很多人覺得浮力這個內(nèi)容不好學,由于其涉及的知識點,綜合性強,不少相關的問題難求解。例如對于判斷水面變化的問題,很多同學感到束手無策。
例題1:當冰塊熔化后,杯中水面是否變化?
分析:冰是浮體,漂浮于水面,根據(jù)漂浮條有G冰=F浮。
如何判斷水面的變化V冰排與冰熔化成水的體積V水是否相等。
(1)如果V冰排=V水,水面不變;如果V冰排>V水,水面下降;
(2)如果V冰排<V水,水面升高。
由于冰熔化前后,冰的質(zhì)量和水的質(zhì)量相等,m冰=m水,有ρ冰V冰=ρ水V水,則V水=ρ冰V冰/ρ水=0.9V冰。根據(jù)漂浮條件:G冰=F浮,即ρ冰gV冰=ρ水gV冰排,V排=ρ冰V水/ρ水=0.9V冰。所以V冰排=V水,水面不變。
引伸1:如果冰塊內(nèi)有一氣泡,這時冰塊密度ρ<ρ冰,由質(zhì)量相等關系得V水=ρV冰/ρ水,由漂浮條件得V排ρV冰/ρ水,有V水=V冰排,故冰熔化后水面不變。
引伸2:如果冰塊內(nèi)有一木塊(或密度小于水的物體),這時冰塊密度ρ<ρ水,冰塊漂浮于水面,由G=F浮,即(m冰+m木)g=(ρ冰V冰+ρ木V木)g=ρ水gV排,V排=(ρ冰V冰+ρ木V木)/ρ水。冰塊熔化后,木塊漂浮于水面,V木排=ρ木V木/ρ水,V水=ρ冰V冰/ρ水。則V排=V木排+V水,水面不變。
引伸3:如果冰塊內(nèi)有一鐵塊(或密度大于水的物體),冰塊漂浮于水面。冰塊熔化前V排=(ρ冰V冰+ρ鐵V鐵)/ρ水。冰塊熔化后V水=ρ冰V冰/ρ水,鐵塊下沉至杯底,V鐵排=V鐵,則V排>V水+V鐵排,水面下降。
引伸4:如果冰塊內(nèi)有一鐵塊,冰塊沉在杯底。冰塊熔化前V排=V冰+V鐵,冰塊熔化后V=V冰+V鐵,而V冰>V水,則V排>V,水面下降。
練習:一艘裝有石塊的小木船,浮于水池上,如果把石塊從船中取出拋入水池中,池中水面高度如何變化?
廣東省翁源縣龍仙中學 趙本望
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