刊名: 教学与研究
Teaching and Research
主办: 中国人民大学
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 0257-2826
CN: 11-1454/G4
邮发代号: 2-256
历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953
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初中物理浮力计算问题浅析
【作者】 褚 卉
【机构】 (青海省西宁市第八中学)
【正文】摘 要:本文从物理学的研究基本入手,明确物理教学在初中阶段的重要性。针对初中物理浮力计算时遇到的问题和相关解决策略出发,对不同类型的习题归纳整理,帮助学生深化浮力的概念,提高解题技能,给初中物理浮力计算教学提供策略。
关键字:初中物理;浮力;计算
一、物理教学在初中阶段的重要性
物理学是研究物质不同层次的结构、相互作用和运动的基本规律的科学,包括天体、物体、分子、原子、原子核、基本粒子和各种场的结构,万有引力、电磁、强和弱作用等自然界的基本相互作用,机械、热、声、光、电、磁等一系列相互影响、相互关联的运动规律。这种运动既有自然界比较简单的基本运动形态,也有一些复杂的运动形式。所以物理学是其他自然科学和现代化工程技术的重要基础,也是中学生进一步学习的必不可少的基础知识[1]。
我国对中学生的物理教育程度越来越重视,相关政策也在实施和完善中。小学阶段有科学课程,其中涉及物理学科相关透镜、质量等知识,初中阶段从初二年级开始开展物理课,高中阶段也由以前的文理分科逐步转变为3+3考试模式,许多大学在招生时对一些相关专业要求高中阶段必须学习物理课程。由此可见物理学科的重要性和必要性。
中学物理教育的目的必须符合中学教育基本任务的要求,即培养德智体美劳全面发展的,有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义公民。在此基础上,初中物理教学不仅要教授学生知识和方法,更重要的是培养学生的观察和实验能力、思维能力、分析问题解决问题的能力和自主学习的能力,帮助学生树立辩证唯物主义观点,有一颗善于发现问题和解决问题的好奇心,促进学生身心健康发展。对于力学、热学、声学、光学、电磁学、原子物理等方面的基础知识不仅局限于教材,还可以延伸到实际生活中。生活是最好的老师,兴趣是成长路上最好的伙伴。
二、浮力计算的几种基本方法
物理学科包含大量计算,这些计算依托学生的数学计算能力以及相关公式的记忆和使用。在现有的考试中,发现学生普遍存在的问题是知道公式,但不知道要用哪个公式计算。导致这个问题的原因主要是学生在学习基本概念时理解不透彻,在做题时只能死记硬背公式;其次还有对公式理解不够,只会用公式计算,而不知道选择最方便、出错率较低的公式计算。
下面就以浮力的计算为例,浅析浮力计算时的主要题型和相对应的公式选择方法,帮助学生深化浮力概念,贯彻相关物理学习方法和实验方法的进一步理解和应用。在初中阶段,可以将常见的浮力计算问题分为五类:
1、 F浮=G - F (称重法)
2、 F浮=F向上 - F向下 (上下表面压力差法)
3、 F浮=G排 (阿基米德原理法)
4、 F浮=ρ液gV排 (公式法)
5、 F浮=G物 (平衡法)
浮力的产生原因时浸在液体中的物体其上下表面受到液体对它的压力不同,是下表面受到向上的压力与上表面受到向下的压力之差,所以上述公式中F浮=F向上 - F向下是应用浮力的产生原因来计算。用此公式时,题目中应出现上下表面的压力。如例1。
例1.如图所示,将一长方体物体浸没在装有足够深水的容器中恰好处于悬浮状态,它的上表面受到的压力为1.8N,下表面受到的压力为3N,则该物体受到的浮力大小为多少?
