浮力解题方法总结及典例
1.浮力综台题的解答方法
解浮力综合题的基本步骤是:①确定研究物体,并对物体进行受力分析;②在受力分析的基础上,列出力的关系式;③把阿基米德原理公式或密度、重力的计算公式代入关系式;④根据已知条件解出所求量。
2.利用浮力知识求实心物体密度的两种方法
①若ρ物>ρ液,物体完全浸没在液体中,根据阿基米德原理F 浮=ρ液gV 排及称重法F 浮=G-G 示,可求出V 排=G-G 示/ρ液g ,又因为G=mg=ρ物gV 物,此时V 物=V 排,可得ρ物=( G / G-G 示)ρ液。
根据此式,已知ρ液,可求出ρ物;已知ρ物,可求出ρ液。
②若ρ物<ρ液,物体漂浮在液面上,根据物体漂浮条件G 物=F 浮=ρ液gV 排;利用大头针可使物体完全浸入液体中,求出物体的体积V ;因此物体密度ρ物=m/V=G 物/Vg=ρ液gV 排/V 。
3.利用漂浮体求液体或物体密度的方法
对于漂浮的物体,浮力等于重力,而浮力F 浮=ρ液gV 排,重力G 物=ρ物gV 物,因F 浮=G 物,只要知道V 排与V 物的关系和ρ液(或ρ物)就可求出ρ物(或ρ液)。
【典型例题解析】
【例1】如图所示,一边长为10cm 的立方体木块,在水中静止时,刚好有二分之一露出水面,若g 取10 N/kg ,求: (1)木块的密度是多大?
(2)用手将木块缓慢压入水中,当木块刚好全部没入水中时,手对木块的压力是多大?
【解析】由于木块漂浮在水面上,且刚好有二分之一的体积露出水面,即V 排为V 木的一半,故可根据漂浮条件F 浮=G 来列式计算;木块的重力不变,当木块刚好全部被压入水中时,浮力增大,增大的浮力等于木块原来外部体积排开的水的重力,即为手对木块的压力。
(1)木块的体积V 木=(10cm)3=10-3 m 3 木块静止在水面上时所受的浮力为:
F 浮=ρ水gV 排= ρ水gV 木/2=103×10×(10-3/2)N= 5N 因为
G 木与F 浮是平衡力,所以木块的重力G 木=F 浮=5N 木块的质量m 木=G 木/g=5/10kg=0.5kg
木块的密度ρ木=m 木/V 木=0.5/10-3kg/m 3=0.5×103 kg/m 3
(2)木块刚好全部没入水中时所受的浮力F '浮=ρ水gV '排=ρ水gV 木=103×10×10-3 N=10N
因手对木块的压力F 和木块的重力G 木的合力与木块所受的浮力F '浮是平衡力
所以F=F '浮-G 木=10N-5N=5N 。
【点评】在解答漂浮类问题时,往往以浮力与重力相等入手,再根据阿基米德原理解决。
【例2】某物体在空气中称量时,弹簧测力计的示数为5N ,完全浸没在水中称量时,弹簧测力计的示数为2N ,完全浸没在另一种液体中称量时,弹簧测力
计的示数为1.5N,求该种液体的密度。
【解析】根据题意,可求出物体在水中和在液体中所受的浮力,从而依次可求出物体的体积、液体的密度。
物体在水中所受浮力F
浮水= G-G
示
,物体的体积V=V
排水
=F
浮水
/ρ
水
g=G-G
示
/ρ
水g
物体在液体中所受浮力F
浮液=G-G'
示
,根据F
浮液
=ρ
液
gV
排液
,V
排液
=V,得。
【点评】本题为我们提供了一种测定液体密度的方法,所需器材是烧杯、水、弹簧测力计、石块和细线。
【例3】有甲、乙两实心物体ρ
乙=4ρ
甲
/5,甲物体漂浮在某种液面上时,
有1/3体积露出液面,求乙物体漂浮在液面时,露出液体体积和总体积之比。
【解析】甲、乙两物体在液体中都处于漂浮状态,它们受到的浮力都等于自身重力。
要求乙物体在液体中排开液体体积与物体的体积之比,关键要找出ρ
乙
与ρ
液的关系,U=U
排
+U
露。
解:甲物体漂浮时:F
浮1=G
甲
ρ
液g2 V
甲
/3 =ρ
甲
gV
甲
∴ρ
甲=2ρ
液
/3
∵ρ
乙=4ρ
甲
/5
∵ρ
乙=(4/5×2/3)ρ
液
=8ρ
液
/15
∵乙物体漂浮时:F
浮乙=G
乙
ρ
液·gV
排乙
=ρ
乙
·gV
乙
ρ
液(V
乙
-V
露
)=ρ
乙
V
乙
∴。
【答案】乙物体在液体漂浮时,露出液面体积和总体积的比为7/15。
【点评】解有关漂浮问题的关键,就是要紧紧抓住漂浮条件,即漂浮物体受力的特点:
F
浮=G
物
,分清物体的体积V,排开液体的体积V排,露出液体的体积V
露
及
它们之间的关系:V=V
排+V
露
;区分液体的密度和物体的密度。
根据题目条件,列
出方程求解。