比较法解答液面升降问题
- 格式:doc
- 大小:54.00 KB
- 文档页数:3
液面升降问题的分析各种情况都包含,配有详图2018年2月11日对于液体中的物体由于某种变化而引起的液面升降问题的形式出现,本文介绍一种简便快捷的判断方法——“状态法”.(一)、状态法:就是对液体变化前、后的物体所处的状态进行比较来判断液面的上升、下将、不变的方法.(二)、状态法迅速判断液面升降方法:①若变化前后液体中的物体都处于漂浮、悬浮状态,而无沉体出现,则液面不变;②若液体中的物体,在变化前无沉体,而变化后有沉体出现,则液面下降;③若液体中的物体,在变化前有沉体,而变化后无沉体出现,则液面升高;说明:变化前后液体中物体的总质量保持不变;容器中液体的密度不变.(三)、证明设液体中的物体的总重为G,变化前后在液体中所受的总浮力分别为F浮、F浮′.若变化前后均无沉体出现,由浮沉条件知①F浮′=F浮=G,ρ液gV排′=ρ液gV排,则V排′=V排,液面不变.②若变化前无沉体,变化后有沉体,由浮沉条件知F浮=G,F浮′<G,则F浮′<F浮,即V排′<V排,故液面下降.③若变化前有沉体,变化后无沉体,由浮沉条件知F浮<G,F浮′=G,则F浮′>F浮,即V排′>V排,故液面上升.一、液面升降的主要类型有:类型Ⅰ:纯冰浸于液体,熔化后判断液面升降①、纯冰在纯水中熔化;②、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化;③、纯冰在密度比水小的液体中熔化;类型Ⅱ:冰块中含有其它杂质,冰块熔化后判断水面升降。
①、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化;②、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化;③、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化;类型Ⅲ:冰块中含有一定质量的气体,冰块熔化后判断水面升降。
类型Ⅳ:容器中的固态物质投入水中后判断液面升降①、固态物质的密度小于水的密度②、固态物质的密度等于水的密度③、固态物质的密度大于水的密度二、解题关键:无论液面上升或者下降,关键在比较的问题是什么,确立好问题就知道如何下手。
浮力专题:液面升降问题浮力专题:液面升降问题一、判断液面升降方法:比较V排的变化物体浸在液体中,若浮力变大,V排变大,液面;若浮力变小,则V排变小,液面;若浮力不变,则V排不变,液面。
(填“上升”或“下降”或“不变”)1、如图所示,将两块相同的橡皮泥做成实心球形和碗形,分别放入相同的甲、乙两杯水中.静止时甲杯中橡皮泥所受的浮力________(填“大于”“小于”或“等于”)乙杯中橡皮泥所受的浮力,杯中水面_______.2、(1)如图所示,小船和石块一起漂浮在水中,将石块(或金属块)从船中取出放入水中后,水面。
(2)如图2所示,在一较大容器的水面上放一木块,木块上面放一个体积为1dm3、重7.84N的物体,此时木块漂浮.如果将物体从木块上拿下并放入水中,当木块和物体都静止时,容器中的水面将()A.上升B.下降C.不变D.无法判断收集于网络,如有侵权请联系管理员删除3、将冰块分别放在水、盐水和煤油(或酒精)中,冰块完全熔化后,判断液面的变化。
1)冰块放在水中,漂浮,熔化后,液面。
2)冰块放在盐水中,漂浮,熔化后,液面。
3)冰块放在煤油(或酒精)中,沉底,熔化后,液面。
4、冰块内包有一个木块漂浮在水面上,冰块熔化后,水面。
5、冰块内包有一个石块(石块密度大于水的密度)漂浮在水面上,冰块熔化后,石块(填浮沉状况),则水面。
