浮力中液面升降问题研究

浮力中液面升降问题研究
摘要：在初中物理教学中，压强和浮力内容不仅是教学重点，而且也是物理教
学中的难点之一。

尤其在液面升降方面，学生不但容易出错，而且掌握知识点的
难点较大，此类问题由于其涉及的知识面较广，而且具备较强中和性，因此，在
液面问题教学方面，教师可以通过对学生进行引导，使其通过对浮力知识进行利用，以解析此类问题，提高物理教学质量。

文章重点讲解了浮力中液压升降问题
的几大类型，并进行了详细的解析，以供参考。

关键词：物理；教学；浮力；升降
1.浮力中液面升降问题简析
在初中物理教学中，浮力教学内容不仅是教学重点，也是物理教学中的难点
之一，初中生普遍认为此知识的学生难学难懂，特别是对物体所在液体里的液面
升降定性分析方面，对于初接触物理的学生而言，却是有不小难度，此类知识点
的题型不仅灵活多变，而且学生在短时间内无法找到解题切入口。

实际上，教师
在教学中，只需把握物体在液体中所受浮力的大小，或者物体在液体中排开液体
的体积，即可将原本复杂的问题简单化，通过数学化的方式，量化处理定性分析
问题，就可以使学生找到解题方式和答案，具体问题如下：
1.1第一种类型：在液体中放置船上的物体或者把液体中的物体转移至船上漂浮，观察其液面变化情况
例题１：小船上有三个小球A、B和C，船和球在水面上一起漂浮，A球的密
度比水小，B球的密度与水的密度相同，C球的密度比水大，船可以在水面上自
由漂浮。

（1）把A球置入水中，然后A球的浮沉状况，液面变化情况（上升、下降、保持不变）
（2）将B球置入水中，然后B球的浮沉状况，液面变化情况（上升、下降、保持不变）
（3）将C球置入水中，然后C球的浮沉状况，液面变化情况（上升、下降、保持不变）
（4）同时将A、B、C、三个球从船上取出，并置入水中，然后液面变化情况（上升、下降、保持不变）
解析：同时将A、B、C三个球放在船上时，它们会随船一起漂浮在水面，F
浮= G船+ GA + GB + GC。

如果仅把球A浸入水中，B、C和船的浮力没有变化（原
因是它们仍处于漂浮状态，此时浮力F浮1 = G船+ GC + GB），则它们不会影响
液面的高和低；因此，液面的升降由Ａ球所受浮力的变化决定；因为Ａ球密度比
水小，所以，将其放在水中会漂浮起来，则它所受的浮力与在船上时的浮力一样
Ｆ浮＝ＧＡ，浮力未发生变化，参考阿基米德原理Ｆ浮＝ρ水ɡＶ排，可知；Ｖ
排保持不变，因此液面高度也未发生任何变化。

当仅把B球放在水里时，由于B
球的密度与水的密度一样，因此B悬浮=F浮 = GB，和上述一样，液位不会发生变化。

如果仅将C球放在水里，则C球的密度比水的密度大，因此C球会出现下沉，此时C球受到的浮力比GC小，即C球由于浮力的降低，V排放量也随之减少，
液面出现下降。

如果将三个球A、B和C从船上同时取出放在水中，分别对A、B
和C三个球进行分析， A和B两个球不会对液面的高低造成影响，当将C球浸入
水中时，液面开始下降。

小结：通过以上分析可以看出，如若船上物体的密度比液体密度大，则将其
放在液体中后，会出现液面下降；如果物体密度比液体密度小，或者密度一样，
将其放在液体中，不会改变液面高低。

而将水中物体从液体中捞出，放在船上时，则恰恰相反，如若物体密度比液体大，则液面会上升；如果物体密度比液体小或
者一样时，则液面保持不变。

1.2第二种类型：冰块漂浮在杯子中的液面上，当冰块融化时，液面升降问题
1.2.1纯冰块漂浮在杯子的水面上，冰块融化后的液面上升和下降问题
例题2：冰块漂浮在水中，当冰全部溶解化在水中时，杯子内的液位变化情
况（）
Ａ.上升Ｂ.下降Ｃ.高度不变Ｄ.无法判断
解析：冰融化变成水之后的液位变化，由冰排开水的体积与变成水后的体积（即V排和V化）两者之间的关系而定。

如果V排大于V化，则液位会出现下降；V排与V化一致，则液位不会发生变化； V排小于V化，则液位会出现上升。

由
于冰在水面上漂浮，因此它受到的浮力F浮= G排 = G化，当其冰融化成水后的质量不会发生任何变化，即G冰= G化，则G排= G化，ρ水ɡV排=ρ水ɡV化，Ｖ
排＝Ｖ化，液面不变，故选择（C）。

1.2.2对于冰块中包含其他实心物体，冰块在融化之后杯子内液位上升和下降问题
例题3：如果上述问题的冰块中包裹着小块石头，则在冰块完全融化变成水后，杯子中液位变化情况（）
Ａ.上升Ｂ.下降Ｃ.高度不变Ｄ.无法判断
解析：当冰块融化变成水时，液面的高度不会改变，因此在此题中只需对石
块在冰化成水的前后变化进行讨论，研究其对液面高度的影响。

在冰化成水前，
石块和冰同时漂浮，此时其浮力F浮=G石。

当冰块完全融化变成水后，石块会沉淀至杯子底部，F浮＜G石，即当它受到的浮力变小时，V排同时变小，因此得
出的结论，即液位下降，故选（B）。

1.2.3纯冰块密度比水的液面密度大，冰块融化之后液面的上升和下降问题
例题4：如果将例题2中的冰块放在盐水中，则冰块全部融化在水中后液面
变化情况（）。

Ａ.上升Ｂ.下降Ｃ.高度不变Ｄ.无法判断
解析：由于ρ盐水比ρ水大，则V排盐水比V排水小，并且冰块化成水的体
积V化与 V排一样，即V化比V排盐水大，所以当冰完全溶解在水中时，液位会
升高，故选（A）
1.2.4纯冰块的漂浮密度比水液面密度小时，冰融化后液面的上升和下降问题。

例题5：如果将例题2中的冰块放在酒精或煤油液体中，则当冰块完全融化
后液面变化情况（）
Ａ.上升Ｂ.下降Ｃ.高度不变Ｄ.无法判断
解析：由于ρ酒精比ρ水小，则V排酒精比V排水大，当冰块融化成水后体
积V化与V排水一样，即当V化比V排酒精小时，在冰块全部融化后液面会出
现下降，故选（B）。

根据上述分析得知，当将冰块放置在水中后，冰块完全融化液面高度不会改变；如果将冰块放在比水密度大的液体中，则在冰块完全融化后，液面高度会上升；当将冰块置于比水密度小的液体中，在冰块完全融化后，液面高度会下降。

1.3第三种类型：将一根点燃的蜡烛漂浮在水上，蜡烛熄灭时液面升降问题
例6：用细铁丝包裹蜡烛的底部边缘，并将其放入装有适量水的水槽中，使
其垂直漂浮在水面上，然后点燃蜡烛，当蜡烛熄灭时，液面高度变化情况（）
Ａ.上升Ｂ.下降Ｃ.高度不变Ｄ.无法判断
解析：首先蜡烛漂浮在水面上，当蜡烛完全浸没时（即蜡烛悬浮在水中时），刚好蜡烛熄灭；无论蜡烛是漂浮的还是悬浮的，其接收的浮力与其自身重力一致；但是，由于蜡烛在熄灭前会不断燃烧，其重力会慢慢变小，此时，受到的浮力也
会随之变小；参考阿基米德原理F浮=ρ水ɡV排可以得知，其排开的液体体积也
会减小，液面高度会随之下降，故选（B）
在物理教学中，通过扩展此类问题：在一个小盆里装有实心金属球，然后将
其漂浮在装有水的容器中，如果把金属球放在装有水的容器中，液面会发生什么
变化?,此时，许多同学会联想到例题1（把船视为小盆，金属球视为密度大于水
的物体），则很快就能找到答案。

为了对学生的逆向思维能力进行培养，教师可
以向学生发问，如果将金属球从水中捞出，放回小盆，液面会发生什么变化，引
导学生通过动手实践，找到答案，从而提高学生的解题能力。

结束语
在初中物理教学中，浮力中液面升降问题是教学中的难点，通过上述解析，
虽找到了解题的规律，大大提高了学生的解题能力，但在后期的物理教学中，教
师应引导学生通过简单易理解的方式解决物理难点，培养学生独立思考、分析解
决问题的能力。

参考文献：
[1]李中泉，谈初中物理教学[J]，快乐阅读（第一期）， 2018.8
[2]刘秀芳，冰在水中融化后液面变化的判断[J]，物理教学讨论，2016（12）：19
[3]陈中娥，浮力问题的多种变换拓展一液面升降的判断[J]，教学研究版，2018（2）。