例谈对浮力的错误认识

 

湖北省枣阳市兴隆二中　谢江涛　亢　锋

 

 

错误一：只要物体浸在液体中，一定会受浮力

 

例1．有一根木桩，下端钉入水底的泥土中，已知木桩浸没在水中的体积为0.1m³，则木桩所受的浮力为多大?

 

错因：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。本题易误用阿基米德原理求解。

 

即： F_浮=ρ_水g V_排=1.0×10³kg/m³×9.8N/kg×0.1m³=980N

 

解析：液体或气体对浸入其中的物体产生的向上的压力与向下的压力差是浮力产生的原因，木桩钉入泥土中，底部没有受到水对它向上的压力，却受到水对它向下的压力，故木桩没有受到浮力的作用。因此浮力为0 N。虽然木桩也排开了水，但不能用阿基米德原理来计算浮力。

 

错误二：浮力的大小与物体浸没在液体中的深度有关，物体浸入越深，受到的浮力越大

 

例2．潜水艇从水面下5m深处下沉到10m深处，它受到的压强与浮力应是（ 　 ）

 

A．压强不变，浮力变小        B．压强变大，浮力变大

 

C．压强变大，浮力不变        D．压强变大，浮力变小

 

错因：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。

 

解析：由公式F_浮=ρ_液gV_排可知，当物体浸没在液体中时，排开液体的体积和液体的密度不变，故浮力不变；而物体在液体中所受的压强随深度的增加而增加，因此压强增大。正确答案应选C。

 

错误三：浮力的大小与物体的体积有关，物体体积越大，受到的浮力越大

 

例3．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

错因：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。

 

解析：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gV_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。

 

错误四：液体的密度越大，对物体的浮力也越大。物体排开液体的体积越大，物体所受的浮力越大

 

例4．一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

 

错因：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。

 

解析：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。

 

错误五：浮力大小与物体的运动状态有关，上浮的物体所受浮力大，下沉的物体所受浮力小

 

例5．把体积相同的实心铁块和木块，同时放入水中，当它们静止时（　 ）

 

A．铁块下沉至水底，木块漂浮在水面，木块受到的浮力大

 

B．铁块下沉至水底，木块漂浮在水面，铁块受到的浮力大

 

C．铁块和木块体积相同，所受浮力一样大

 

D．上述情况都有可能

 

错因：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）。

 

解析：物体的浮沉取决于自身重力和所受浮力的大小，仅依浮力的大小是不能决定物体在液体中的状态。当两物体静止后，铁块下沉至水底，而体积相同的木块漂浮在水面（因为ρ_铁>ρ_水>ρ_木），那么它们排开水的体积V_木排<V_铁排。根据公式 F_浮=ρ_液g V_排。所以铁块受到的浮力大。故应选B