检测:1.(1)在图中,容器内装有一定量的水,水面上浮有木块甲,在甲上放有铁块乙,甲与乙之间用细绳相连,当木块翻转,铁块乙没入水中时,则()A.容器内液面高度一定不变 B.容器内液面高度一定降低C.容器内液面高度一定升高 D.容器内液面高度先升高后降低(2)现将绳子剪断,当木块和铁块都静止后,下列分析正确的是()A.铁块沉底,木块漂浮 B.水面下降,容器底受到水的压强变小收集于网络,如有侵权请联系管理员删除C.桌面受到的压力变小 D.桌面受到的压强不变2.重为5N 的木块A ,在水中处于静止状态,此时绳子的拉力为3N,若绳子突然断了,水面(填“上升”或“下降”或“不变”),最终木块所受浮力为,水对容器底的压力(填“增加”或“减小”)了。
液面升降问题的分析液面升降问题是初中物理力学中的重点问题,它关系到学生对受力分析的理解,它包容了受力分析、液体压强、浮力知识的衔接与应用。
同时还能更好更快的提高学生的解题速度。
经过十几年的教学研究与应用现将液面升降问题总结如下:以下各种类型前提均为在侧壁竖直、底面水平容器内发生的现象。
一、 前后变化可融为一体类例1 一块冰漂浮在柱形容器的水面上,全部融化后水面将如何变化?解析:这是一道最典型最基础的题型,当学生理解后,可作为其它类型题解决的知识点。
直接分析,液面升降取决于冰融化后这部分水的体积与冰漂浮时排开水的体积变化,所以 方法一 比较体积变化法当冰漂浮时,依漂浮条件可知, F 浮=G 冰ρ水ɡV 排= G 冰 ⑴冰化后冰的重力与水的重力没有变化即G 冰=G 水 ⑵ 由⑴⑵可得 ρ水ɡV 排= G 水ρ水ɡV 排=ρ水ɡV 水 所以V 排=V 水即 液面不变。
方法二 变化前后总压力不变 冰融化后仍在容器内,所以容器底部所受总压力不变。
融化前容器底部所受压力由液体水提供,融化后容器底部所受压力依然由液体水提供。
F 前=F 后ρ前S 器底=P 后S 器底ρ水ɡh 前S 器底=ρ水ɡh 后S 器底 h 前=h 后 即液面不变。
二、固体类 从漂浮状态取下后投入水中例2如下图:一竖直容器内漂浮一个木盒,木盒内装有一椭圆物,将椭圆物从木盒中取出投入水中,若椭圆物漂浮或悬浮在水中,则液面将如何变化?=>或甲 乙 丙 方法一 比较体积变化法解析:由甲图可知木盒、椭圆物漂浮时 F 浮=G 木+G 物ρ水ɡV 排= G 木+G 物V 排=(G 木+G 物)/ρ水ɡ ①由乙、丙图可知木盒漂浮,椭圆物漂浮或悬浮时 F 木浮=G 木 F 物浮=G 物 ρ水ɡV 木排= G 木 ρ水ɡV 物排= G 物V 木排= G 木/ρ水ɡ ② V 物排= G 物/ρ水ɡ所以 V 木排+ V 物排= G 木/ρ水ɡ+G 物/ρ水ɡ ③ 由①③可得V 排= V 木排+ V 物排所以液面不变方法二 变化前后总压力不变 投入前后容器底部所受压力均由液体水提供 解析: F 前=F 后ρ前S 器底=P 后S 器底ρ水ɡh 前S 器底=ρ水ɡh 后S 器底h 前=h 后 即液面不变。
比较法解答液面升降问题近年来,各类初中物理试题中常常出现关于浮在杯内液面上的冰块熔化后液面的升降问题,这类问题涉及的知识点较多,综合性较强,对于初中学生来说,确实是个难题。
在教学中,我尝试引导学生利用比较法解答这类问题,效果较好。
下面介绍利用比较法解答这类问题的思路与方法。
关于浮在杯内液面上的冰块熔化后液面的升降问题,一般有这样两类:一类是单纯的冰块浮在液面上,一类是冰块内包含有石子、软木等其它物质,分别讨论如下:一、关于纯冰块浮在杯内液面上,冰块熔化后液面的升降问题思路要判断冰块熔化后的液面升降情况,只要将冰块溶化成水的体积V冰V排加以比较即可:化水与冰溶化前排开的液体体积若V冰化水>V排,则杯内液面上升;若V冰化水=V排,则杯内液面不变;若V冰化水<V排,则杯内液面下降。
