V排的含義。根據(jù)阿基米德原理，浮在液體中的物體受到的浮力大小等于被物體成開的液體的重力，但是物體并一定將液體排出容器外，物體排開液體的體積實質(zhì)是物體浸在液體中的那部分體積，物體排開液體的體積可以大于容器中原有液體的體積，即物體在液體中所浮的浮力同樣可以大于原容器中液體的重力。如“盆水舉缸”，所以用9.8N的水能產(chǎn)生大于9.8N的浮力。
表現(xiàn)四：浮力的大小跟物體的體積有關(guān)，物體的體積越大，物體受到的浮力越大。
錯因及突破：不明確V排和V物的關(guān)系。根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力的大小既和液體的密度有關(guān)，又和物體排開液體的體積有關(guān)。當(dāng)物體浸沒在液體中時V排等于V物，這時V物越大V排也越大，物體受到的浮力也越大；當(dāng)物體不是浸沒在液體中時，物體所受的浮力與物體的體積無關(guān)。
例題：關(guān)于浮力，下列說法正確的是 （ ）
A．體積相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水中，靜止后木球受到的浮力較大
B．質(zhì)量相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水中，靜止后鐵球受到的浮力較大
C．質(zhì)量相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水銀中，靜止后兩球受到的浮力相等
D．體積相等的實心木球和鐵球，投入足夠多的水銀中，靜止后兩球受到的浮力相等
分析：本題易錯選B和D原因是不明確V排和V物的關(guān)系誤認(rèn)為V木大，F(xiàn)浮也一定大，而沒有理解公式F浮=ρ液g V排中V排的含義，混淆了V排和V物。只有浸沒在液體中的物體才有V排=V物。實心木球和鐵球的密度均小于水銀的密度，在水銀中靜止時，均漂浮，F(xiàn)浮=G物而且V排均小于V物。因為兩球質(zhì)量相等，所受重力相等，所以兩球所受浮力相等。雖然V木＞V鐵，但浮力一樣大，應(yīng)選C。兒童網(wǎng)教案www.inspiredelm.com/jiaoan/
表現(xiàn)五：液體的密度越大，物體所受的浮力越大； 物體排開液體的體積越大，物體所受的浮力越大
錯因及突破：不能全面考慮影響浮力大小的因素。根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力的大小既和液體的密度有關(guān)，又和物體排開液體的體積有關(guān)。當(dāng)物體排開液體的體積一定時，物體所受的浮力的大小與液體的密度成正比，即物體排開液體的體積一定時，液體的密度越大，物體所受的浮力也越大。 當(dāng)液體的密度一定時，物體所受的浮力的大小與物體排開液體的體積正比，即液體的密度一定時，物體排開液體的體積越大，物體所受的浮力也越大。
例題：一艘輪船從長江駛?cè)霒|海，比較輪船在長江與東海里所受的浮力，下列說法中正確的是( )
A．由于輪船始終浮在水面上，所以它受到的浮力不變
B．由于海水的密度大，所以輪船在海洋里受到的浮力大
C．由于輪船排開海水的體積小，所以它在海洋里受到的浮力小
D．由于輪船排開海水的體積大，所以它在海洋里受到的浮力大
分析：本題易錯選B和C原因是不能全面考慮影響浮力大小的因素，考慮到海水的密度大，而忽略船排開水的體積也發(fā)生了變化，誤認(rèn)為輪船從江面駛?cè)牒Ｃ?，受到的浮力變大；考慮到輪船排開海水的體積小，而忽略液體的密度也發(fā)生了變化。輪船是漂浮在水面上，即F浮=G船，它從長江駛?cè)霒|海時，船的自身重力沒有變化，所以輪船在江水里和海洋里受到的浮力一樣大。所以本題應(yīng)選A。
表現(xiàn)六：浮力的大小跟物體浸在液體中的深度有關(guān)，物體浸入越深，受到的浮力越大。
錯因及突破：不明確物體浸沒在液體中時所受到的浮力大小不變。根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力的大小既和液體的密度有關(guān)，又和物體排開液體的體積有關(guān)。當(dāng)液體的密度一定時，物體所受的浮力的大小與物體排開液體的體積正比，即液體的密度一定時，物體排開液體的體積越大，物體所受的浮力也越大。物體剛開始浸入液體中時，物體排開液體的體積隨深度的增加而增大，物體所受的浮力也增大，但是當(dāng)物體全部浸沒時V排等于V物時，物體所受的浮力大小不變。
例題：沉船打撈人員在水面下作業(yè)，他在續(xù)繼下潛的過程中( )
A．所受浮力變大，壓強變大 B. 所受浮力變大，壓強變小
C．所受浮力不變，壓強變大 D．所受浮力不變，壓強不變
分析：本題易錯選A原因是不明確物體浸沒在液體中時所受到的浮力大小不變即浸沒在液體中的物體受到的浮力和深度無關(guān)，沉船打撈人員在水面下作業(yè)在續(xù)繼下潛的過程中，排開液體的體積和水的密度都保持不變，根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ水g V排可知沉船打撈人員所受浮力變大又因為下潛的過程中水的深度增加根據(jù)液體壓強公式P=ρgh可知沉船打撈人員所受壓強變大，所以本題應(yīng)選C。