解析:此题中用上下表面压力差法F浮=F向上 - F向下 =3N - 1.8N =1.2N。
对于F浮=G排和F浮=ρ液gV排这两个公式学生在使用时总是会混淆。F浮=G排 是阿基米德原理的公式,阿基米德原理的内容是浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。用此公式时不需要考虑物体是悬浮还是漂浮,不需要知道物体浸没的体积,只要题目中条件给了排开液体的重力或者质量时,就可以用阿基米德原理计算。如例2。
例2.据报道,中国首艘001A型17号国产航母于2017年4月23日前后下水并进行相关测试。从外观上来看该国产航母与16号辽宁舰大致相同,也是常规动力航母,最少可以搭载36架歼-15舰载机。它的满载排水量8000吨,此时的吃水深度为12m。 为了方便计算,ρ海=1.0×103kg/m3 , g=10N/kg,求:满载时该航母受到的浮力;
解析:题目中给出了船满载时的排水量即排开液体的质量为8000t,故F浮=G排=m排g=8000×103kg×10N/kg=8×107N。
当题目中条件给出排开液体的体积和液体密度时,就可以利用公式法计算,如例3。
例3.如图所示,将一个体积为1.0×10-3m3、重6N的木块用细线系在底面积为400cm2的圆柱形容器的底部。当容器中倒入足够的水使木块被浸没时,(g=10N/kg)求:木块浸没在水中受到的浮力?
解析:液体为水,密度已知。F浮=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.0×10-3m3=10N。用此公式时需要注意液体的密度,不能先入为主用水的密度计算。读题要仔细注意液体是否完全浸没,如果是,则V排=V物,如果不是,则要注意排水体积的数值。
称重法在使用时需要注意,G为物体在空气中时重力,而F则为物体完全浸没在液体中时弹簧测力计的实数,利用受力分析和力的平衡计算浮力。这种方法在使用时需要注意题目中给出条件G和F。
例4.如图所示,弹簧测力计下面悬挂一个重18N的物体,当把物体浸没在水中时,弹簧测力计示数为10 N,此时容器内水的深度为0.3 m.求:物体受到水的浮力;
解析:F浮=G - F =18N-10N=8N。有时需要注意F是否为物体完全浸没时弹簧测力计的示数。
平衡法是利用二力平衡对漂浮或悬浮的物体受力分析。此时浮力和重力是一对平衡力,大小相等,故有F浮=G物。平衡法在使用时需要注意物体的浮沉条件,对于沉底的物体还受到容器底部对它向上的支持力故不能使用。但如果三力平衡,也可以利用平衡公式计算。
例5.密度是0.6×103kg/m3的木块,体积是4×10-3m3。当它浮在水面上时,求:
木块受到的浮力;
解析:木块漂浮在水面上,故F浮=G物 先计算G物 =mg=ρgV=0.6×103kg/m3×10N/kg×4×10-3m3=24N,所以F浮=G物=24N。
浮力的计算方式虽然较多。但是根本的问题是要理解浮力的意义和产生条件,要明确阿基米德原理,同时要对之前学习的二力平衡有更深的理解。
三、 加强浮力教学的策略
改进教学内容,讲复杂的多种计算方法进行归类,形成一个整体框架,将每一种方法作为一个分支,深化浮力的概念,明确计算时使用的方法和需要注意的事项。
做好浮力与压强计算的区分,明确两个概念的不同点,将两个公式进行比较,帮助学生理解公式的用法,不混淆使用。
浮力的计算方法在初中物理教学中是一个难点,我们要以浮力教学出发,拓展学生的思维,培养学生分析问题、解决问题的能力。物理学习绝对不仅仅是简单的公式背诵和记忆,更重要的理解其中的原理和解决方法。培养这方面的能力是我们今后教学的重点,也为学生进一步学习更深层次的学习打下坚实的基础,让物理思维帮助学生发现问题、解决问题。
初中物理教学还存在很多值得我们探讨的问题,我们要在平时的教学中积累经验,善于发现学生容易出现的问题并及时作出对应的措施,遇到问题,解决问题,提高学生思维能力,帮助学生更好的理解物理现象和其中蕴含的原理,让物理学习变得更加轻松、有趣。
参考文献:
[1]娄溥仁,试论中学物理教育的目的和任务,2000.
