浮力是初中物理的重要知識點,也是中考物理的常考點,本文就例題詳細解析關於浮力的力學綜合題的受力分析方法和解題思路,希望能給新初三學生的暑假複習帶來幫助。
例題1
如圖所示,密度為0.6×10kg/m,體積為1×10﹣m的正方體木塊,用一質量可忽略不計的細線,一端繫於木塊底部中心,另一端繫於圓柱形容器底部的中心,細線對木塊的最大拉力為3N,容器內有一定質量的水,木塊處於漂浮狀態,但細線仍鬆弛。若圓柱形容器底面積為6×10﹣m,現在向容器中注水(容器的容量足夠大)直到細線對木塊的拉力達到最大值,在細線斷裂瞬間停止注水.待木塊穩定後,容器的水面與細線斷裂前的瞬間的水面相比高度變化。
1、細線斷裂瞬間
對木塊進行受力分析,在豎直方向上,受到豎直向下的重力G、細繩的拉力F和豎直向上的浮力F浮;
根據物體的平衡條件:木塊靜止,則處於平衡狀態,在豎直方向上的受力和為零,即G+F=F浮;
根據重力的計算公式和題目中的條件:G=ρgV,ρ=0.6×10kg/m,V=1×10﹣m,則木塊的重力G=6N;
根據題目中的條件和結論:G=6N,F=3N,G+F=F浮,則木塊受到的浮力F浮= G+F=9N;
根據浮力的計算公式和結論:F浮=ρ水gV排,F浮=9N,則木塊排開水的體積V排=F浮/ρ水g=0.9×10﹣m。
2、木塊再次靜止
對木塊進行受力分析,在豎直方向上,受到豎直向下的重力G和豎直向上的浮力F浮』;
根據物體的平衡條件:木塊靜止,則處於平衡狀態,在豎直方向上的受力和為零,即G=F浮』;
根據結論:G=F浮』, G=6N,則木塊受到的浮力F浮』=6N;
根據浮力的計算公式和結論:F浮』=ρ水gV排』,F浮』=6N,則木塊排開水的體積V排』=F浮』/ρ水g=0.6×10﹣m;
根據結論:V排=0.9×10﹣m,V排』=0.6×10﹣m,則木塊排開水的體積差△V排= V排- V排』=0.3×10﹣m;
根據題目中的條件和結論:木塊排開水的體積差與容器中水位下降的體積變化相等,△V排=0.3×10﹣m,則容器中水位下降的體積變化△V=△V排=0.3×10﹣m;
根據體積計算公式和結論:△V=S△h,△V=0.3×10﹣m,S=6×10﹣m,則水面的高度變化△h=△V/S=0.005m。
例題2
如圖甲所示,用細線系住一圓柱體使其浸入水槽內的水中,當圓柱體有的體積露出水面時,細線施加的拉力恰好為3N。如圖乙所示,用細線將該圓柱體拉入水槽內的水中,當細線施加的拉力為圓柱體所受重力的時,圓柱體有的體積浸在水中,若要使圖乙所示狀態下的圓柱體全部沒入水中,求圓柱體靜止時繩子向下的拉力。
1、在容器甲中
對圓柱體進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向上的細線拉力F、水的浮力F浮和豎直向下的重力G;
根據物體受力平衡的條件:圓柱體靜止,處於平衡狀態,則圓柱體在豎直方向上的受力和為零,即F+F浮=G;
根據浮力的計算公式和題目中的條件:F浮=ρ水gV排,V排=1/8V,則圓柱體所受的浮力F浮=1/8ρ水gV;
根據結論:F=3N,F浮=1/8ρ水gV,F+F浮=G,則圓柱體的重力G=3+1/8ρ水gV。
2、在容器乙中
(1)當圓柱體有7/8體積浸入水中時
對圓柱體進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的細線拉力F』、 重力G和豎直向上的水的浮力F浮』;
根據物體受力平衡的條件:圓柱體靜止,處於平衡狀態,則圓柱體在豎直方向上的受力和為零,即F』+ G = F浮』;
根據浮力的計算公式和結論:F浮』=ρ水gV排』, V排』=7/8V,則有7/8體積浸入水中的圓柱體所受浮力F浮』=7/8ρ水gV;
根據結論:F』=3/4G,F浮』=7/8ρ水gV,F』+ G = F浮』,則3/4G +G=7/8ρ水gV,即圓柱體的重力G=1/2ρ水gV。
(2)當圓柱體全部浸入水中時
對圓柱體進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的細線拉力F「、 重力G和豎直向上的水的浮力F浮「;
根據物體受力平衡的條件:圓柱體靜止,處於平衡狀態,則圓柱體在豎直方向上的受力和為零,即F「+ G = F浮「;
根據浮力的計算公式和結論:F浮「=ρ水gV排「, V排「=V,則圓柱體全部浸入水中的圓柱體所受浮力F浮「=ρ水gV;
根據結論:F「+ G = F浮「, F浮「=ρ水gV,G=1/2ρ水gV,則細線拉力F「= F浮「- G=1/2ρ水gV;
根據結論:G=1/2ρ水gV,G=3+1/8ρ水gV,則ρ水gV=8N;
根據結論:ρ水gV=8N,F「=1/2ρ水gV,則圓柱體靜止時繩子向下的拉力F「=4N。
結語
關於浮力的力學綜合題是物理中考的重要題型,必須進行正確的受力分析,並且靈活運用浮力的計算公式,才能成功應對這類題型,穩步提高物理成績。