初中物理液面升降問題處理技巧

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  浮力這部分內(nèi)容是初中物理中比較難的一部分,特別是一些特殊題型解法讓學(xué)生感覺很頭疼。對于這類題型,需要認(rèn)真的總結(jié)歸納,弄清楚題目所涉及的知識之間的相互關(guān)聯(lián),掌握分析該類題型的方法和技巧,再輔之以相當(dāng)數(shù)量的練習(xí),這樣才能達(dá)到牢固掌握和舉一反三的目的。下面就浮力中的液面升降問題的處理方法,簡單闡述一下。

  液面升降的主要類型有:

  1、冰在水中熔化;

  2、冰在鹽水(或其他密度比水大的液體)中熔化;

  3、含有木塊(或其他密度比水小的固體)的冰在水中熔化;

  4、含有石塊(或其他密度比水大的固體)的冰在水中熔化;

  5、含有煤油(或其他密度比水小的液體)的冰在水中熔化。

  以上類型,一般的問題都是判斷冰完全熔化后,容器中液面的高度變化情況。

  對于類型1,漂浮在水中的冰塊完全熔化后,水面高度如何變化的問題,介紹一下常規(guī)方法。

  如圖,漂浮在水面上的冰塊對應(yīng)的V排為圖中紅色斜線部分體積。首先要明確的是,如果冰熔化都得到水的體積V水=V排,則容器中液面高度不變,若V水>V排,則液面高度上升,若V水<</SPAN>V排,則液面高度降低。因此,此題關(guān)鍵是判斷V水與V排的關(guān)系。V水是冰熔化后得到水的體積,而冰熔化過程中質(zhì)量不變,根據(jù)這個特點(diǎn),冰熔化后得到水的重力等于冰的重力,即 ;而V排是與冰的浮力直接相關(guān)的,由于冰漂浮在水中,所以浮力等于冰的重力,即 ,綜合兩個方程,得到 ,則V水=V排,從而得到容器中液面高度不變。

  用類似的方法,可以分析別的類型。例如類型3,包含有木塊的冰漂浮在水中,當(dāng)冰完全熔化之后,木塊漂浮,判斷容器中液面高度的變化,如圖:

  如果我們用V排來表示冰和木塊整體漂浮是對應(yīng)的排開水的體積,用V水表示冰完全熔化后得到水的體積,用V木排表示冰熔化后木塊漂浮時木塊排開液體的體積,那么,液面高度的變化需要判斷的是V排與V水+V木排的大小關(guān)系,若兩者相等,液面高低不變,若前者大于后者,則液面降低,反之,液面升高,判斷方法依然是利用浮力和重力的關(guān)系,推導(dǎo)公式就可以得到。但是我們會發(fā)現(xiàn),使用這種常規(guī)方法往往需要經(jīng)過復(fù)雜的同時推演,特別是對于后面的一個類型,處理起來非常麻煩。下面介紹一個比較簡單的方法。

  通過前面的分析,我們不難發(fā)現(xiàn),容器中液面高度的變化,直接跟V排有關(guān),而V排直接與浮力有關(guān),因此我們可以從浮力的變化入手,來考慮這個問題。

  首先,我們可以認(rèn)為,冰熔化成水之后,這部分水依然是漂。ɑ驊腋。┰谌萜髦性械乃械模敲此艿降母×(yīng)該等于自身重力,那也就是等于冰的重力。那么我們來看類型1,冰熔化前,冰受到的浮力等于冰的重力,冰熔化后,得到的水受到的浮力等于水的重力,也就是熔化前后浮力相等,而容器中液體就是水,密度未變,那么V排必然不變,進(jìn)而容器中液面高度也不發(fā)生改變。也就是說,從這個角度分析,我們只需要判斷熔化前后V排的變化就能直接得到液面的變化情況了,從而大大簡化了分析過程。

  利用同樣的思路,來分析其他類型。

  類型2:漂浮在鹽水中的冰,熔化后液面高度如何改變?

  分析過程: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溶化成水的重力,熔化前后浮力相等,而熔化后,鹽水的密度減。ū刍玫降乃尤氲搅嗽械柠}水中,使鹽水密度變。,根據(jù) ,則V排必然變大,則液面必然上升。

  類型3:含有木塊的冰漂浮在水中,冰完全熔化后,木塊依然漂浮,液面如何變化?

  分析過程:熔化前,浮力等于冰和木塊的重力,熔化后,浮力分兩部分考慮。第一部分是熔化得到的水所受的浮力,這部分的浮力等于原來冰的重力,另一部分是木塊受到的浮力,由于漂浮,還是等于木塊重力,因此,熔化后總的浮力依然等于冰和木塊的重力。熔化前后浮力不變,容器中液體密度未變,則V排不變,液面高度不變。

  類型4:含有石塊的冰漂浮在水面上,冰完全熔化后,石塊沉底,液面高度如何變化?

  分析過程:熔化前浮力等于冰的重力加上石塊重力。熔化后,得到的水所受重力依然等于原來冰的重力,石塊沉底,受到的浮力小于石塊重力,因此,熔化后的浮力小于熔化前的浮力,液體密度未變,則與熔化前相比,V排顯然變小,則液面降低。

  類型5:含有煤油的冰漂浮在水面上,冰完全熔化后,液面高度如何變化?

  分析過程:熔化前,浮力等于冰的重力加上煤油的重力。熔化后,得到的水受到的浮力依然等于原來冰的重力,煤油會漂浮在水面上,所受浮力等于煤油重力,因此熔化后總的浮力等于熔化前的浮力。比較熔化前后容器中的液體,熔化前只有水,熔化后既有水,也有煤油,相當(dāng)于水和煤油的混合液,而混合也的密度小于水的密度,也就是說,熔化后,液體密度降低,根據(jù) ,熔化前后浮力相等,而熔化后液體密度減小,則V排變大,因此液面上升。

  通過上面的分析,我們可以看到,從V排的角度去分析液面升降問題,可以避免繁瑣的公式推演,但對于學(xué)生思維上的要求更高一些,需要綜合考慮熔化前后受到浮力的特點(diǎn)以及液體密度的變化。


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