[2]陈怡,初中物理压强教学初探,2014.
[3]孟令增,关于提高初中物理课堂教学质量的几点建议,2017.
关键字:初中物理;浮力;计算
一、物理教学在初中阶段的重要性
物理学是研究物质不同层次的结构、相互作用和运动的基本规律的科学,包括天体、物体、分子、原子、原子核、基本粒子和各种场的结构,万有引力、电磁、强和弱作用等自然界的基本相互作用,机械、热、声、光、电、磁等一系列相互影响、相互关联的运动规律。这种运动既有自然界比较简单的基本运动形态,也有一些复杂的运动形式。所以物理学是其他自然科学和现代化工程技术的重要基础,也是中学生进一步学习的必不可少的基础知识[1]。
我国对中学生的物理教育程度越来越重视,相关政策也在实施和完善中。小学阶段有科学课程,其中涉及物理学科相关透镜、质量等知识,初中阶段从初二年级开始开展物理课,高中阶段也由以前的文理分科逐步转变为3+3考试模式,许多大学在招生时对一些相关专业要求高中阶段必须学习物理课程。由此可见物理学科的重要性和必要性。
中学物理教育的目的必须符合中学教育基本任务的要求,即培养德智体美劳全面发展的,有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义公民。在此基础上,初中物理教学不仅要教授学生知识和方法,更重要的是培养学生的观察和实验能力、思维能力、分析问题解决问题的能力和自主学习的能力,帮助学生树立辩证唯物主义观点,有一颗善于发现问题和解决问题的好奇心,促进学生身心健康发展。对于力学、热学、声学、光学、电磁学、原子物理等方面的基础知识不仅局限于教材,还可以延伸到实际生活中。生活是最好的老师,兴趣是成长路上最好的伙伴。
二、浮力计算的几种基本方法
物理学科包含大量计算,这些计算依托学生的数学计算能力以及相关公式的记忆和使用。在现有的考试中,发现学生普遍存在的问题是知道公式,但不知道要用哪个公式计算。导致这个问题的原因主要是学生在学习基本概念时理解不透彻,在做题时只能死记硬背公式;其次还有对公式理解不够,只会用公式计算,而不知道选择最方便、出错率较低的公式计算。
下面就以浮力的计算为例,浅析浮力计算时的主要题型和相对应的公式选择方法,帮助学生深化浮力概念,贯彻相关物理学习方法和实验方法的进一步理解和应用。在初中阶段,可以将常见的浮力计算问题分为五类:
1、 F浮=G - F (称重法)
2、 F浮=F向上 - F向下 (上下表面压力差法)
3、 F浮=G排 (阿基米德原理法)
4、 F浮=ρ液gV排 (公式法)
5、 F浮=G物 (平衡法)
浮力的产生原因时浸在液体中的物体其上下表面受到液体对它的压力不同,是下表面受到向上的压力与上表面受到向下的压力之差,所以上述公式中F浮=F向上 - F向下是应用浮力的产生原因来计算。用此公式时,题目中应出现上下表面的压力。如例1。
例1.如图所示,将一长方体物体浸没在装有足够深水的容器中恰好处于悬浮状态,它的上表面受到的压力为1.8N,下表面受到的压力为3N,则该物体受到的浮力大小为多少?
