文档介绍：关于超、失重系统中浮力的对话
朱建廉
南京市金陵中学(210005)
这是笔者在实际教学过程中与学生的一段对话。
图1
老师:如图1所示,升降机中有一个盛水的桶,桶中水面上漂浮着体积为的木块。当升降机处于静止状态时,木块有一半浸入水中;当升降机以加速度为(其中:为重力加速度)加速上升时,木块浸入水中的体积为多大?
学生:可以运用“阿基米德定律”和“牛顿运动定律”做出如下解答。设水的密度为,木块的质量为,当升降机处于静止状态和匀加速上升阶段时木块除受重力外还受浮力和作用,于是有
由此便可解得:当升降机以加速度匀加速上升时,木块浸入水中的体积为
老师:照你分析与计算的结果,当升降机加速上升时,木块相对于水面将要下沉一些,是吗?
学生:是的。
图2
老师:现在请你分析这样的例子。升降机中有一盛水的容器,我们取水面处体积为的那部分水(如图2中虚线所示的那一部分)为研究对象,在升降机静止时它受到什么力的作用?
学生:除受到重力外还要受到其它部分水的压力。
老师:你所说的“其它部分水的压力”是否可以理解为我们所研究的这部分水所受到的浮力呢?
学生:我想可以吧!
老师:是可以的。在初中我们就学过:浮力的本质就是浸在液体中的物体各个表面所受到的液体的压力的合力。而此例中的所谓“浸在液体中的物体”指的就是我们所研究的那部分水。只是你是否想过:随着升降机加速上升,我们所研究的那部分漂浮在水面上的“水块”也会像漂浮在水面上的木块那样相对于水面下沉一些吗?
学生:?!
图3
老师:如果“水块”也会下沉,那么水面上岂不是会出现如图3中所示的那样的一个“方洞”吗?
学生:?!
老师:其实还有比水面上出现“方洞”更奇怪的事呢!
学生:还能有什么更奇怪的事呢?
老师:在你所研究的例子中,如果木块真的会随着升降机加速上升而向下沉,那么周围的水面就应该向上浮。
学生:那又怎么样呢?
老师:那么对于漂浮在水面上的“水块”来说就麻烦了:对于水面上的一个具体的“水块”而言,随着升降机加速上升,它到底是该“下沉”一些还是应该“上浮”一些呢?
学生:什么意思?
老师:我们如果以这个“水块”为研究对象,它就应该“下沉”一些;但如果我们是以这个“水块”周围的水为研究对象,这个“水块”岂不是应该“上浮”一些吗?
学生:?!
老师:从我们的分析中得到什么启发了吗?
学生:看来我算错了:尽管升降机以加速度加速上升,但木块仍然只有一半浸在水中。
老师:对!
学生: