浮在水面上的蠟燭燃燒過(guò)程浮沉分析

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


  如圖所示,一只未點(diǎn)燃的蠟燭的下端插入一根小鐵釘,使蠟燭能直立漂浮在水面上,露出長(zhǎng)度為L(zhǎng),當(dāng)把蠟燭水面以上部分截掉后剩余部分( 。

  A.還會(huì)重新露出水面        B.不會(huì)重新露出水面

  C.以上兩種可能都有        D.無(wú)法判斷是否會(huì)重新露出水面

  答案:A 。誤解C

  誤解分析:能夠考慮到截掉后剩下部分的密度會(huì)變大,但是錯(cuò)誤的認(rèn)為“水面以上的部分”截掉,理解為任意截掉一部分,導(dǎo)致錯(cuò)選。

  正解思路:判斷浮沉的方法是,假如物體浸沒(méi),分析物體受到的浮力和重力的關(guān)系。本題中,蠟燭漂浮的狀態(tài)是已知的,切掉上面的部分后,剩下的部分的放在水中的浮沉是未知的,根據(jù)第一次漂浮時(shí)的浮力和重力的關(guān)系,判斷剩下部分浮力和重力的關(guān)系。

  解答:由于蠟塊處于漂浮狀態(tài),此時(shí)的浮力等于總重力,F(xiàn)浮=G總。將蠟燭的重力分成三部分:鐵釘重G鐵、水面以下的蠟燭重G臘下、水面以上的蠟燭重G臘上,所以F浮=G鐵+ G臘下+ G臘上

  設(shè)浸入水中的體積為V1,則蠟燭漂浮時(shí),F(xiàn)浮1=ρ水gV1=G鐵+ G臘下+ G臘上

  若切掉上面一塊,剩下蠟燭的重力G= G鐵+G臘下,把剩下的放到水中,假設(shè)剩下的蠟燭完全浸沒(méi),則浮力F浮2=ρ水gV1= F1>G鐵+ G臘下物體將上浮,所以物體不會(huì)被浸沒(méi),將有一部分露出水面.

  即假設(shè)切掉上面部分后,剩下的浸沒(méi)在水中受到的浮力和第一次一樣,但是切掉后重力變小,浮力大于重力所以會(huì)上浮,還會(huì)露出水面。

  【變題】

  人們有時(shí)將點(diǎn)燃的蠟燭放在水中,來(lái)營(yíng)造一種所需要的氛圍:蠟燭底部粘一小鐵塊的目的是使蠟燭能直立在水中,其示意圖如圖所示。請(qǐng)分析說(shuō)明蠟燭在燃燒過(guò)程中,蠟燭的上端與水面的距離如何變化?

  分析:從題中分析,“蠟燭的上端與水面的距離如何變化”意味蠟燭燃燒過(guò)程中一直漂浮,這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程,要分析出蠟燭前一刻的露出水面高度h露與后一刻露出水面的高度h露后的大小關(guān)系。

  解答:蠟燭燃燒過(guò)程重力等于浮力。蠟燭燃燒過(guò)程重力逐漸減小,浮力也逐漸減;

  重力減小量(燒掉的部分重力)等于浮力減小量(露出部分排開水的重力),

  即ρ蠟燭Sh燒g=ρ水Sh浮出g;

  因?yàn)棣严灎T<ρ水,所以h燒>h浮出,

  h露后=h露-h(huán)燒+h浮出<h露,所以蠟燭上端與水面的距離逐漸變小

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