解析:此题中用上下表面压力差法F浮=F向上 - F向下 =3N - 1.8N =1.2N。
对于F浮=G排和F浮=ρ液gV排这两个公式学生在使用时总是会混淆。F浮=G排 是阿基米德原理的公式,阿基米德原理的内容是浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。用此公式时不需要考虑物体是悬浮还是漂浮,不需要知道物体浸没的体积,只要题目中条件给了排开液体的重力或者质量时,就可以用阿基米德原理计算。如例2。
例2.据报道,中国首艘001A型17号国产航母于2017年4月23日前后下水并进行相关测试。从外观上来看该国产航母与16号辽宁舰大致相同,也是常规动力航母,最少可以搭载36架歼-15舰载机。它的满载排水量8000吨,此时的吃水深度为12m。 为了方便计算,ρ海=1.0×103kg/m3 , g=10N/kg,求:满载时该航母受到的浮力;
解析:题目中给出了船满载时的排水量即排开液体的质量为8000t,故F浮=G排=m排g=8000×103kg×10N/kg=8×107N。
当题目中条件给出排开液体的体积和液体密度时,就可以利用公式法计算,如例3。
例3.如图所示,将一个体积为1.0×10-3m3、重6N的木块用细线系在底面积为400cm2的圆柱形容器的底部。当容器中倒入足够的水使木块被浸没时,(g=10N/kg)求:木块浸没在水中受到的浮力?
解析:液体为水,密度已知。F浮=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.0×10-3m3=10N。用此公式时需要注意液体的密度,不能先入为主用水的密度计算。读题要仔细注意液体是否完全浸没,如果是,则V排=V物,如果不是,则要注意排水体积的数值。
称重法在使用时需要注意,G为物体在空气中时重力,而F则为物体完全浸没在液体中时弹簧测力计的实数,利用受力分析和力的平衡计算浮力。这种方法在使用时需要注意题目中给出条件G和F。
例4.如图所示,弹簧测力计下面悬挂一个重18N的物体,当把物体浸没在水中时,弹簧测力计示数为10 N,此时容器内水的深度为0.3 m.求:物体受到水的浮力;
解析:F浮=G - F =18N-10N=8N。有时需要注意F是否为物体完全浸没时弹簧测力计的示数。
平衡法是利用二力平衡对漂浮或悬浮的物体受力分析。此时浮力和重力是一对平衡力,大小相等,故有F浮=G物。平衡法在使用时需要注意物体的浮沉条件,对于沉底的物体还受到容器底部对它向上的支持力故不能使用。但如果三力平衡,也可以利用平衡公式计算。
例5.密度是0.6×103kg/m3的木块,体积是4×10-3m3。当它浮在水面上时,求:
木块受到的浮力;
解析:木块漂浮在水面上,故F浮=G物 先计算G物 =mg=ρgV=0.6×103kg/m3×10N/kg×4×10-3m3=24N,所以F浮=G物=24N。
浮力的计算方式虽然较多。但是根本的问题是要理解浮力的意义和产生条件,要明确阿基米德原理,同时要对之前学习的二力平衡有更深的理解。
三、 加强浮力教学的策略
改进教学内容,讲复杂的多种计算方法进行归类,形成一个整体框架,将每一种方法作为一个分支,深化浮力的概念,明确计算时使用的方法和需要注意的事项。
做好浮力与压强计算的区分,明确两个概念的不同点,将两个公式进行比较,帮助学生理解公式的用法,不混淆使用。
浮力的计算方法在初中物理教学中是一个难点,我们要以浮力教学出发,拓展学生的思维,培养学生分析问题、解决问题的能力。物理学习绝对不仅仅是简单的公式背诵和记忆,更重要的理解其中的原理和解决方法。培养这方面的能力是我们今后教学的重点,也为学生进一步学习更深层次的学习打下坚实的基础,让物理思维帮助学生发现问题、解决问题。
初中物理教学还存在很多值得我们探讨的问题,我们要在平时的教学中积累经验,善于发现学生容易出现的问题并及时作出对应的措施,遇到问题,解决问题,提高学生思维能力,帮助学生更好的理解物理现象和其中蕴含的原理,让物理学习变得更加轻松、有趣。
参考文献:
[1]娄溥仁,试论中学物理教育的目的和任务,2000.
[2]陈怡,初中物理压强教学初探,2014.
[3]孟令增,关于提高初中物理课堂教学质量的几点建议,2017.