关于液面升降的浮力巧解

关于液面升降的浮力巧解
从教近二十年来，常常听学生反映物理的力学抽象难懂，远不及声学、热学的通俗易懂，也不如电学的生活性强，尤其是浮力这一部分，公式多，单位多，综合性很强，还要经常应用受力分析，更是令学生头疼，教师烦恼。

经过多年的思考和总结，我觉得学习本章知识，除了要熟练掌握受力分析的基本方法，熟练记忆本章的浮力相关公式和各个物理量的单位外，还要注意一些特殊的解题技巧。

下面就本章学生很为难的液面升降问题谈谈我的一些解题方法，以相互学习。

首先我把液面升降问题归纳为两类，不过方法和技巧类似：一类是单一的物质，另一类是两种物质。

在讲解这一类问题之前我先引导同学们：你们还记得《乌鸦喝水》的故事吗？请大家讨论一下乌鸦是如何喝到水的？同学们都会异口同声的回答：是由于乌鸦把石头放入水中，使水面升高从而喝到水的。

我又问，那水面为什么会升高呢？同学们就会有人回答：是由于放入石头后，石头在水中占据一定的体积，从而使水面升高的。

我就趁机接着问：那这个体积是什么体积呢？同学们都会说，这个体积就是物体的体积。

因为在第一章测量物质的密度试验中就用到，用排水法测量一个物体的体积。

但是引导到这里却并不能与本章的浮力知识想关联，于是我就继续启发：如果乌鸦在瓶子中放入的不是石头，而是一根根不能沉于水底的小木棍，它能不能喝到水呢？学生们还会毫不犹豫的回答：能，因为水面还是会上升的。

那么在这个过程中还是不是由于物体的体积导致水面升高了呢？学生根据物质密度的测量实验就可以知道不是。

我就继续引导：那以上两种使水面升高的方法中，都是本章的一个物理量共同导致了水面的升高，请同学们思考：到底是我们本章所学的哪个物理量？同学们几乎会异口同声的说：是V排。

接着我就继续引导学生：对，说明连乌鸦都知道利用V排变大来使液面升高，那么我们作为聪明的人类也一定能够学会利用V排的变化来判断液面的升降。

但是我们在实际问题中往往并不是很容易知道V排的变化情况，请同学们根据本章的知识，想一想V排可以直接根据本章什么物理量的变化来判断呢？浮力的变化。

同学们会在思考一会后回答。

当然其他的同学也会很快明白的，因为他们很容易想到阿基米德原理。

讲到此，基本上引导工作也就结束了，我就总结如下：
因此本章判断液面升降问题的思路是：先判断浮力的变化，再由浮力的变化判断V排的变化（规律是浮力变大，V排变大；浮力变小，V排变小；浮力不变，V排不变），最后再判断液面的升降（V排变大，液面升高；V排变小，液面降低；V排不变，液面不变）。

利用以上规律就可以解决以下两类液面的升降问题：
一、单一的物质
例题：一个瓶子中盛有水，水面上漂着一块冰，当冰块化成水后，水面的变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
引导学生分析如下：冰在水面是漂浮的，所以：F浮=G冰
冰化成水后，状态变了，但是质量不变，因此有：G冰= G水
由于冰化成的水也是水，因此和水的密度相等，所以冰化成的水在原来的水中是悬浮的（根据浮沉条件中物体密度和液体密度来判断浮沉情况的推论），根据浮沉条件所以：F浮1=G水
把以上三个式子结合就可以知道：F浮= F浮1，
也就是说浮力不变，那么V排就不变（排开的都是水，密度一样），因此液面也就没有变化。

练习：1、一个铝片直接放入一个盛有适量水的脸盆中，然后把它做成小船状再次放入其中，则脸盆中水面的变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
2、一个铁制洗脸盆，第一次盆口向上放在一个水缸里，第二次盆口向下还放在这个水缸里，则该水缸中第二次次水面的变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
二、两种物质
例题：一个烧杯中盛有适量的水，水面上有一块中间包裹着一个石块的冰块，当冰块化成水后，烧杯中的水面变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
此种题的分析规律和以上规律类似，只是稍微复杂一些，需要把两个物体分开来分析。

引导学生分析如下：原来冰块和石块在水面漂浮，所以根据浮沉条件有：F浮=G冰+G石（1）
冰化成水后，虽然状态变了，但是质量不变，因此：G冰= G水
由于化成的是水，水的密度相等，所以冰化的水在原来的水中是悬浮的，于是根据浮沉条件得：F浮1=G水（2）
但是对于石块来说，由于石块密度大于水的密度，石头是要沉入水底的，依然根据浮沉条件可以知道：F浮2＜G石（3）
把以上（2）式和（3）式联合起来就有：F浮1+ F浮2＜G冰+G石
而原来的总浮力等于总重力，也就是说冰化成水后总的浮力变小了，那么V排就变小（排开的都是水，密度一样），因此液面也就降低了。

练习1、湖面上有一个小船，当这个小船把湖底的一个大石块捞到船上后，湖面的变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
2、一个烧杯中盛有适量的水，水面上有一块中间包裹着一个木块的冰块，当冰块化成水后，烧杯中的水面变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
3、一个烧杯中盛有适量的水，水面上有一块中间包裹着一个气泡，当冰块化成水后，烧杯中的水面变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
4、一个烧杯中盛有适量的水，水面上有一块中间包裹着一大滴水银的冰块，当冰块化成水后，烧杯中的水面变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
5、一个烧杯中盛有适量的水，水面上有一块中间包裹着植物油的冰块，当冰块化成水后，烧杯中的水面变化情况是（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、无法判断
对于最后一道练习题，我们要特别注意的是如果把题目稍作改动，问题变成烧杯中液面的变化情况，我们就要考虑食用油的密度小于水的密度，因此就会漂浮在水面上，但是它也是液体，因此是液面，虽然水面没有变化，但是加上食用油，那么液面就要升高。

总之，我们在物理教学中要采用多种的方法和技巧，并利用生活实例和故事引导学生有兴趣的学习物理知识，即把物理知识融入生活，又能让学生感知物理知识来源于生活，在兴趣中学习，在学习中猎奇，在猎奇中进步。