解答设杯内原来液体的密度为ρ液,根据漂浮条件,浮在液面上的冰块受到的浮力与它受到的重力相等,即F浮=G冰。
又据阿基米德原理F浮=ρ液gV 排∴ρ液gV排=G冰①冰全部溶化后,只是物态变了,其质量不变,则重力也不变。
G冰化水=ρ水gV冰化水=G冰②由①、②式得ρ水gV冰化水=ρ液gV排讨论:若ρ液<ρ水,则V冰化水<V排,液面下降;若ρ液=ρ水,则V冰化水=V排,液面不变;若ρ液>ρ水,则V冰化水>V排,液面上升。
二、关于冰块中含有其它实心物体,冰块溶化后杯内水面的升降问题思路与前述相同,要判断冰溶化后杯内水面的升降情况,只要将冰溶化成水的体积与冰内物体排开水的体积之和V排′与冰溶化前排开水的体积V排相比较即可。
解答设冰内所含其它实心物体的密度为ρ物,体积为V物;杯内原来液体的密度为ρ液。
冰溶化前:F浮=G冰+G物=ρ冰gV冰+ρ物gV物又 F浮=ρ水gV排冰溶化后:m冰化水=m冰讨论:若ρ物>ρ水,则该物体将沉于水底,它排开水的体积就等于它本身的体积,此时比较①、②两式得V排′<V排,故水面下降;若ρ物=ρ水,则该物体将悬浮于水中,它所排开水的体积亦等于其体积,此时比较①、③两式得V排′=V排,故水面不变;若ρ物<ρ水,且为非气体,则该物体将漂浮在水面上,由漂浮条件比较①、④两式得V排′=V排,故水面不变。
冰块熔化液面升降问题:1.纯冰在纯水中熔化;液面不变2.纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化;液面升高3.纯冰在密度比水小的液体中熔化;下降4.含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化;不变5.含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化;下降例1:有一块冰浮在容器的水面上,当冰块完全熔化后,水面高度将怎样变化?比较V排和V化的体积,V排大于V化液面下降,V排小于V化液面上升。
解:∵漂浮时F浮=G冰冰块熔化前排开水的体积:V排=F浮/ρ水g=G冰/ρ水g=m冰/ρ水冰块化成的水的体积为:V=m水/ρ水=m冰/ρ水∵冰化成水后质量不变m冰= m水所以液面高度不变推论:纯水水面上浮有纯冰.当冰熔化时液面将不变。
当冰熔化时,水对容器底的压强不变。
(看冰块熔化后有没有物体沉底,如果没有,则液体对容器底的压力F液、压强p液不变,反之则减小)例2:有一块冰漂浮在一杯浓盐水中(冰的密度是0.9×103千克/米3;浓盐水的密度是1.1×103千克/米3).如果冰块全部熔化后,则 ( ) A.液面不变 B.液面上升 C.液面下降 D.无法判断解析:冰块熔化前,在盐水中处于漂浮状态.则有F浮=G冰,即ρ盐g V排=m冰gV排=m冰/ρ盐 (1)冰块熔化后的体积V化= m水/ρ水(∵冰化成水后质量不变m冰= m水, m水/ρ水=m冰/ρ水) (2)∵ρ水<ρ盐比较(1) .(2)可知V化>V排,冰块在浓盐水中熔化后。
液面上升.例3:有一块冰漂浮在一杯酒精(或煤油等)中,当冰块完全熔化后,液面高度将怎样变化?冰块熔化前,在酒精中处于漂浮状态.则有F浮=G,即ρ酒g V排=m冰gV排=m冰/ρ酒 (1)冰块熔化后,排开液体的体积等于冰熔化成水的体积,即V’排=V水= m水/ρ水(∵冰化成水后质量不变m冰= m水, m水/ρ水=m冰/ρ水) (2)比较冰块熔化前与冰块熔化后排开液体的体积可得m冰= m水, ρ酒<ρ水。
