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浮力易錯題診斷

2017-09-14 22:12鄭聲富
中國校外教育(上旬) 2017年13期
關鍵詞:石鼓阿基米德鐵球

鄭聲富

浮力是力學知識的重點,是力學中綜合性極強的部分,它可以將壓強、密度、簡單機械、功、功率、機械效率等知識融入其中,讓問題復雜化、繁瑣化,就其產(chǎn)生易錯的原因診斷為:不能正確理解浮力產(chǎn)生的原因,亂套公式;對V排認識不到位,不能抓其本質;沒弄清物體最后狀態(tài),盲目解題;考慮問題不全面,往往顧此失彼;不會對物體進行受力分析導致出錯。探討了針對其原因避免其出錯的策略。

浮力錯誤原因策略浮力是力學知識的重點,也是同學們學習的難點,就其浮力知識本身而言不是學習的難點,學生要掌握也并不困難,而是難在:浮力是力學中綜合性極強的部分,它可以將壓強、密度、簡單機械、功、功率、機械效率等知識融入其中,讓問題復雜化、繁瑣化,加上學生對知識的遷移不到位,思維的局限性,更加上設計者的人性化設計(常常讓學生在高興中出錯、失分),同時題目多變,設置陷阱較多,題設條件一旦發(fā)生微小變化,可能整個物理情境將完全顛覆?,F(xiàn)就浮力中的一些易錯知識加以診斷,以期對同學們的學習有一定的幫助。

一、浮力題錯解的原因

1.不能正確理解浮力產(chǎn)生的原因,亂套公式

浮力產(chǎn)生的原因是物體上下表面受到的壓力差。從產(chǎn)生原因可以看出,浸在液體中的物體要受到浮力作用,必須滿足下表面受到液體向上的壓力要大于上表面受到向下的壓力。不能看到浸到液體中就用阿基米德原理解答。例如:

例1.1988年長江發(fā)生特大洪災,為加固提壩,將重為G的圓柱形木樁的尖端豎直打入泥土中,另一端露出水面部分的體積為V,當河水全部淹沒木樁時,下列說法正確的是()

A.木樁受浮力為G

B.木樁所受浮力增加了ρ水gv

C.木樁所受浮力等于它排開水的重力

D.木樁不受浮力

錯解:選B

選錯原因:由于露出水面的體積為V,當水全部淹沒木樁時,水排開的體積增加了V,根據(jù)阿基米德原理F浮=G排=ρ水gv,故選B。

分析:因為木樁是圓形,并且尖端打入泥中,因此木樁的下表面就不受水對它的向上的壓力,所以就不滿足浮力產(chǎn)生的條件。故不受浮力的作用,正選D。

例2.如圖所示,在容器中放一個上、下底面積均為10cm2、高為5cm,體積為80cm3的均勻對稱石鼓,其下底表面與容器底部完全緊密接觸,

石鼓全部浸沒于水中且其上表面與水面齊平,則石鼓

受到的浮力是()(取g=10N/kg)

A.0B.0.3NC.0.5ND.0.8N

這道題有兩種常見錯誤:一種錯誤是教條的認為石鼓底部與容器底部緊密接觸,因此不受浮力的作用,從而選到A答案;另一種錯誤是認為石鼓的體積知道,根據(jù)阿基米德原理可以算出石鼓所受浮力,故錯誤的選擇D答案。

其實,這個題正解應該是選B答案。雖然石鼓底部沒有受到水對它向上的壓力,但是石鼓兩側向外凸出,照樣受到水對它的壓力,所以石鼓向外凸部分受到了浮力的,故V排=80cm3-5cm×10cm2=30cm3,再根據(jù)阿基米德原理可以計算出石鼓所受浮力。

2.對V排認識不到位,不能抓其本質

有同學在解題時,憑自己的主觀臆斷,不注重題目本質所在,只是片面的,憑著自己的感覺去答題,結果出現(xiàn)錯誤。例如:

例3.將系于繩端質量相等的鐵桶和實心鐵球,同時浸沒在水中,靜止不動時,繩對它們的拉力分別為F1、F2,則他們的大小關系是:()

A.F1> F2

B.F1< F2

C.F1= F2

D.無法判定

錯解:選B

有同學看到這題后,就不加思索地選到B,理由是,桶的體積比鐵球的體積大,又根據(jù)阿基米德原理可知,桶受的浮力比鐵球大,再根據(jù)F拉=G-F浮,所以F1

3.沒弄清物體最后狀態(tài),盲目解題

有些題包含著物理動態(tài)的過程,有的學生在解答時,對問題不認真分析,對條件不仔細考究,而是只看一半,對所求物體的最后所處狀態(tài)未弄清而出錯。例如:

例4.球重4.5N,體積0.5分米3,投入水中靜止時所受浮力為(g=10N/kg)

A.4.5N B.5NC.0.5ND.9.5N

常見錯誤解答是直接用阿基米德原理解答得出B答案。其實,這道題隱含著要我們先判斷鐵球靜止時是處于什么狀態(tài)?是漂浮、懸浮、還是沉在水底?解答有兩種方法:一是算出該球的密度,然后和水的密度進行比較,二是算出該球全部浸沒時所受的浮力大小,然后再根據(jù)物體的浮沉條件進行比較可得出正確答案A。

