例1、(杭州市)旅游用的游艇上常常备有救生衣(一种颜色比较鲜艳的背心,并用密度比较小的发泡材料做成内胆),请你用下面给定的要求和数据来设计救生衣:
①按能救护的人的质量为80千克设计;
②为了保护人的安全,穿上该救生衣能使人的10%的体积露出水面;
③发泡材料的密度为0.01×103千克/米3;
④做救生衣的面料及其他辅料的质量不计;
⑤人的密度可近似地取1×103千克/米3。
请回答:
(1)为什么要用颜色比较鲜艳的面料来做救生衣?
(2)计算做一件这种救生衣的发泡材料的量小质量。
思路点拨:
救生衣是为了防止人落水后下沉,所以要用密度比较小的发泡材料做内胆,而用颜色鲜艳的面料做是为了容易被人们发现。当穿上救生衣的人落水后漂浮在水面上,所以有F浮=G总。根据题目中所给的条件即可解出发泡材料的最小质量。
答案点击:
(1)用颜色比较鲜艳的面料做救生衣,是因为鲜艳的颜色,能见度比较高,容易被人发现,当事故发生时,很远的地方就能看见。
(2)由题意,人和救生衣漂浮,有F浮=G总,
F浮=G人+G救=G人浮+G救浮,
m人g+m救g=ρ水g排人+ρ水gV排救,
m人g+m救g=ρ水·0.9·g·
,

点评:
本题是一道把浮力知识与实际应用紧密结合的试题,它不但考查了同学们所学的浮力知识,还考查了同学们应用所学知识解决实际问题的能力,同时也教会了大家对生活中物理知识的了解和应用。
例2、(南京市)如图甲所示,将一挂在弹簧秤下的圆柱体金属块缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,图乙中能正确反应弹簧秤示数F和圆柱体下表面到水面的距离h关系的图像是( )
思路点拨:
由题中可以看出,圆柱体金属块的底面积S一定,则在刚开始浸入水中时V排=S·h,所以F浮=ρ水gV排=ρ水Sh,即F浮与h成正比,当物体全部浸没时,V排=V物是一个定值,则F浮大小不变。由图中可以看出金属块受到重力、浮力和弹簧秤的拉力,且有G=F浮+F拉,即F示=G-F浮,由于金属块的重力G不变,所以有F浮增大时,F示变小,F浮不变时,F示不变。当F浮为零时(即h为零时)F示=G最大,而图象中要求反映的是F示与h的关系。则F应该是先减小,再不变,只有A能够反映这一变化规律。
答案:A
点评:
这是一道利用数学图象表示物理问题的考题。它的综合能力要求较高,不但考查了阿基米德原理,还考查了物体浸没在液体中时,所受浮力与深度无关这一知识点,而且要求同学们对图象物理含义的理解要求也较高,它考查的不是F浮与V排的直接关系,也不是F浮与h的关系,而是通过F示=G-F浮,而转化为F示与h的关系,所以解决这类问题时要特别细心,千万不能误选为答案D。
例3、(北京市东城区)小明用实验测量粗细均匀竹棍的横截面积。他用短细线在竹棍的下端系一小石块,然后将它们放到水中,竹棍竖直立在水中,水面距竹棍上端16.8厘米;再将系石块的竹棍放到煤油中,竹棍竖直立在煤油中,煤油的液面距竹棍上端9.8厘米,两次实验中石块都不跟容器底接触。已知竹棍长40厘米,质量是24克,石块的质量是18克,煤油的密度是水的密度的
。由上述所给条件求:
(1)细竹棍的横截面积;
(2)石块的密度。
思路点拨:
当均匀竹棍放入水中时,竹棍与石块漂浮,把他们作为一个整体可得F浮总=G总,即F竹浮+F石浮=G竹+G石……①,当竹棍和石块漂浮在煤油中时,有F浮总′=G总′即F竹浮′+F石浮′=G竹+G石……②。根据①②两式即可解出竹棍的横截面积S,再代入①或②式中,可解出V石,从而计算出ρ石。
答案:
设竹棍的横截面积为S,石块的体积为V。
当竹棍在水中时,F浮总=G总,F竹浮+F石浮=G竹+G石,
ρ水gV排竹+ρ水gV石=m竹g+m石g,
ρ水g(h-h1)·S+ρ水gV石=(m竹+m石)g……①
当竹棍在煤油中时,F浮总′=G总′,F竹浮′+F石浮′=G竹+G石,
ρ油gV排竹+ρ油gV石=m竹g+m石g,

点评:
这是一道利用方程和方程组来解决浮力问题的试题,它对同学们的受力分析、综合应用浮力知识的能力、数学计算的能力要求都比较高。平时注意要多看、多练、多思考,我们才能比较熟练地解决这类问题。