液面升降问题的分析..各种情况都包含,配有详图2018年2月11日对于液体中的物体由于某种变化而引起的液面升降问题的形式出现,本文介绍一种简便快捷的判断方法——“状态法”.(一)、状态法:就是对液体变化前、后的物体所处的状态进行比较来判断液面的上升、下将、不变的方法.(二)、状态法迅速判断液面升降方法:①若变化前后液体中的物体都处于漂浮、悬浮状态,而无沉体出现,则液面不变;②若液体中的物体,在变化前无沉体,而变化后有沉体出现,则液面下降;③若液体中的物体,在变化前有沉体,而变化后无沉体出现,则液面升高;说明:变化前后液体中物体的总质量保持不变;容器中液体的密度不变.(三)、证明设液体中的物体的总重为G,变化前后在液体中所受的总浮力分别为F浮、F浮′.若变化前后均无沉体出现,由浮沉条件知①F浮′=F浮=G,ρ液gV排′=ρ液gV排,则V排′=V排,液面不变.②若变化前无沉体,变化后有沉体,由浮沉条件知F浮=G,F浮′<G,则F浮′<F浮,即V排′<V排,故液面下降.③若变化前有沉体,变化后无沉体,由浮沉条件知F浮<G,F浮′=G,则F浮′>F浮,即V排′>V排,故液面上升.一、液面升降的主要类型有:类型Ⅰ:纯冰浸于液体,熔化后判断液面升降①、纯冰在纯水中熔化;②、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化;③、纯冰在密度比水小的液体中熔化;类型Ⅱ:冰块中含有其它杂质,冰块熔化后判断水面升降。
①、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化;②、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化;③、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化;类型Ⅲ:冰块中含有一定质量的气体,冰块熔化后判断水面升降。
类型Ⅳ:容器中的固态物质投入水中后判断液面升降①、固态物质的密度小于水的密度②、固态物质的密度等于水的密度③、固态物质的密度大于水的密度二、解题关键:无论液面上升或者下降,关键在比较的问题是什么,确立好问题就知道如何下手。
完整版浮力液面升降问题的类型及解题技巧液面升降问题的分析冰浮于液面的问题是生活中的常见问题,在各类试卷中经常出现,但由于这类问题的现象不太明显,观察需要的时间较长,不为一般的学生所重视?即使一部分学生有意识地去进行观察,出会现因为问题类型比较多,而结论只有“升”和“降”两种,常常出现而把现象和条件的对应关系混淆的现象,导致认识的偏差。
为了更深刻地理解引起液面“升”、“降”的原因,准确把握条件和现象之间的关系。
可以将各类问题进行分类处理,从最基本的漂浮在液面上的冰熔化成水后液面的升降问题为基点,逐步展开思考形成系统的认识。
更重要的是可以通过这些问题的讨论和思考,把许多有关物体浮沉及液面变化问题连成一个整体。
一、液面升降的主要类型有:类型一:纯冰浸于液体,熔化后判断液面升降1、纯冰在纯水中熔化;2、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化;3、纯冰在密度比水小的液体中熔化;类型二:冰块中含有其它杂质,冰块熔化后判断水面升降。
1、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化;2、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化;3、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化;类型三:冰块中含有一定质量的气体,冰块熔化后判断水面升降。
类型四:容器中的固态物质投入水中后判断液面升降1、固态物质的密度小于水的密度2、固态物质的密度等于水的密度3、固态物质的密度大于水的密度二、解题关键:液面上升也好、下降也好,关键在于我们比较的问题是什么,确立好问题就知道如何下手。
