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运用口诀寻找入手点 简化题型总结解题规律——“浮力知识”复习课案例

 

教科版八年级物理下册《第十章 流体的力现象》中的浮力部分是力学的难点,其综合性较强,公式多,方法多,许多学生学习时易混淆各种概念,难以掌握解题规律,不知从何入手,对学生来说是最难的章节之一。本案例通过归类,将浮力的公式记忆与解题方法运用口诀加以总结,揭示了本章节中各种题型的内在解题规律,产生了很好的教学效果。
一、明确基本概念,规范公式中各物理量的脚码
1、上升(上浮)、下降(下沉):描述的是物体在液体中的运动情况,是用于描述过程的名词;
2、漂浮、悬浮、沉底:描述物体在液体中的一种平衡状态;
3、浸没、浸入:描述了物体体积与排开液体体积的关系;
4、物重G物=m物g=ρ物V物g,浮力F浮=G排=ρ液V排g,许多学生脚码不规范,造成思维混乱,乱带公式。规范的脚码有助于学生形成正确的思维,避免张冠李戴的现象。
二、判别物体浮沉状态的两种方法:
浮沉状态的判断是解决浮力问题的第一步,只有浮沉状态明了,才能与受力分析相对应,建立相关等式,从而判断各个物理量的大小关系,这一基础且核心的知识点要引起足够的重视,所以要训练学生先辨状态,再结合受力分析解题的思维方法。力的角度:比较物体自身重力与物体在液体中的最大浮力,判断物体在液体中最终状态是漂浮、悬浮、沉底。密度角度:比较物体平均密度与液体密度的大小,判断物体在液体中的最终静止状态是漂浮、悬浮、沉底。口诀归纳为:密度晓,状态明(或状态明,密度晓)。
三、求浮力的几种方法的口诀及题型简化
1、求浮力的几种方法口诀:
浮力产生于压力差;(一般称为压力差法)
弹簧两次测量它;(两次测量法)
阿米计算排液重;(阿基米德原理)
悬漂平衡方程答。(二力平衡法)
四种求浮力的方法,针对不同的运用场景,第一第二种方法应用场景很明确,学生在运用时几乎没有问题,第三第四种方法,学生会出现选择困难,难以找到应用场景与求浮力方法之间的对应关系,我用口诀做了总结,一般原则是:含体积,知(液体)密度,找阿米;有质量,知状态,析受力。意思是:已知或未知体积且已知液体密度的情况下首选阿基米德原理来判断浮力大小;知道或未知质量,能判别物体浮沉状态的情况下,首先进行受力分析,建立平衡方程。
2、解题的思维顺序:
由于本章公式多,方法多,学生会出现公式和方法的选择困难,要训练学生养成先判断每个物理过程中的研究体的状态(这里是漂浮、悬浮、沉底三种状态),再对每个物理过程中的研究体进行受力分析,并根据相同量、已知量来选择恰当的公式作为解题入手点,或建立等式求出未知量的思维顺序。
3、题型简化:
本章题目表现形式多样,但论其核心知识,主要是三种题型:① 浮力及相关量(m物、ρ物、V物、ρ液、V排等)大小的判定;② 弹簧两次测浮力的方法与阿基米德原理的结合类题型;③ 悬漂平衡的思想与阿基米德原理的结合类题型。
四、例题解说口诀运用及解题思想
【例题1】如图所示,将三个小球放入水中,A球漂浮在水面上(部分露在水面以上),B球悬浮在水中,C球沉至容器底(对容器底有压力)。已知A、B两球质量相等,B、C两球体积相等。则下列说法正确的是( )
A.C球的体积大于A球的体积
B.A球所受浮力大于C球所受浮力
C.B球所受浮力大于C球所受浮力
D.三球所受浮力相等
分析:此为第一种题型,学生的主要难点在于不知从何入手比较,也不知如何选择公式;让学生学会先辨别状态、受力分析,再根据相同量及已知量选择恰当的公式的思维顺序。首先状态分析:A漂浮、B悬浮、C沉底,且从题干中可见AB两球质量相等,根据口诀:“有质量,知状态,析受力”,对A、B进行受力分析可知二者浮力相等;B、C的体积相同,且同种液体中,根据口诀:“含体积,知(液体)密度,找阿米”,根据阿基米德原理可知BC浮力相等,综合两次判断可知选D;至于A选项,因是判断A球与C球的体积,仍然根据口诀“含体积,知密度,找阿米”运用阿基米德原理去判断,因VA排=Vc。,所以VA>Vc,A错。
