液面升降問題

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

  分析液面升降的主要類型有:

  1、純冰在純水中熔化;

  2、純冰在鹽水(或其它密度比水大的液體)中熔化;

  3、純冰在密度比水小的液體中熔化;

  4、含有木塊(或其它密度比水小的固體)的冰塊在純水中熔化;

  5、含有石塊(或其它密度比水大的固體)的冰塊在純水中熔化;

  6、含有煤油(或其它密度比水小的液體)的冰塊在純水中熔化;

  7、一塊冰漂浮在容器的水面上,冰塊中含有一定質(zhì)量的氣體(空氣、氫氣、二氧化碳),當(dāng)冰完全熔化后,容器中的水面如何變化?

  例1:有一塊冰浮在容器的水面上,當(dāng)冰塊完全熔化后,水面高度將怎樣變化?

  解:冰塊熔化前排開水的體積(即圖中斜線部分)為:

  V排=F浮/ρ水g=G冰/ρ水g=m冰/ρ水(∵漂浮時F。紾冰)

  冰塊化成的水的體積為:

  V=m水/ρ水=m冰/ρ水(∵冰化成水后質(zhì)量不變m冰= m水)

  所以液面高度不變

  推論:純水水面上浮有純冰.當(dāng)冰熔化時液面將不變。當(dāng)冰熔化時,水對容器底的壓強不變。

  例2:若一冰塊在水中,冰塊與容器底部相接觸并相互間有壓力,則當(dāng)冰塊完全熔化后,容器內(nèi)的水面將怎樣變化?

  解析:冰塊沒有漂浮在水面上,冰塊所受浮力小于冰塊所受重力,所以熔化前F。糋冰 , 而F浮=G排ρ水g V排,   即ρ水g V排<G冰,故得V排<G冰/(ρ水g)

  熔化為水的體積  V水=m水/ρ水= m冰/ρ水= G冰/(ρ水g)

  所以V排<V水,即熔化后水面要上升。

  例3:有一塊冰漂浮在一杯濃鹽水中(冰的密度是0.9×103千克/米3;濃鹽水的密度是1.1×103千克/米3).如果冰塊全部熔化后,則    (     )

  A.液面不變    B.液面上升  C.液面下降    D.無法判斷

  解析:冰塊熔化前,在鹽水中處于漂浮狀態(tài).則有F浮=G,即

  ρ鹽g V排=m冰g

  V排=m冰/ρ鹽........(1)

  冰塊熔化后,排開液體的體積等于冰熔化成水的體積,即

  V’排=V水= m水/ρ水(∵冰化成水后質(zhì)量不變m冰= m水, m水/ρ水=m冰/ρ水)……..(2)

  比較冰塊熔化前與冰塊熔化后排開液體的體積可得

  m冰= m水, ρ水<ρ鹽 。 比較(1) .(2)可知V’排>V排,冰塊在濃鹽水中熔化后。液面上升.

  例4:有一塊冰漂浮在一杯酒精(或煤油等)中,當(dāng)冰塊完全熔化后,液面高度將怎樣變化?

  冰塊熔化前,在酒精中處于漂浮狀態(tài).則有F浮=G,即

  ρ酒g V排=m冰g

  V排=m冰/ρ酒........(1)

  冰塊熔化后,排開液體的體積等于冰熔化成水的體積,即

  V’排=V水= m水/ρ水(∵冰化成水后質(zhì)量不變m冰= m水, m水/ρ水=m冰/ρ水)……..(2)

  比較冰塊熔化前與冰塊熔化后排開液體的體積可得

  m冰= m水, ρ酒<ρ水 。 比較(1) .(2)可知V’排<V排,冰塊在酒精中熔化后。液面下降.

  推論:

  例5: 在盛水的燒杯中漂浮著一塊冰,冰中夾著一小木塊,當(dāng)冰完全熔化為水時,水面將如何變化?

  冰塊漂浮時:F浮=G冰+G木

  ρ水gV排= G冰+G木,

  V排= (m冰+m木)/ ρ水=m冰/ρ水+m木/ρ水

  當(dāng)冰塊化成水時:m冰= m水, m水/ρ水=m冰/ρ水

  V排= m水/ρ水+ m木/ρ水……..(1)

  又因為木塊仍漂浮,F(xiàn)木浮= G木

  ρ水gV木排= m木g

  V木排=m木/ρ水

  V’排=V水+ V木排= m水/ρ水+ m木/ρ水……..(2)

  由(1) .(2)得:V排= V’排  故當(dāng)冰完全熔化成水時,水面不變。

  推論:當(dāng)冰塊中含有密度比水小的固體(如小蠟塊)或?qū)⒚芏缺人〉墓腆w放在冰塊上浮于容器內(nèi)水面上,則冰熔化后,仿照上述方法推算可知,水面將保持不變。

  例6:有一塊冰中含有小石塊,浮在容器的水面上,當(dāng)冰塊完全熔化后,水面高度怎樣變化?

