浮力易错题诊断

2017-09-14 22:12郑声富
中国校外教育(上旬) 2017年13期
关键词:石鼓阿基米德铁球

郑声富

浮力是力学知识的重点,是力学中综合性极强的部分,它可以将压强、密度、简单机械、功、功率、机械效率等知识融入其中,让问题复杂化、繁琐化,就其产生易错的原因诊断为:不能正确理解浮力产生的原因,乱套公式;对V排认识不到位,不能抓其本质;没弄清物体最后状态,盲目解题;考虑问题不全面,往往顾此失彼;不会对物体进行受力分析导致出错。探讨了针对其原因避免其出错的策略。

浮力错误原因策略浮力是力学知识的重点,也是同学们学习的难点,就其浮力知识本身而言不是学习的难点,学生要掌握也并不困难,而是难在:浮力是力学中综合性极强的部分,它可以将压强、密度、简单机械、功、功率、机械效率等知识融入其中,让问题复杂化、繁琐化,加上学生对知识的迁移不到位,思维的局限性,更加上设计者的人性化设计(常常让学生在高兴中出错、失分),同时题目多变,设置陷阱较多,题设条件一旦发生微小变化,可能整个物理情境将完全颠覆。现就浮力中的一些易错知识加以诊断,以期对同学们的学习有一定的帮助。

一、浮力题错解的原因

1.不能正确理解浮力产生的原因,乱套公式

浮力产生的原因是物体上下表面受到的压力差。从产生原因可以看出,浸在液体中的物体要受到浮力作用,必须满足下表面受到液体向上的压力要大于上表面受到向下的压力。不能看到浸到液体中就用阿基米德原理解答。例如:

例1.1988年长江发生特大洪灾,为加固提坝,将重为G的圆柱形木桩的尖端竖直打入泥土中,另一端露出水面部分的体积为V,当河水全部淹没木桩时,下列说法正确的是()

A.木桩受浮力为G

B.木桩所受浮力增加了ρ水gv

C.木桩所受浮力等于它排开水的重力

D.木桩不受浮力

错解:选B

选错原因:由于露出水面的体积为V,当水全部淹没木桩时,水排开的体积增加了V,根据阿基米德原理F浮=G排=ρ水gv,故选B。

分析:因为木桩是圆形,并且尖端打入泥中,因此木桩的下表面就不受水对它的向上的压力,所以就不满足浮力产生的条件。故不受浮力的作用,正选D。

例2.如图所示,在容器中放一个上、下底面积均为10cm2、高为5cm,体积为80cm3的均匀对称石鼓,其下底表面与容器底部完全紧密接触,

石鼓全部浸没于水中且其上表面与水面齐平,则石鼓

受到的浮力是()(取g=10N/kg)

A.0B.0.3NC.0.5ND.0.8N

这道题有两种常见错误:一种错误是教条的认为石鼓底部与容器底部紧密接触,因此不受浮力的作用,从而选到A答案;另一种错误是认为石鼓的体积知道,根据阿基米德原理可以算出石鼓所受浮力,故错误的选择D答案。

其实,这个题正解应该是选B答案。虽然石鼓底部没有受到水对它向上的压力,但是石鼓两侧向外凸出,照样受到水对它的压力,所以石鼓向外凸部分受到了浮力的,故V排=80cm3-5cm×10cm2=30cm3,再根据阿基米德原理可以计算出石鼓所受浮力。

2.对V排认识不到位,不能抓其本质

有同学在解题时,凭自己的主观臆断,不注重题目本质所在,只是片面的,凭着自己的感觉去答题,结果出现错误。例如:

例3.将系于绳端质量相等的铁桶和实心铁球,同时浸没在水中,静止不动时,绳对它们的拉力分别为F1、F2,则他们的大小关系是:()

A.F1> F2

B.F1< F2

C.F1= F2

D.无法判定

错解:选B

有同学看到这题后,就不加思索地选到B,理由是,桶的体积比铁球的体积大,又根据阿基米德原理可知,桶受的浮力比铁球大,再根据F拉=G-F浮,所以F1

3.没弄清物体最后状态,盲目解题

有些题包含着物理动态的过程,有的学生在解答时,对问题不认真分析,对条件不仔细考究,而是只看一半,对所求物体的最后所处状态未弄清而出错。例如:

例4.球重4.5N,体积0.5分米3,投入水中静止时所受浮力为(g=10N/kg)

A.4.5N B.5NC.0.5ND.9.5N

常见错误解答是直接用阿基米德原理解答得出B答案。其實,这道题隐含着要我们先判断铁球静止时是处于什么状态?是漂浮、悬浮、还是沉在水底?解答有两种方法:一是算出该球的密度,然后和水的密度进行比较,二是算出该球全部浸没时所受的浮力大小,然后再根据物体的浮沉条件进行比较可得出正确答案A。