【例题2】(多选)体积相同的铜、铁、铝、木四个小球,放入水中静止后如图所示.已知这几种物质的密度关系是 ρ铜> ρ铁>ρ铝>ρ水>ρ木,则下列判断错误的是( )
A.铝、木两球一定是实心的,铜、铁两球一定是空心的
B.四个小球所受浮力关系是:F铜>F木>F铁=F铝
C.四个小球的重力关系是: G铝>G铁>G木>G铜
D.铜球的空心部分比铁球大,铝球可能是空心的。
分析:先状态分析, 铜球、木球是漂浮状态,铁球是悬浮状态,铝球沉底;A选项:空心使物体的平均密度变化,根据口诀:“状态明,密度晓”可知,铁球的平均密度等于水的密度,木球、铜球的平均密度小于水的密度,而铝球的平均密度大于水的密度,所以A前半句太绝对,后半句正确,A选项错误;
B选项:由于四球体积相等,液体密度相同,根据口诀:“含体积,知(液体)密度,找阿米”,根据阿基米德原理可知四个小球所受浮力关系是:F铜<F木<F铁=F铝,B错;
C选项:判断重力关系,从质量关系入手,根据“有质量,知状态,析受力”,对四个小球分别进行受力分析,结合四个小球的浮力大小关系可知,C正确;
D选项:本选项是密度知识的运用;从C选项可知m铁>m铜,而ρ铜> ρ铁,所以有V铁>V铜,各球空心部分体积是相同的总体积减去各球金属部分体积,所以D正确。
【例三】(多选)放在水平桌面上完全相同的两个烧杯中装有深度相同的甲、乙两种液体,把体积相同的A和B两个实心小球分别一起放入甲、乙两种液体中,小球静止时的情况如图所示,则下列说法中正确的是(  )
A.?在甲液体中,小球A受到的浮力大于小球B受到的浮力
B.?小球A的质量小于小球B的质量
C.?甲液体的密度大于乙液体的密度
D.?B小球在甲液体中对底部的压力大于它在乙液体中对底部的压力
分析:A选项:在甲液体中,A、B两球状态不同,浸入液体的体积不同,而且A、B体积相同,根据口诀“含体积,知(液体)密度,找阿米”,根据阿基米德原理可知A错;
B选项:方法一:在甲液体中,A、B两球状态已知,需要比较质量,根据口诀“有质量,知状态,析受力”,对甲液体中的A、B两球进行受力分析,结合A选项结论,可知B正确; 方法二:因为AB两球在甲液体中的状态知道,根据“状态明,密度晓”,判断出ρA<ρ甲,ρB >ρ甲,而VA =VB,由密度知识可知B正确;
C选项: 判断液体密度,根据口诀“状态明,密度晓”,而A球在甲乙液体中有不同的状态, 判断出ρA<ρ甲,ρA >ρ乙,所以C正确。
D选项:B在甲乙两种液体中的状态均为沉底,同时二者体积均相等,“含体积,知(液体)密度,找阿米”,结合C的结论,可知B在甲液体中受到的浮力大于在乙液体中受到的浮力;又二者质量相等,“有质量,知状态,析受力”,根据受力分析,建立平衡等式可知,D错误。
【练习1】(多选) 如图所示,a、b、c是三个实心小球,其中a与b质量相等,b与c体积相同;放入水中后,a球漂浮、b球悬浮、c球沉底。则下列判断中正确的是:( )
A.它们的体积关系是:Va <Vb =Vc
B.它们的重力关系是:Ga= Gb >Gc
C.它们的密度关系是:ρa <ρb <ρc
D.它们所受的浮力关系是:Fa = Fb = Fc
【例四】如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动,速度v=0.2m/s,上升到离水面一定的高度处为止。图乙是绳子拉力F随时间t变化的图像,根据图像信息,
A.该金属块重力的大小为______N
B.浸没在水中的金属块受到的浮力大小是_____N
C.该金属块的密度是_________kg/m3
分析:此为第二类问题,其解题的思维过程是:
用弹簧两次测量的示数判断浮力大小,再代入阿基米德原理公式中求出ρ液V排等。
A、B 两空格:由弹簧两次测量的示数之差求浮力的方法可知:金属块重力的大小为54N,浸没在水中受到的浮力为20N
C、需要先求金属块的体积:根据口诀“含体积,找阿米”,运用阿基米德原理求出
V物=V排=F浮/(ρ液g)=2x10-3m3;
再由密度公式可知:ρ物=G物/(V物g)=2.7x103 kg/m3
【练习2】弹簧测力计下吊着一重为1.47N的石块,当石块全部浸入水中时,弹簧测力计的示数为0.98N。求:
(1)石块受到的浮力;
(2)石块的体积;
(3)石块的密度
【例五】、将物体A放入水中,物体A恰好有一半体积露出水面(如图甲所示).如果在物体A上面再放一个体积与A相等的物体B时,恰好使A,B两物体全部浸入水中(如图乙所示),求物体A与物体B的密度各为多少?(g=10N/kg)
分析:此为第三类问题,其解题的思维过程是:
此题分两个物理过程,且在甲图中A的状态是漂浮,在乙图中AB整体的状态是悬浮,由“悬漂平衡方程答”的思想,分别对每个物理过程中的研究体进行受力分析,建立平衡等式求解。
①在甲图中A处于漂浮状态,对A受力分析,建立平衡方程:ρAVA g =ρ水(1/2)VA g ,由此可求出ρA=0.5x103 kg/m3;
②在乙图中,AB作为一个整体处于悬浮状态,对AB这一整体进行受力分析,建立平衡方程: ρAVA g + ρBVB g = ρ水(VA + VB )g 又VA = VB,由此可求出ρB=1.5x103 kg/m3
【练习3】如图所示,将物体A放入水中时悬浮,将物体B放入水中时有一半的体积露出水面,将物体A置于物体B上再放入水中时,物体B有三分之一的体积露出水面,则:
(1)两物体的体积VA:VB=______,
(2)物体B的密度是______kg/m3
【例六】、将一物块轻轻放入盛满水的大烧杯中,静止后有81g水从大烧杯中溢出;将其轻轻放入盛满酒精的大烧杯中,静止后有72g酒精从大烧杯中溢出.已知ρ酒精=0.8×103kg/m3,则物块在水中的状态及物块的密度是( )
A.?悬浮?1.0×103kg/m3 B.?漂浮?0.92×103kg/m3
C.?下沉?1.2×103kg/m3 D.?漂浮?0.90×103kg/m3
分析:因不知物体在液体中的状态,所以要先判断状态:物体在液体中的状态按浸入体积与物体体积是否相等分:漂浮与浸没两种,这样物块在水中和酒精中可组合成的三种情况:①在水中与酒精中均漂浮;②在水中漂浮,在酒精中浸没(因水的密度大于酒精的密度,所以不可能出现在水中浸没,在酒精中漂浮的情况);③在水中和酒精中均浸没。
对于①的情况假设:因同一物体,质量相同,“知质量,析受力”,由受力分析可知,浮力应相同,不符合题意,所以①的情况不存在;
对于③的情况假设:因同一物体,体积相同,“含体积,找阿米”,若在水中与酒精中均浸没,由阿基米德原理可知,其浮力比为5:4,也与题意不符,所以③的情况不存在;
由此判断物块在水中漂浮,在酒精中浸没。
物体在水中漂浮,由二力平衡条件可知,m物=81g;物体在酒精中浸没,由阿基米德定律可知V物=90cm3;结合密度公式可知,D正确。
五、小结
浮力部分的题目,表现形式多样,如图像形式,比例形式等等,虽然公式多,方法多,学生会出现公式和方法的选择困难,但其核心解题思想均蕴含在上述三种题型中,只要有正确的思维顺序,再利用口诀迅速找到解决问题的入手点,结合受力分析建立相应的平衡方程,通过适当的练习,学生还是能很快掌握其解题思路的。
(作者简介:杨骥林,男,四川平昌人,大学本科,物理教育专业,中学高级教师,研究方向:中学物理教育。)
  • 【发布时间】2019-8-9 12:44:52
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