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教学资料

明确研究对象 做出正确的受力分析厘清各量之间的变化关系

发布日期:2015年11月14日
名师1点通
  中考篇 
   
  科学中“浮力”这一知识点,往往会难倒很多学生。但它是中考必考点,近几年杭州的中考卷,浮力所占分数从3分到8分不等,且题型灵活,在选择、填空、推理、计算等各种类型题目中都出现过,有时还和其他知识点综合在一起。
  “紧扣考纲,厘清概念,在最后阶段精准性复习,对提高成绩还是很有用的。”十三中教育集团副总校长邓敬东很有信心,他从教20余年,基本上都带初三,他特别想和学生说:学科学不能盲目做题、做实验,首先要理解和掌握方法,搞清原理。
  名师名片
  邓敬东
  十三中教育集团科学高级教师、杭州市教坛新秀,杭州市学科带头人,新课改优秀教师,西湖区首席教师。

  要害点拨
  考试很重要的一点是了解考纲。根据中考考纲,浮力要求如下:理解浮力产生的原因;理解阿基米德定律,会用阿基米德定律求浮力;能应用物体的浮沉条件判别物体的浮沉。下面就以例题形式分析这三点。
  一、理解浮力产生的原因
  ●2012年中考真题例1(3分):
  小吴同学为探究力之间的关系做了如右图所示的实验。将弹簧测力计下端吊着的铝块逐渐浸入台秤上盛有水的烧杯中,直至刚没入水中(不接触容器,无水溢出)。在该过程中,下列有关弹簧测力计和台秤示数的说法正确的是( )
  A.弹簧测力计的示数减小,台秤示数不变
  B.弹簧测力计的示数不变,台秤示数也不变
  C.弹簧测力计的示数减小,台秤示数增大
  D.弹簧测力计的示数不变,台秤示数增大
  
  解析:对于弹簧测力计示数变化,由于物体受到水对其向上的力,弹簧测力计示数变小较容易判断。关键是台秤示数如何变化,学生容易犯错误,认为台秤示数在数值上就等于烧杯和水的重力,所以认为示数不变(不接触容器,无水溢出)。实际这是一个常见的相互作用力的问题,既可以整体思考,也可以采用隔离法的分析方法。
  第一种分析方法:把铝块、水、烧杯看做一个整体(物体),处于静止状态,向上受到弹簧测力计的拉力F拉和台秤的支持力F支,G总= F拉+F支,由于F拉减小,所以F支增大,即台秤示数变大。
  第二种隔离法:把铝块隔离开,在逐渐浸入的过程中,深度的增加,受到水对其向上的浮力增大,力的作用是相互的,物体给水向下的压力也会增大,导致台秤示数增大。答案为C。
  当然,以上分析是建立在无水溢出的条件,如果开始烧杯中的水盛满,那么随着铝块深度增加,不断有水溢出,水的深度不变,台秤的示数也不变。所以,由于问题背景不一样,结论往往会变化,这也是平时学习中倡导的举一反三,发散思维的体现。
  
  ●2013年中考真题例2 (6分):
  将一冰块用细线拴住慢慢地浸入到酒精中,并保持悬置状态(如图),在冰块浸入的过程中,台秤的读数将______(选填“增大”、“减小”或“不变”);在冰块融化过程中,容器内液面将_____(选填“上升”、“下降”或“不变”),台秤的读数将______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。(已知:冰的密度为0.9×103kg/m3,酒精的密度为0.8×103kg/m3;整个过程中无液体溢出。)
  
  解析:此题和上面一题实际上是同一类型的问题。在分析两次台秤示数变化时,都可以采用整体法或隔离法的方法,第一种整体法,在浸入或融化时,绳子对冰块的拉力减小,台秤示数增大。第二种隔离法,随着浸入深度增加,物体受到向上的浮力增大,力的作用是相互的,物体给水有向下的压力也增大,所以台秤示数增大。冰融化后,绳子对冰块没有拉力,烧杯对台秤的压力自然增大,示数变大。冰融化成水,不变的是质量,变化的是密度,由于水的密度比冰大,所以熔化后的体积变小,故液面下降。
  
  邓老师点拨:怎样才算对浮力产生的原因理解到位了呢?第一是要清楚浮力在日常生活中存在的事实,第二能从科学的角度分析浮力产生的本质是浸在液体中的物体由于深度不同存在压力差,浮力方向是竖直向上的,第三明确力的作用是相互的,液体给物体有向上的浮力,物体对液体有向下的压力。有了这三个基础认识后,最关键的就是要对各类物体做出正确的受力分析,可用整体分析法,也可采用隔离法,关键是要明确各物体之间力的相互作用关系。
  
  ●思维拓展题例3:
  学了浮力的知识后,老师提出一个问题:底部很平滑的圆柱体铁块沉到装水的烧杯底部时,还受到浮力吗?王同学认为铁块下表面一定还有水,所以受到浮力;李同学认为铁的密度很大,铁块下沉后会与烧杯底部紧密接触,铁块下表面不受到水的压力,所以不受到浮力。请你设计一个实验证明他俩的想法是否正确。
  