4.考虑问题不全面,往往顾此失彼

对题目中告诉的条件没有能深入挖掘,对物理场景没有分析全面,漏掉一些情况,从而导致顾此失彼得出错误大案。

例5.重0.5N的物体,把它放入盛有水的烧杯中,溢出重为0.3N的水,则该物体受到的浮力为()

A.一定为0.3N

B.可能为0.2N

C.可能为0.4N

D.无法判断

该题出错在:一种错误是直接用阿基米德原理“浮力等于排开液体所受的重力”得到A答案;二种错误是认为由于烧杯是否装满水不知道,因此排开水的重不知道,故选择D。

解析:这题的关键是要记住“物体受到的浮力等于它排开的液体的重力,而不是等于溢出的液体的重力”。当烧杯装满水时物体所受浮力的最小值为Fmin=G排=G溢=0.3N;当烧杯中原来没有盛满水,把它放入后才溢出的水,这时若物体漂浮或悬浮在液体中时,物体所受的浮力最大,等于物重,即Fmax=G=0.5N;因此它受到的浮力范围为:0.3N~0.5N,综合以上两点,对提供选项进行甄别,于是不难选出只有C符合要求。

5.不会对物体进行受力分析导致出错

对物体进行受力分析是浮力题中常见的题型之一,也是学生学习物理的一大难点,分析受力时常常出现漏掉力或多出力的现象,以至于得出错误答案。

例6.如图所示,一个重为10牛的实心金属块,挂在弹簧秤下并浸入水中(弹簧秤未画出),当金属块的体积的1/3浸入水中静止时,弹簧秤的示数为8牛,当把金属块全部浸入水中并碰到杯底时,弹簧秤的示数为()。

A.可能是2牛B.可能是6牛

C.可能是8牛D.以上都错

这题有两个看点:一是如何算出物体全部浸没时所受的浮力,二是“金属块全部浸入水中并碰到杯底”这个条件,很多学生就只分析出金属块受到重力、浮力和拉力这三个力而漏掉了杯底对金属块的支持力而出错。

解析:根据金属块1/3体积浸入水中受到的浮力,再利用阿基米德原理F浮=ρgV排算出金属块全部浸入水中时受到的浮力为6N后,再分两种情况进行分析:当杯底对金属块支持力为0时,根据Fmax=G-F浮算出最大拉力为4N;当杯底对金属块支持力为4N时,弹簧秤对金属块的拉力就应该为0,于是弹簧秤示数范围就应在0—4N之间,于是结合选项可以得到正确选项A。

二、避免浮力题出錯的策略

1.加强对基本知识的理解,尤其对基本概念(比例如:浮力产生原因是“物体上下表面受到的压力差”的理解);基本规律(比例如:阿基米德原理是“物体所受浮力等于物体排开液体所受的重力”而不是“溢出液体重力”);基本方法(比例如:物体的浮沉是要判断“物体所受浮力与物体重力大小”的比较,而不是物体重力的大小来决定浮沉)

2.注重知识的前后联系,准确对物体进行受力分析。浸在液体中的物体受力分析,一般按重力→浮力→拉力→支持力→已知力的顺序来分析,避免漏掉力和多分析出力而出错。

3.养成仔细读题的良好习惯,找出题中的重点词句和隐含的物理条件,有的条件很隐蔽,有的要在图形中去发现和挖掘,只有找到充分的条件才能顺利的完成一些习题。

4.紧扣物理过程,做到对物理过程一清二楚,物理过程不清就存在着解题的隐患,题目不论难易,尽量在草稿上画图,多动笔,弄清物体所在过程,如一弹簧测力计下挂一圆柱体,将圆柱体从盛有水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中,

如图已给出整个过程中弹簧测力计的示数F与圆柱体下降高度h变化关

系的实验图像,已知ρ水=1.0×103kg/m3.则下列说法中错误的是()。

A.圆柱体在刚浸没时下表面受到的液体压强是700Pa

B.圆柱体的重力为12N

C.圆柱体所受的最大浮力为8N

D.圆柱体的密度为1.5×103kg/m3

这题只有弄清各个过程,才能得出准确答案,通过认真分析图像可知:第一段,物体下降3cm时,物体下表面刚好和水面相平;第二段,物体下降7cm时物体上表面刚好和水面向平;第三段,物体下降7cm~9cm时物体全部浸入水中,弄清这三段后,本题就不难得出正确答案为A了。

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