实际上我们要比较的是冰熔化前(或物体投放前)在液体中排开液体的体积和冰熔化成水后的体积(或物体投放后液体体积)的大小关系:若前体积大于后体积,液面下降;若前体积等于后体积,液面不变;若前体积小于后体积,液面上升。
三、判断方法1、比较体积变化法:比较的是冰熔化前(或物体投放前)在液体中排开液体的体积和冰熔化成水后的体积(或物体投放后液体体积)的大小关系:若前体积大于后体积,液面下降;若前体积等于后体积,液面不变;若前体积小于后体积,液面上升。
阿基米德原理解析:浮力液面升降问题浮力液面升降问题涉及到物体浸入液体中时液面的变化。
根据阿基米德原理,物体浸入液体中受到的浮力大小等于物体排开的液体的重量。
当物体浸入液体中时,液面会升高,而当物体浮出液体时,液面会降低。
设物体的体积为V,液体的密度为ρ,液面升降的高度差为△h,液体上方的空气密度为ρ₀。
根据阿基米德原理,浮力F的大小为:
F = ρgV
其中,g为重力加速度。
当物体完全浸入液体中时,液体上方的液体和空气的体积总和为V + △hS,其中S为物体在液面上的横截面积。
根据液体的密度公式ρ = m/V,可得液体的质量为m = ρ(△hS)。
液体的质量等于物体的质量,即ρ₀V = ρ(△hS),进一步得到液面升降的高度差△h的表达式:
△h = (ρ₀/ρ)S
根据上述公式可以看出,液面升降的高度差△h与液体和物体的密度比(ρ₀/ρ)成正比,与物体在液面上的横截面积S成正比。
当液体的密度接近或等于物体的密度时,液面升降的高度差△h将较大。
而当液体的密度远小于物体的密度时,液面升降的高度差△h将较小。
需要注意的是,上述的分析基于一些假设,如忽略了液体的
表面张力、物体形状的影响等。
实际情况中,这些因素可能会对液面升降的高度差产生一定的影响。
因此,在具体问题中还需综合考虑这些因素来进行更准确的分析和计算。
液面升降问题的分析冰浮于液面的问题是生活中的常见问题,在各类试卷中经常出现,但由于这类问题的现象不太明显,观察需要的时间较长,不为一般的学生所重视.即使一部分学生有意识地去进行观察,出会现因为问题类型比较多,而结论只有“升”和“降”两种,常常出现而把现象和条件的对应关系混淆的现象,导致认识的偏差。
为了更深刻地理解引起液面“升”、“降”的原因,准确把握条件和现象之间的关系。
可以将各类问题进行分类处理,从最基本的漂浮在液面上的冰熔化成水后液面的升降问题为基点,逐步展开思考形成系统的认识。
更重要的是可以通过这些问题的讨论和思考,把许多有关物体浮沉及液面变化问题连成一个整体。
一、液面升降的主要类型有:类型一:纯冰浸于液体,熔化后判断液面升降1、纯冰在纯水中熔化;2、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化;3、纯冰在密度比水小的液体中熔化;类型二:冰块中含有其它杂质,冰块熔化后判断水面升降。
1、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化;2、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化;3、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化;类型三:冰块中含有一定质量的气体,冰块熔化后判断水面升降。
类型四:容器中的固态物质投入水中后判断液面升降1、固态物质的密度小于水的密度2、固态物质的密度等于水的密度3、固态物质的密度大于水的密度二、解题关键:液面上升也好、下降也好,关键在于我们比较的问题是什么,确立好问题就知道如何下手。
