初中物理阿基米德应用方法研究

魏秀霞

摘 要：采用压力差计算方法计算了阿基米德公式来源为学生深入了解阿基米德原理提供了推理方法。分析了阿基米德应用中常见错误问题，并提出解决方案。通过实例分析，解答了阿基米德应用方法。

关键词：阿基米德;浮力;平衡

学生在刚学初中物理时会存在需多问题，由于初中物理概念学生以前尚未接触势必会影响学生学习。而初中物理不仅包含了数学知识还与生活实际应用息息相关。培养学生探索物理知识是学习物理有效方法。在初中物理知识中阿基米德原理是比较重要章节，每年中考都会有相关知识考点。文章从阿基米德原理出发详细分析阿基米德证明及应用存在问题，并通过实例分析阿基米德应用。为学生学习阿基米德提供帮助。

一、阿基米德原理理解

（一）阿基米德原理

阿基米德原理：是指浸在液体（气体）中的物体所受到浮力（f），其大小等于该物体所排开液体（气体）的重力（G）。用数学公式表达为：f=G=mg=ρgV.

需要注意是浮力是由于液体（气体）对浸在其中的物理产生的相互作用力（液体对物理表面产生的压力差）。为深入分析阿基米德原理，设计试验方案为有A、B、C三个铁基材料表面光滑，密度一致。A、B为等高、等直径;C与B等高，底部边长与B直径相等的正方形。如图1所示。

注：A与底部容器焊接在一起，B与底部容器未焊接在一起，C与底部容器未焊接在一起。

将弹簧秤与铁块连接，往容器中加入水，测试排除水与浮力之间关系如图2所示。

由图2可知A试样没有浮力，B、C试样有浮力，当高度达到6mm时浮力不在发生改变这是因为试样完全被淹没浮力不在发生改变。因为C试样体积高于B试样体积因此可知试样C浮力数值高于B。通过实验可知判断浮力存在因看浸入液体试样是否存在压力差，如果不存在则浮力不存在。

下面使用压力差方法计算浮力。如图3所示为一浸入液体的圆柱。

假设一圆柱物体上下底面积都为S，高度为h，则圆柱体体积为V=Sh，假设圆柱体上表面及所有压力为Fs，下表面积所受压力为Fx。下表面积所有压强计算方法为Px=Ps+P液gh.由于圆柱体静止在液体中有F浮=Fx-Fs=PxS-PsS=P液sgh=G排。

阿基米德难点除了上述分析外，重点是考虑液体密度、排出体积。从阿基米德原理可知浮力计算为液体密度与体积乘积，很多学生将试样密度和液体密度混淆，甚至有学生直接将液体密度认为是水密度。排出体积是指试样浸入到液体中所排开液体体积。

（二）阿基米德解决实际问题技巧

目前阿基米德解决实际问题可通过浮力产生原因、二力平衡方法、合成力以及阿基米德原理计算。浮力产生原因是由于物体存在压力差造成，通过适合规则物体计算。二力平衡方法主要用于物块漂浮情况，此时重力与浮力平衡。合成力计算适合用弹簧秤测量情况，弹簧秤力加上浮力等于物体重力。阿基米德原理是液体密度与排出液体体积，适合用于合金密度测定。

二、阿基米德应用

（一）基于阿基米德原理测量物体密度

例1.現有量筒、蒸馏水体积V1，充气装置试设计一种方法测量牙膏皮密度。

解。将牙膏皮采用充气装置充入气体后，漂浮在蒸馏水上，记录页面高度V2;把牙膏皮压成片后放入水底，记录液体V3。将两次测量数据进行计算得到牙膏密度有：

F浮力=G牙膏=G排水

求解得到牙膏质量为：

m牙膏=m排=P水（V2-V1）

牙膏皮体积计算为：

V=V3-V1

最终计算得到牙膏密度有：P=（V2-V1）/（V3-V1）P水

（二）阿基米德综合应用

例2.假设一物体挂在弹簧秤上，读数为1.5N，当物体没入水中的体积为总体积0.75倍，弹簧秤读数为0N，求解物体体积和当物体没入体积为一半时，试求弹簧秤读数。

解。当没入体积为0.75倍总体积时有浮力与重力相等得到G=F=mg，带入求解得到V=0.2cm3

当物体没入体积为一半时，根据阿基米德原理可知F浮=1N，那么弹簧秤读数为=1.5-1=0.5N。

三、结论

阿基米德计算公式关联了排出液体体积与密度。学生在计算过程需注意题目给定条件，按照条件逐步进行问题求解，比如出现平衡信息说明拉力与浮力之和与重力相等，如果弹簧秤读数为0表示拉力为0，那么有浮力与重力相等。在进行样品密度计算时，一定要牢记密度等于质量除以体积，分别计算质量和试样体积可计算密度。

参考文献：

[1]徐小林，倪敏，韩唯伟，等.浅谈运用DIS结合针筒法验证阿基米德原理的优点[J].中学物理教学参考，2016（16）：90-91.

[2]汪红华.浅谈突破浮力教学的难点[J].中学物理教学参考，2015（5）：23-25.