浮力计算的三种方法

齐占波

浮力的计算是力学中的重点和难点，下面结合2020年中考真题介绍求解浮力的三种方法，希望同学们能触类旁通。

一、压力差法

浮力产生的原因是浸没在液体中的物体，其上、下表面受到液体对它的压力不同。下表面受到液体对它向上的压力F向上与上表面受到液体对它向下的压力F向下二者之差即为浮力，F浮 = F向上 - F向下。

例1（2020·贵州·黔东南）浸没在水中的长方体金属块，上、下表面受到水的压力分别为2 N、10 N，该金属块受到的浮力为 N。

解析：该金属块受到的浮力F浮 = F向上 - F向下 = 10 N - 2 N = 8 N。

答案：8

小结：此方法还可以与液体压强的知识联系在一起，利用p = ρgh求压强，再利用[p=FS]来求压力。

二、阿基米德原理法

阿基米德原理：浸入液体里的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受到的重力。用公式表示为F浮 = G排 = m排 g = ρ液 g V排。

例2（2020·辽宁·沈阳）人们在端午节会吃粽子，康康把粽子放入盛有适量水的锅中，发现粽子完全浸没水中且沉在锅底，这说明粽子的密度 （选填“大于”“等于”或“小于”，下同）水的密度，此时粽子对锅底的压力 粽子受到的重力。若粽子的体积为150 cm3，则它受到的浮力为 N。（ρ水=1.0 × 103 kg/m3，g = 10 N/kg）

解析：粽子完全浸没水中且沉在锅底，则粽子的密度大于水的密度，此时粽子受到重力、浮力和支持力的作用，有G = F浮 + F支，则支持力小于重力，而粽子所受支持力与粽子对锅底的压力是一对相互作用力，大小相等，所以粽子对锅底的压力小于粽子受到的重力。由于粽子完全浸没水中，则V排 = V粽 = 150 cm3 = 1.5 × 10-4 m3，则粽子受到的浮力为F浮 = G排 = ρ液gV排 = 1.0 × 103 kg/m3 × 10 N/kg × 1.5 × 10-4 m3 = 1.5 N。

答案：大于   小于   1.5

例3（2020·内蒙古·通辽）如右图所示是我国设计建造的世界首座半潜式圆筒形海洋生活平台“希望7号”。其主船体直径60 m，型深27 m，设计最大吃水深度19 m，满载航行的排水量为2.5 × 104 t，平台满载航行时所受的浮力是 N。若某时平台底部所受海水的压强为1.632 × 105 Pa，则此时平台吃水深度是 m。（已知ρ海水 = 1.02 g/cm3，取g = 10 N/kg）

解析：平台满载航行时所受的浮力F浮= G排 = m排 g = 2.5 × 104 × 103 kg × 10 N/kg = 2.5 × 108 N。由p = ρgh得，平台吃水深度[h=pρg=1.632×105Pa1.02×103kg/m3×10 N/kg=16 m]。

答案：2.5 × 108 16

小结：解题关键是理解并记忆公式F浮 = G排 = m排g = ρ液gV排，具体应用时需要根据题意灵活选用。

三、平衡法

物体只受重力和浮力静止时，即物体漂浮或悬浮时，F浮 = G物，这种求浮力的方法我们称之为“平衡法”。

例4（2020·江苏·淮安）将一盛满水的烧杯置于水平桌面上，缓慢放入一质量为200 g的木块，木块最终在杯中处于漂浮状态，此时木块所受浮力大小是 N，从杯中排出水的体积是 cm3，上述过程中水对杯底的压强 （选填“变大” “变小”或“不变”）。（水的密度ρ=1.0 × 103 kg/m3，g取10 N/kg）

解析：木块漂浮，则木块所受浮力大小F浮 = G物 = mg = 200 × 10-3 kg × 10 N/kg = 2 N;由F浮 =ρ液gV排可知，排出水的体积[V排=F浮ρ水g=2 N1.0×103kg/m3×10 N/kg=2×10-4m3=200 cm3];上述过程中水面高度不变，即杯底的深度不变，则水对杯底的压强不变。

答案：2   200   不变

小结：有的题目是直接说明物体漂浮、悬浮或沉底，有的题目要先判断物体浮沉情况，再求解。判断物体的浮沉情况有两种方法。（1）比较F浮与G物的大小，当物体浸没在液体中时，若它受到的浮力大于物重即F浮>G物，物体上浮;若它受到的浮力等于物重即  F浮 = G物，物体悬浮;若它受到的浮力小于物重即F浮

除以上几种求解浮力的方法外，常用的方法还有称重法，此方法在“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验中有应用。同学们在求解物体所受浮力时，要根据题中所给的条件，灵活运用这些方法，以便快速、准确地求解。