实际上我们要比较的是冰熔化前(或物体投放前)在液体中排开液体的体积和冰熔化成水后的体积(或物体投放后液体体积)的大小关系:若前体积大于后体积,液面下降;若前体积等于后体积,液面不变;若前体积小于后体积,液面上升。
三、判断方法1、比较体积变化法:比较的是冰熔化前(或物体投放前)在液体中排开液体的体积和冰熔化成水后的体积(或物体投放后液体体积)的大小关系:若前体积大于后体积,液面下降;若前体积等于后体积,液面不变;若前体积小于后体积,液面上升。
冰水混合液面升降问题对于冰水混合液面升降问题,无论是“升”还是“降”,关键在于确定是由什么因素引起液面高度的变化.究其原因,液面的“升”“降”取决于冰化成水后这部分水的体积 V 化水与冰漂浮时所排开的水的体积V 排的大小.这样我们就将此类问题转化为比较V 排与V 水的大小关系,若V 排>V 化水,则液面下降若V 排=V 化水,则液面不变若V 排<V 化水,则液面上升例1 一冰块漂浮在水面上,当冰完全熔化后,容器中的水面将如何变化?方法一:(1)冰漂浮在水面上,F 浮= G 冰G m F V g g ρρρ===冰冰浮排水水水(2)当冰化成水后,质量不变,所以,m 水= m 冰m m V ρρ==水冰化水水水(3)冰排开水的体积等于冰化成水的体积∴液面高度不变方法二:冰熔化前,冰受到的浮力等于冰受到的重力, 冰熔化后,得到的水受到的浮力等于水受到的重力, 而水受到的重力和冰的重力是完全相同的。
也就是说熔化前后浮力相等,而容器中液体就是水,密度未变, 那么V 排必然不变,进而容器中液面高度也不发生改变方法三:固体化原则将冰熔化成的水视为一块固体。
冰熔化前漂浮,熔化后悬浮。
所以,冰熔化前后所受浮力相等,都等于冰的重力。
所以冰熔化前后排开水的体积相等,水面保持不变。
例2:当冰放入盐水中时,冰熔化后,液面如何变化?方法一:冰漂浮在盐水中,F 浮 = GG m V g ρρ==冰冰排盐水盐水m m V ρρ==水冰化水水水∵ ρ水< ρ盐水,∴V 排<V 化水冰排开盐水的体积小于冰化成水的体积∴液面上升方法二:熔化前,冰受到的浮力等于冰的重力,熔化后,得到的水受到的浮力等于冰熔化成水的重力,熔化前后浮力相等,而熔化后,盐水的密度减小(冰熔化得到的水加入到了原有的盐水中,使盐水密度变小),根据 ,则V 排必然变大,则液面必然上升。
方法三:固体化原则冰熔化前后都漂浮,所以,冰熔化前后所受浮力相等,都等于冰的重力。
学习好资料欢迎下载液面升降问题的分析各种情况都包含,配有详图2018年2月11日对于液体中的物体由于某种变化而引起的液面升降问题的形式出现,本文介绍一种简便快捷的判断方法——“状态法”.(一)、状态法:就是对液体变化前、后的物体所处的状态进行比较来判断液面的上升、下将、不变的方法.(二)、状态法迅速判断液面升降方法:①若变化前后液体中的物体都处于漂浮、悬浮状态,而无沉体出现,则液面不变;②若液体中的物体,在变化前无沉体,而变化后有沉体出现,则液面下降;③若液体中的物体,在变化前有沉体,而变化后无沉体出现,则液面升高;说明:变化前后液体中物体的总质量保持不变;容器中液体的密度不变.(三)、证明设液体中的物体的总重为G,变化前后在液体中所受的总浮力分别为F浮、F浮′.若变化前后均无沉体出现,由浮沉条件知①F浮′=F浮=G,ρ液gV排′=ρ液gV排,则V排′=V排,液面不变.②若变化前无沉体,变化后有沉体,由浮沉条件知F浮=G,F浮′<G,则F浮′<F浮,即V排′<V排,故液面下降.③若变化前有沉体,变化后无沉体,由浮沉条件知F浮<G,F浮′=G,则F浮′>F浮,即V排′>V排,故液面上升.一、液面升降的主要类型有:类型Ⅰ:纯冰浸于液体,熔化后判断液面升降①、纯冰在纯水中熔化;②、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化;③、纯冰在密度比水小的液体中熔化;类型Ⅱ:冰块中含有其它杂质,冰块熔化后判断水面升降。
