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关于冰熔化后液面升降问题的拓展性思考.doc.doc

关于冰熔化后液面升降问题的拓展性思考.doc

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2017-11-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《关于冰熔化后液面升降问题的拓展性思考.docdoc》,可适用于综合领域

关于冰熔化后液面升降问题的拓展性思考doc液面升降问题的分析河北省香河县第十二中学王春民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=G浮冰ρɡV=G水排冰冰化后冰的重力与水的重力没有变化即G=G由可得冰水ρɡV=G水排水ρɡV=ρɡV所以V=V即排水水排水水液面不变。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=F前后ρS=PS前器底后器底ρɡhS=ρɡhS水前器底水后器底h=h即液面不变。前后二、固体类从漂浮状态取下后投入水中例如下图: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=GG浮木物ρɡV=GG水排木物V=(GG)ρɡ排木物水由乙、丙图可知木盒漂浮椭圆物漂浮或悬浮时F=GF=G木浮木物浮物ρɡV=GρɡV=G水木排木水物排物V=GρɡV=Gρɡ所以木排木水物排物水VV=GρɡGρɡ木排物排木水物水由可得V=VV所以液面不变排木排物排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=F前后ρS=PS前器底后器底ρɡhS=ρɡhS水前器底水后器底h=h即液面不变。前后若上题椭圆物从木盒中取出投入水中椭圆物沉在如何变化,如图丁丁方法一比较体积变化法解析:开始状态和投入后木盒漂浮结论同上椭圆物沉底时依受力分析可知FF=G浮支持物ρɡV=GF水物排物支持V=(GF)ρɡ物排物支持水由可知V=(GG)ρɡVV=Gρɡ(GF)排木物水木排物排木水物支持ρɡ水所以液面下降。方法二变化前后总压力不变解析:投入前容器底部压力由水提供投入后容器底部压力由水和椭圆物共同提供。F=F前后ρS=PSF前器底后器底物ρɡhS=ρɡhSF水前器底水后器底物ρɡhSρɡhS水前器底水后器底hh液面下降前后结:投入后若漂浮或悬浮时液面不变投入后沉底时液面下降。分析液面升降的主要类型有:、纯冰在纯水中熔化、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化、纯冰在密度比水小的液体中熔化、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化、一块冰漂浮在容器的水面上冰块中含有一定质量的气体(空气、氢气、二氧化碳)当冰完全熔化后容器中的水面如何变化,例: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,解:冰块熔化前排开水的体积(即图中斜线部分)为:V排,F浮ρ水g,G冰ρ水g,m冰ρ水(漂浮时F浮,G冰)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。例:若一冰块在水中冰块与容器底部相接触并相互间有压力则当冰块完全熔化后容器内的水面将怎样变化,解析:冰块没有漂浮在水面上冰块所受浮力小于冰块所受重力所以熔化前F浮,G冰而F浮=G排ρ水gV排即ρ水gV排,G冰故得V排,G冰(ρ水g)熔化为水的体积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:有一块冰漂浮在一杯浓盐水中(冰的密度是(×千克,米浓盐水的密度是(×千克,米)(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即ρ盐gV排=m冰gV排=m冰ρ盐()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)„„()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水<ρ盐。比较()()可知V’排>V排冰块在浓盐水中熔化后。液面上升(例: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gV排=m冰gV排=m冰ρ酒()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)„„()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。比较()()可知V’排<V排冰块在酒精中熔化后。液面下降(推论:例:在盛水的烧杯中漂浮着一块冰冰中夹着一小木块当冰完全熔化为水时水面将如何变化,冰块漂浮时: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水当冰块化成水时:m冰=m水m水ρ水,m冰ρ水V排=m水ρ水m木ρ水„„()又因为木块仍漂浮F木浮=G木ρ水gV木排=m木gV木排=m木ρ水V’排=V水V木排=m水ρ水m木ρ水„„()由()()得:V排=V’排故当冰完全熔化成水时水面不变。推论:当冰块中含有密度比水小的固体(如小蜡块)或将密度比水小的固体放在冰块上浮于容器内水面上则冰熔化后仿照上述方法推算可知水面将保持不变。例:有一块冰中含有小石块浮在容器的水面上当冰块完全熔化后水面高度怎样变化,解:冰块熔化前排开水的体积为:V排,F浮ρ水g,G总ρ水g,(G冰G石)ρ水g,(m冰m水)ρ水熔化后的体积为冰化成的水的体积加上沉在容器底的石块的体积即:V,V水V石,m水ρ水m石ρ石,m冰ρ水m石ρ石比较式ρ石>ρ水V<V排所以液面下降。推论:当冰块中含有密度比水大的物体(如小铁块、盐水等)或将密度比水大的物体放在冰块上浮于容器内水面上则冰熔化后物体沉入水底水面将下降。例:有一块冰中含有液态的煤油浮在容器内的水面上当冰块完全熔化后液面高度将怎样变化,冰块熔化前排开水的体积为:V排,F浮ρ水g,G总ρ水g,(G冰G油)ρ水g,(m冰m油)ρ水熔化后的体积为冰化成的水的体积加上煤油的体积即:V,V水V油,m水ρ水m油ρ油,m冰ρ水m油ρ油比较式ρ油<ρ水V>V排所以液面上升。例:一块冰漂浮在容器的水面上冰块中含有一定质量的气体(空气、氢气、二氧化碳)当冰完全熔化后容器中的水面如何变化,冰块熔化前排开水的体积为:V排,F浮ρ水g,G总ρ水g,(G冰G气体)ρ水g,(m冰m气体)ρ水熔化后的体积为冰化成的水的体积等于冰排开水的体积但气体挥发总体积减少,排′,,排所以液面下降。变化:若漂浮在水面上的冰块中有一气泡当冰块融化后水面将怎么变化,冰块里的气泡的质量可以忽略不计冰熔化后水面保持不变例:盆内水面上有一塑料碗碗内有木块若将木块投入水中盆内水面将(填“上升”、“下降”或“保持不变”)。解析:投入前碗与木块漂浮在水面上所以F浮,G碗G木据阿基米德原理得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gG木,ρ水g木块投入水中后盆漂浮在水面上分析得V盆排,G盆,ρ水g木块漂浮在水面上则V木排,G木,ρ水g因此后来碗与木块排开水的总体积V总排,V盆排V木排,G盆,ρ水gG木,ρ水g由得V总排,V排所以液面保持不变。例:盆内水面上有一塑料碗碗内是实心铁块将铁块投入水中盆内水面将(填“上升”、“下降”或“保持不变”)。。解析:投入前碗与铁块漂浮在水面上与上题分析相同得V排,G碗,ρ水gG铁,ρ水g铁块投入水中后盆仍漂浮在水面上V盆排,G盆,ρ水g而铁块沉入水中V铁排,V铁,G铁,ρ球g因此后来碗与铁块排开水的总体积V总排,V盆排V铁排,G盆,ρ水gG铁,ρ铁g因为ρ铁,ρ水所以V总排,V排液面下降。

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