  解:冰塊熔化前排開水的體積為:

  V排=F浮/ρ水g=G總/ρ水g=(G冰+G石)/ρ水g=(m冰+m水)/ρ水      ①

  熔化后的體積為冰化成的水的體積加上沉在容器底的石塊的體積,即:

  V=V水+V石=m水/ρ水+m石/ρ石=m冰/ρ水+m石/ρ石                     ②

  比較①②式,∵ρ石>ρ水,∴V<V排

  所以液面下降。

  推論:當(dāng)冰塊中含有密度比水大的物體(如小鐵塊、鹽水等)或?qū)⒚芏缺人蟮奈矬w放在冰塊上浮于容器內(nèi)水面上,則冰熔化后,物體沉入水底,水面將下降。

  例7:有一塊冰中含有液態(tài)的煤油,浮在容器內(nèi)的水面上,當(dāng)冰塊完全熔化后,液面高度將怎樣變化?

  冰塊熔化前排開水的體積為:

  V排=F浮/ρ水g=G總/ρ水g=(G冰+G油)/ρ水g=(m冰+m油)/ρ水      ①

  熔化后的體積為冰化成的水的體積加上煤油的體積,即:

  V=V水+V油=m水/ρ水+m油/ρ油=m冰/ρ水+m油/ρ油                 ②

  比較①②式,∵ρ油<ρ水,∴V>V排

  所以液面上升。

  例8:一塊冰漂浮在容器的水面上,冰塊中含有一定質(zhì)量的氣體(空氣、氫氣、二氧化碳),當(dāng)冰完全熔化后,容器中的水面如何變化?

  冰塊熔化前排開水的體積為:

  V排=F浮/ρ水g=G總/ρ水g=(G冰+G氣體)/ρ水g=(m冰+m氣體)/ρ水      ①

  熔化后的體積為冰化成的水的體積等于冰排開水的體積,但氣體揮發(fā),總體積減少,V排′<V排,所以液面下降。

  變化:若漂浮在水面上的冰塊中有一氣泡,當(dāng)冰塊融化后水面將怎么變化?冰塊里的氣泡的質(zhì)量可以忽略不計,冰熔化后水面保持不變.

  例9 :盆內(nèi)水面上有一塑料碗,碗內(nèi)有木塊,若將木塊投入水中,盆內(nèi)水面將              (填“上升”、“下降”或“保持不變”)。

  解析:投入前,碗與木塊漂浮在水面上,所以F。紾碗+G木

  據(jù)阿基米德原理,得F浮=G排=ρ水gV排

  所以ρ水gV排=G碗+G球,故得

  V排=G碗/ρ水g+G木/ρ水g   ⑴

  木塊投入水中后,盆漂浮在水面上,分析得V盆排=G盆/ρ水g

  木塊漂浮在水面上,則V木排=G木/ρ水g

  因此,后來碗與木塊排開水的總體積

  V總排=V盆排+V木排=G盆/ρ水g +G木/ρ水g   ⑵

  由⑴⑵得V總排=V排,所以液面保持不變。

  例10:盆內(nèi)水面上有一塑料碗,碗內(nèi)是實心鐵塊,將鐵塊投入水中,盆內(nèi)水面將(填“上升”、“下降”或“保持不變”)。              。

  解析:投入前,碗與鐵塊漂浮在水面上,與上題分析相同,得

  V排=G碗/ρ水g+G鐵/ρ水g   ⑴

  鐵塊投入水中后,盆仍漂浮在水面上V盆排=G盆/ρ水g

  而鐵塊沉入水中, V鐵排=V鐵=G鐵/ρ球g

  因此后來碗與鐵塊排開水的總體積

  V總排=V盆排+V鐵排=G盆/ρ水g +G鐵/ρ鐵g   ⑵

  因為ρ鐵>ρ水,所以V總排<V排,液面下降。


本文來自:逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/283385.html

相關(guān)閱讀:高中物理實驗誤差和有效數(shù)字問題學(xué)習(xí)和例解分析