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力學是初中物理的重要知識點,浮力是物理力學的難點,而浮力中的比值問題更是與浮力相關題中較有難度的題型,本文就例題詳細解析這類題型的解題思路,在複習迎考的最後階段,希望能給同學們帶來幫助。
例題
一個豎直放置在水平桌面上的圓柱形容器,内裝密度為ρ的液體。将挂在彈簧測力計下的金屬塊A浸沒在該液體中(A與容器底未接觸),金屬塊A靜止時,彈簧測力計的示數為F1;将木塊B放入該液體中,靜止後木塊B露出液面的體積與其總體積之比為7:10;将挂在彈簧測力計下的金屬塊A放在B上面,使木塊B剛好浸沒入液體中,如圖所示,彈簧測力計的示數為F2。若已知金屬塊A的體積與木塊B的體積之比為13:20,求金屬塊A的體積。
1、金屬塊A浸沒在液體中
對金屬塊A進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G1,豎直向上的浮力F浮1和彈簧測力計的拉力F1;
根據物體受力平衡的條件:金屬塊A靜止,處于平衡狀态,則豎直方向上受力和為零,即G1= F浮1 F1;
根據浮力的計算公式和題目中的條件:F浮1=ρ液gV排1,ρ液=ρ,V排1=V1,則F浮1=ρgV1;
根據重力的計算公式、題目中的條件和結論:G1=ρ1gV1,F浮1=ρgV1,G1= F浮1 F1,則F1=ρ1gV1-ρgV1=(ρ1-ρ)gV1,即ρ1=F1/ gV1 ρ。
2、木塊B放入液體中
對木塊B進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G2和豎直向上的浮力F浮2。
根據物體受力平衡的條件:木塊B靜止,處于平衡狀态,則豎直方向上受力和為零,即G2= F浮2。
根據題目中的條件:木塊B露出液面的體積與其總體積之比為7:10,則V排2=3/10V2。
根據浮力的計算公式、題目中的條件和結論:F浮2=ρ液gV排2,ρ液=ρ,V排2=3/10V2,則F浮2=3/10ρgV2。
根據重力的計算公式、題目中的條件和結論:G2=ρ2gV2,F浮2=3/10ρgV2,G2= F浮2,則ρ2gV2=3/10ρgV2,即ρ2=3/10ρ。
3、金屬塊A放在木塊B的上面
把金屬塊A和木塊B作為一個整體進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力和(G1 G2),豎直向上的浮力F浮3和彈簧測力計的拉力F2。
根據物體受力平衡的條件:金屬塊A和木塊B靜止,處于平衡狀态,則在豎直方向上受力和為零,即G1 G2= F浮3 F2。
根據浮力的計算公式、題目中的條件和結論:F浮3=ρ液gV排3,ρ液=ρ,V排3=V2,則F浮3=ρgV2。
根據結論:G1=ρ1gV1,G2=ρ2gV2,F浮3=ρgV2,G1 G2= F浮3 F2,
則F2=ρ1gV1 ρ2gV2-ρgV2。
根據題目中的條件和結論:V1:V2=13:20,F2=ρ1gV1 ρ2gV2-ρgV2,
則F2=(ρ1 20/13ρ2-20/13ρ)gV1。
根據結論:ρ1=F1/ gV1 ρ,ρ2=3/10ρ,F2=(ρ1 20/13ρ2-20/13ρ)gV1,
則V1=13(F1-F2)/ ρg。
結語
浮力中的比值問題的難度在于題目中給出的已知條件以比值居多,可以直接利用的物理量較少,需要同學們認真分析,将這些比值轉換為可以利用的有用條件,因此這裡題型的解題思路如下:
認真審題,找準受力分析對象,逐一畫出全面具體的受力圖;
利用平衡條件,得到每個受力分析對象所受各個力之間的數量關系;
利用力學計算公式和題目中的比值條件,對公式進行變換,得到其他相關物理量之間的比值關系;
綜合各個受力分析對象得到的比值關系,根據題意進行最後的彙總計算,得到需要求解的物理量的值。
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