浮力问题的典型错误诊断

浮力问题的典型错误诊断
浮力的概念、阿基米德原理及物体的浮沉条件等难度较大，不好掌握。笔者结合多年来的初中物理教学实践，列举出学生出现的一些常见的症状，结合典型的例题分析错误形成的原因，来帮助学生突破难点，以便提高学生运用浮力知识解决物理问题的能力。
表现一：一切浸入液体中的物体，都受到液体的浮力作用。
错因及突破：不明确浮力产生的原因。浮力产生的原因是：浸在液体中的物体受到液体上下表面不同的压力差，即F浮=F上—F下。由此可知只有F上＞F下时，物体才受浮力即浸入液体中的物体，物体不一定受浮力的作用。
例题：一个圆柱形桥墩的总体积为11.8m3，浸在水中的部分体积为5m3，则桥墩所受到的浮力是 N
分析: 本题易误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，该解法错误的原因是不明确浮力产生的原因。只有物体表面受到液体向上的压力大于向下的压力时，液体对物体才有浮力作用。本题中桥墩深入河底泥土中，底部没有受到水对它向上的压力即：F上=0。桥墩没有受到水的浮力作用即：桥墩所受浮力为0。
表现二：浮力的大小跟物体的运动状态有关，上浮的物体受到的浮力大，下沉的物体受到浮力小。
错因及突破：不明确物体的浮沉条件和影响浮力大小的因素的关系。浸没在液体中的物体，只受重力和浮力作用时，当浮力等于重力，物体悬浮；当浮力大于重力，物体上浮；当浮力小于重力，物体下沉。由此可知，物体的浮沉取决于浮力和重力的大小，物体所受浮力的大小和物体的浮沉（运动状态）无关。
例题：两手分别拿着一个小木块和一个大石块浸没在水中。同时松手，小木块上浮．大石块下沉，所受浮力较大的物体是（ ）
A、小木块 B、大石块 C、一样大 D、无法确定
分析：本题易错选A原因是不理解物体浮沉条件。浮力的大小跟液体的密度以及物体排开液体的体积有关，而与物体在液体中的运动状态无关。石块下沉是因为F浮石＜G石，木块上浮是因为F浮木＞G木，从以上两式并不能判断出F浮石和F浮木的大小关系。由于小木块和一个大石块浸没在水中即：V石排= V石，V木排=V木又因为V石＞V木因而V石排＞V木排根据阿基米德原理F浮=ρ水g V排可知F浮石＞F浮木所以本题应选B。
表现三：用9.8N的水不能产生大于9.8N的浮力。
错因及突破：没有真正理解物体排开液体的体积V排的含义。根据阿基米德原理，浮在液体中的物体受到的浮力大小等于被物体成开的液体的重力，但是物体并一定将液体排出容器外，物体排开液体的体积实质是物体浸在液体中的那部分体积，物体排开液体的体积可以大于容器中原有液体的体积，即物体在液体中所浮的浮力同样可以大于原容器中液体的重力。如“盆水举缸”，所以用9.8N的水能产生大于9.8N的浮力。
表现四：浮力的大小跟物体的体积有关，物体的体积越大，物体受到的浮力越大。
错因及突破：不明确V排和V物的关系。根据阿基米德原理可知，物体所受浮力的大小既和液体的密度有关，又和物体排开液体的体积有关。当物体浸没在液体中时V排等于V物，这时V物越大V排也越大，物体受到的浮力也越大；当物体不是浸没在液体中时，物体所受的浮力与物体的体积无关。
例题：关于浮力，下列说法正确的是 （ ）
A．体积相等的实心木球和铁球，投入足够多的水中，静止后木球受到的浮力较大
B．质量相等的实心木球和铁球，投入足够多的水中，静止后铁球受到的浮力较大
C．质量相等的实心木球和铁球，投入足够多的水银中，静止后两球受到的浮力相等
D．体积相等的实心木球和铁球，投入足够多的水银中，静止后两球受到的浮力相等
分析：本题易错选B和D原因是不明确V排和V物的关系误认为V木大，F浮也一定大，而没有理解公式F浮=ρ液g V排中V排的含义，混淆了V排和V物。只有浸没在液体中的物体才有V排=V物。实心木球和铁球的密度均小于水银的密度，在水银中静止时，均漂浮，F浮=G物而且V排均小于V物。因为两球质量相等，所受重力相等，所以两球所受浮力相等。虽然V木＞V铁，但浮力一样大，应选C。
表现五：液体的密度越大，物体所受的浮力越大； 物体排开液体的体积越大，物体所受的浮力越大
错因及突破：不能全面考虑影响浮力大小的因素。根据阿基米德原理可知，物体所受浮力的大小既和液体的密度有关，又和物体排开液体的体积有关。当物体排开液体的体积一定时，物体所受的浮力的大小与液体的密度成正比，即物体排开液体的体积一定时，液体的密度越大，物体所受的浮力也越大。 当液体的密度一定时，物体所受的浮力的大小与物体排开液体的体积正比，即液体的密度一定时，物体排开液体的体积越大，物体所受的浮力也越大。
例题：一艘轮船从长江驶入东海，比较轮船在长江与东海里所受的浮力，下列说法中正确的是( )
A．由于轮船始终浮在水面上，所以它受到的浮力不变
B．由于海水的密度大，所以轮船在海洋里受到的浮力大
C．由于轮船排开海水的体积小，所以它在海洋里受到的浮力小
D．由于轮船排开海水的体积大，所以它在海洋里受到的浮力大
分析：本题易错选B和C原因是不能全面考虑影响浮力大小的因素，考虑到海水的密度大，而忽略船排开水的体积也发生了变化，误认为轮船从江面驶入海面，受到的浮力变大；考虑到轮船排开海水的体积小，而忽略液体的密度也发生了变化。轮船是漂浮在水面上，即F浮=G船，它从长江驶入东海时，船的自身重力没有变化，所以轮船在江水里和海洋里受到的浮力一样大。所以本题应选A。
表现六：浮力的大小跟物体浸在液体中的深度有关，物体浸入越深，受到的浮力越大。
错因及突破：不明确物体浸没在液体中时所受到的浮力大小不变。根据阿基米德原理可知，物体所受浮力的大小既和液体的密度有关，又和物体排开液体的体积有关。当液体的密度一定时，物体所受的浮力的大小与物体排开液体的体积正比，即液体的密度一定时，物体排开液体的体积越大，物体所受的浮力也越大。物体刚开始浸入液体中时，物体排开液体的体积随深度的增加而增大，物体所受的浮力也增大，但是当物体全部浸没时V排等于V物时，物体所受的浮力大小不变。
例题：沉船打捞人员在水面下作业，他在续继下潜的过程中( )
A．所受浮力变大，压强变大 B. 所受浮力变大，压强变小
C．所受浮力不变，压强变大 D．所受浮力不变，压强不变
分析：本题易错选A原因是不明确物体浸没在液体中时所受到的浮力大小不变即浸没在液体中的物体受到的浮力和深度无关，沉船打捞人员在水面下作业在续继下潜的过程中，排开液体的体积和水的密度都保持不变，根据阿基米德原理F浮=ρ水g V排可知沉船打捞人员所受浮力变大又因为下潜的过程中水的深度增加根据液体压强公式P=ρgh可知沉船打捞人员所受压强变大，所以本题应选C。