①、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化;②、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化;③、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化;类型Ⅲ:冰块中含有一定质量的气体,冰块熔化后判断水面升降。
类型Ⅳ:容器中的固态物质投入水中后判断液面升降①、固态物质的密度小于水的密度②、固态物质的密度等于水的密度③、固态物质的密度大于水的密度二、解题关键:无论液面上升或者下降,关键在比较的问题是什么,确立好问题就知道如何下手。
比较法解答液面升降问题
近年来,各类初中物理试题中常常出现关于浮在杯内液面上的冰块熔化后液面的升降问题,这类问题涉及的知识点较多,综合性较强,对于初中学生来说,确实是个难题。
在教学中,我尝试引导学生利用比较法解答这类问题,效果较好。
下面介绍利用比较法解答这类问题的思路与方法。
关于浮在杯内液面上的冰块熔化后液面的升降问题,一般有这样两类:一类是单纯的冰块浮在液面上,一类是冰块内包含有石子、软木等其它物质,分别讨论如下:
一、关于纯冰块浮在杯内液面上,冰块熔化后液面的升降问题
思路要判断冰块熔化后的液面升降情况,只要将冰块溶化成水的体积V冰
V排加以比较即可:
化水与冰溶化前排开的液体体积
若V冰化水>V排,则杯内液面上升;
若V冰化水=V排,则杯内液面不变;
若V冰化水<V排,则杯内液面下降。
解答设杯内原来液体的密度为ρ液,根据漂浮条件,浮在液面上的冰块受到的浮力与它受到的重力相等,即F浮=G冰。
又据阿基米德原理F浮=ρ液gV 排
∴ρ液gV排=G冰①
冰全部溶化后,只是物态变了,其质量不变,则重力也不变。
G冰化水=ρ水gV冰化水=G冰②
由①、②式得ρ水gV冰化水=ρ液gV排
讨论:
若ρ液<ρ水,则V冰化水<V排,液面下降;
若ρ液=ρ水,则V冰化水=V排,液面不变;
若ρ液>ρ水,则V冰化水>V排,液面上升。
二、关于冰块中含有其它实心物体,冰块溶化后杯内水面的升降问题
思路与前述相同,要判断冰溶化后杯内水面的升降情况,只要将冰溶化成水的体积与冰内物体排开水的体积之和V排′与冰溶化前排开水的体积V排相比较即可。
解答设冰内所含其它实心物体的密度为ρ物,体积为V物;杯内原来液体的密度为ρ液。
冰溶化前:F浮=G冰+G物=ρ冰gV冰+ρ物gV物
又 F浮=ρ水gV排
冰溶化后:m冰化水=m冰
讨论:
若ρ物>ρ水,则该物体将沉于水底,它排开水的体积就等于它本身的体积,此时
比较①、②两式得V排′<V排,故水面下降;
若ρ物=ρ水,则该物体将悬浮于水中,它所排开水的体积亦等于其体积,此时
比较①、③两式得V排′=V排,故水面不变;
若ρ物<ρ水,且为非气体,则该物体将漂浮在水面上,由漂浮条件
比较①、④两式得V排′=V排,故水面不变。
因各类考题中有关浮冰溶化后,杯内液面的升降问题多以填空、选择题型出现,故在理解上述解题思路与解答过程的基础上,可根据上述讨论结果直接判断,即对于浮在杯内液面上的纯冰,将杯中原液体的密度与水的密度相比较,若ρ液<ρ水,则液面下降;若ρ液=ρ水,则液面不变;若ρ
液>ρ水,则液面上升。
对于浮在杯内水面上且包含其它实心物体的冰块,
将冰块中包含物的密度与水的密度相比较,若ρ物≤ρ水,则水面不变;若ρ物>ρ水,则水面下降。