  邓老师点拨:这是一个开放性的试题。如果学生不能从浮力产生的原因上分析,就会出现三种不同的结果。第一种,读不懂题意,实验设计也就毫无思路,要么不做,要么答非所问。第二种,比较两种情况下压力差的变化角度去思考和设计,但如何把压力差体现出来是难以做到的。第三种,结合阿基米德实验上突破,有浮力时数据容易测量,但是学生对于不受浮力时,如何测量,测量什么不清楚。如果明确人类对浮力的认识,理解了浮力产生的本质,知道浮力的测量方法,问题就迎刃而解。合适的烧杯装适量的水;取一上部带挂钩的圆柱形铁块用细线系在弹簧秤下,先测出铁块浸没在水中但不碰杯底时的示数F1;再让铁块沉到杯底,用弹簧秤缓慢向上拉动铁块,读出铁块恰好被向上拉起时弹簧秤的示数F2,如果F1< F2,小李正确。如果F1=F2,小王正确。
  此题还体现了一种实验对比的思想,不能简单地认为谁对谁错,而是要通过实验数据的比较来说明问题,这既是一种实验方法,更是一种科学的态度,学生在实际学习科学过程中,往往注重知识落实,而对一些实验思想和方法不太重视。现在中考试卷中,这样的开放性试题是一个趋势,很能考察学生的能力,要提高重视。
  二、理解阿基米德定律 会用阿基米德定律求浮力
  ●2009年中考真题例4(3分):
  重100牛的水可以产生的最大浮力为( )
  A.一定小于100牛
  B.一定大于100牛
  C.一定等于100牛
  D.可以大于100牛
  
  邓老师点拨:对于阿基米德定律,相信同学们一定都很熟悉,但在实际应用中要涉及哪些关键的物理量呢?他们之间的关系是否厘清了呢?
  F浮=G排液=ρ液gV排液 G物=ρ物gV物
  G液=ρ液gV液
  V物 V液 V溢 V排液
  学生看到这个题目后,第一想法就是100牛的水不可能产生大于100牛的浮力,根据阿基米德定律,如果水全部排完,最大浮力也就100牛。这个想法看似合理,其实还是对阿基米德定律缺乏深入的理解。容器中的液体的体积V液,物体排开液体的体积V排液是两个不同的物理量,V液可以小于V排液,根据F浮=G排液=ρ液gV排液 G液=ρ液gV液,100牛的水可以产生大于100牛的浮力。所以答案是D。
  下面是2013年衢州中考的一道题目,非常直观地把问题具体化了:小常开展了如图丙实验。往两个形状相同的塑料盆A、B中各加入10牛的水,再将B盆放入A盆,B盆漂浮。这时B盆所受浮力:F浮=GB盆+10N>10N。继续往B盆内加30牛水,B盆仍漂浮。
  
  ●思维拓展题例5:
  学习了阿基米德定律之后,小静认为:一定量的水不可能产生大于水自身重力的浮力。请说明怎样只利用一瓶已冻结成冰的矿泉水来证明小静的观点是错误的。
  
  邓老师点拨:沿着上一题的思路,关键还是要再一次明确G物=ρ物gV物 G液=ρ液gV液,当少量的冰化成水后,观察剩余的冰漂浮在水面上,此时水的重力(质量)小于冰的重力(质量)。漂浮时冰的重力等于冰所受的浮力,所以水能产生大于水自身重力的浮力。证明小静的观点是错误的,问题迎刃而解。这样的开放性题目,很有思考的价值。
  三、能应用物体的浮沉条件判别物体的浮沉

  ●2011年中考真题例6(3分):
  如下图所示,一船在某水域作业时,将装满金属工具的大铁箱用绳子悬放入水。第一次放,因水太深,铁箱没触碰到水底,此时船的吃水线在A处。换个地方第二次再放,铁箱才接触到水底。下列说法正确的是( )
  A.铁箱在船上时,船的吃水线在A处下方
  B.铁箱接触到水底时,船的吃水线仍在A处
  C.铁箱接触到水底时,船的吃水线在A处之下
  D.铁箱接触到水底时,船的吃水线在A处之上
  解析:此题如果仅从公式的角度去分析,很容易混淆。可以采用整体分析法,把物体和船看成整体,第一次状态是漂浮,所以F浮=G总,第二次铁箱接触水底,F浮1+F=G总,F浮>F浮1,V排液变小,铁块排开水的体积没有变化,所以船排开水的体积变小,船的吃水线在A处之下。也可以隔离法进行分析,把铁箱和船分开分析,铁箱受力:G物=F浮+F拉,船受力:F浮1= G船+F拉,F拉大小是一样的。当铁箱接触水底铁箱受到向上的支持力F支,此时F拉减小,此时对于船来说,由于F拉减小,所以F浮1减小,排开水的体积V排液减小,船身就会上浮。正确答案为C。
  
  ●2014年中考真题例7(4分):
  小胡在水槽中洗碗,一个大的瓷碗正漂浮在水槽中。小胡用水槽中的水把碗装满,碗就会沉入水槽底部,此时碗所受到的浮力比漂浮时碗所受到的浮力____(选填“大”、“小”、“不变”),水槽中的水面将会____(选填“上升”、“下降”、“不变”)。
  解析:首先还是要对物体进行受力分析,开始碗是漂浮的,F浮=G物,后来碗沉到水底,F浮< P>
  
  邓老师点拨:有些同学喜欢识记一些公式,的确有些内容是需要识记的,但更要学会在具体真实的环境中的应用。
  在实际解决问题中,始终要明确研究对象,应用科学的方法,分清各量之间的关系,在新的环境下哪些量发生了变化,它的变化引起相关量是怎样变化的,哪些量是没有变化,只有各量之间的关系理清楚了,结果才能正确出现。

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