4.考慮問題不全面,往往顧此失彼

對題目中告訴的條件沒有能深入挖掘,對物理場景沒有分析全面,漏掉一些情況,從而導致顧此失彼得出錯誤大案。

例5.重0.5N的物體,把它放入盛有水的燒杯中,溢出重為0.3N的水,則該物體受到的浮力為()

A.一定為0.3N

B.可能為0.2N

C.可能為0.4N

D.無法判斷

該題出錯在:一種錯誤是直接用阿基米德原理“浮力等于排開液體所受的重力”得到A答案;二種錯誤是認為由于燒杯是否裝滿水不知道,因此排開水的重不知道,故選擇D。

解析:這題的關鍵是要記住“物體受到的浮力等于它排開的液體的重力,而不是等于溢出的液體的重力”。當燒杯裝滿水時物體所受浮力的最小值為Fmin=G排=G溢=0.3N;當燒杯中原來沒有盛滿水,把它放入后才溢出的水,這時若物體漂浮或懸浮在液體中時,物體所受的浮力最大,等于物重,即Fmax=G=0.5N;因此它受到的浮力范圍為:0.3N~0.5N,綜合以上兩點,對提供選項進行甄別,于是不難選出只有C符合要求。

5.不會對物體進行受力分析導致出錯

對物體進行受力分析是浮力題中常見的題型之一,也是學生學習物理的一大難點,分析受力時常常出現(xiàn)漏掉力或多出力的現(xiàn)象,以至于得出錯誤答案。

例6.如圖所示,一個重為10牛的實心金屬塊,掛在彈簧秤下并浸入水中(彈簧秤未畫出),當金屬塊的體積的1/3浸入水中靜止時,彈簧秤的示數(shù)為8牛,當把金屬塊全部浸入水中并碰到杯底時,彈簧秤的示數(shù)為()。

A.可能是2牛B.可能是6牛

C.可能是8牛D.以上都錯

這題有兩個看點:一是如何算出物體全部浸沒時所受的浮力,二是“金屬塊全部浸入水中并碰到杯底”這個條件,很多學生就只分析出金屬塊受到重力、浮力和拉力這三個力而漏掉了杯底對金屬塊的支持力而出錯。

解析:根據(jù)金屬塊1/3體積浸入水中受到的浮力,再利用阿基米德原理F浮=ρgV排算出金屬塊全部浸入水中時受到的浮力為6N后,再分兩種情況進行分析:當杯底對金屬塊支持力為0時,根據(jù)Fmax=G-F浮算出最大拉力為4N;當杯底對金屬塊支持力為4N時,彈簧秤對金屬塊的拉力就應該為0,于是彈簧秤示數(shù)范圍就應在0—4N之間,于是結合選項可以得到正確選項A。

二、避免浮力題出錯的策略

1.加強對基本知識的理解,尤其對基本概念(比例如:浮力產(chǎn)生原因是“物體上下表面受到的壓力差”的理解);基本規(guī)律(比例如:阿基米德原理是“物體所受浮力等于物體排開液體所受的重力”而不是“溢出液體重力”);基本方法(比例如:物體的浮沉是要判斷“物體所受浮力與物體重力大小”的比較,而不是物體重力的大小來決定浮沉)

2.注重知識的前后聯(lián)系,準確對物體進行受力分析。浸在液體中的物體受力分析,一般按重力→浮力→拉力→支持力→已知力的順序來分析,避免漏掉力和多分析出力而出錯。

3.養(yǎng)成仔細讀題的良好習慣,找出題中的重點詞句和隱含的物理條件,有的條件很隱蔽,有的要在圖形中去發(fā)現(xiàn)和挖掘,只有找到充分的條件才能順利的完成一些習題。

4.緊扣物理過程,做到對物理過程一清二楚,物理過程不清就存在著解題的隱患,題目不論難易,盡量在草稿上畫圖,多動筆,弄清物體所在過程,如一彈簧測力計下掛一圓柱體,將圓柱體從盛有水的燒杯上方離水面某一高度處緩緩下降,然后將其逐漸浸入水中,

如圖已給出整個過程中彈簧測力計的示數(shù)F與圓柱體下降高度h變化關

系的實驗圖像,已知ρ水=1.0×103kg/m3.則下列說法中錯誤的是()。

A.圓柱體在剛浸沒時下表面受到的液體壓強是700Pa

B.圓柱體的重力為12N

C.圓柱體所受的最大浮力為8N

D.圓柱體的密度為1.5×103kg/m3

這題只有弄清各個過程,才能得出準確答案,通過認真分析圖像可知:第一段,物體下降3cm時,物體下表面剛好和水面相平;第二段,物體下降7cm時物體上表面剛好和水面向平;第三段,物體下降7cm~9cm時物體全部浸入水中,弄清這三段后,本題就不難得出正確答案為A了。

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