愛華網(wǎng)???? 每當初春河開化時，我們都會發(fā)現(xiàn)河面上漂浮著很多冰排，那么當這些冰排融化后，河面將如何變化呢？我們可以把漂浮在河面上的冰排看作是漂浮在量杯中的冰塊，計算冰塊融化后量杯內(nèi)液面示數(shù)的變化，并對冰中混有石子、汽泡、油滴、蠟塊這四種情況加以討論。 例：純冰漂在水面的情形 水槽中裝有體積為V的水，水面上漂浮著重為G的一塊冰。求冰融化后，液面示數(shù)將如何變化？ 分析：設(shè)冰塊的重力為G，其質(zhì)量為m，所受浮力為，排開水的體積為，冰塊的體積為，冰塊未融化時液面以下的體積為，冰塊融化成水的體積為，冰塊融化后液面以下的體積為，水的密度為，冰的密度為。 在冰塊未融化之前，由于冰塊是漂浮在水面上的，故 也就是說，漂浮在水面上的冰排開水的體積恰好等于冰化成水的體積，所以冰融化后液面保持不變。從這道題可以看出當純冰漂浮在水面時冰融化后液面不變化。但是漂浮的冰的內(nèi)部混有其他物質(zhì)時，液面將如何變化呢？下面我們對以下幾種情況對該題進行討論。 變試1： 冰中混有石子的情形 量杯中裝有體積為V的水，水面上漂浮著重為G的一混有小石子的冰塊，小石子的重力為。求冰融化后，液面示數(shù)將如何變化？ 分析：設(shè)冰塊的總重力為G，其質(zhì)量為m，純冰部分重力為，所受浮力為，排開水的體積為，冰塊的體積為，冰塊未融化時液面以下的體積為，冰塊融化成水的體積為，冰塊融化后液面以下的體積為，水的密度為，冰的密度為，小石子的質(zhì)量為，小石子的體積為，密度為。 在冰塊未融化之前，由于冰塊是漂浮在水面上的，故
也就是說,當冰塊中含有石塊時,冰塊融化后液面下降。 當然，這道題除了計算以外，還有一種簡便的解法。石塊單獨放入水中是要沉入水底的，但由于外面包裹了冰塊而漂浮在水面上。我們可以看做是石塊借助冰增加了自身的體積，從而增大了浮力使自身漂浮在水面上。當冰融化后這種憑借消失，浮力變小，石塊下沉，排開水的體積變小，故液面下降。 變試2： 冰中混有汽泡的情形 量杯中裝有體積為V的水，水面上漂浮著重為G的一混有汽泡的冰塊，汽泡的重力為。求冰融化后，液面示數(shù)將如何變化？ 分析：設(shè)冰塊的總重力為G，其質(zhì)量為m，純冰部分重力為，所受浮力為，排開水的體積為，冰塊的體積為，冰塊未融化時液面以下的體積為，冰塊融化成水的體積為，冰塊融化后液面以下的體積為，水的密度為，冰的密度為，汽泡的質(zhì)量為，汽泡的體積為，密度為。 在冰塊未融化之前，由于冰塊是漂浮在水面上的，故 故液面下降。 也就是說，當冰塊中含有汽泡時，冰塊融化之后氣體釋放，液面下降。我們可以將冰塊、水、汽泡看作一個整體。由于純冰化成水后液面不變，當冰塊中含有汽泡時，冰塊融化之后氣體要從整體中釋放出去，故液面下降。 變試3： 冰中混有油滴的情形 量杯中裝有體積為V的水，水面上漂浮著重為G的一混有油滴的冰塊，油滴的重力為。求冰融化后，液面示數(shù)將如何變化？ 分析：設(shè)冰塊的總重力為G，其質(zhì)量為m，純冰部分重力為，所受浮力為，排開水的體積為，冰塊的體積為，冰塊未融化時液面以下的體積為，冰塊融化成水的體積為，冰塊融化后油平鋪于水面總體積為，水的密度為，冰的密度為，油滴的質(zhì)量為，油滴的體積為，密度為。 在冰塊未融化之前，由于冰塊是漂浮在水面上的，故 量杯中裝有體積為V的水，水面上漂浮著重為G的一混有蠟塊的冰塊，如圖3所示。蠟塊的重力為。求冰融化后，液面示數(shù)將如何變化？ 分析：設(shè)冰塊的總重力為G，其質(zhì)量為m，純冰部分重力為，所受浮力為，排開水的體積為，冰塊的總體積為，冰塊未融化時液面以下的總體積為，冰塊融化成水的體積為，冰塊融化后蠟塊仍然漂浮，所受浮力為，冰塊融化后蠟塊在液面以下的體積為，液面以下的總體積為，水的密度為，冰的密度為，蠟塊的質(zhì)量為，蠟塊的體積為，密度為。 在冰塊未融化之前，由于冰塊是漂浮在水面上的，故 由于蠟塊無需借助冰塊也能漂浮在水面上，所以冰的融化對蠟塊沒有影響，故冰融化后液面不變。 結(jié)論：我們對上題及其幾個變式比較后不難發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)論：純冰漂浮在水面上融化后液面不變，當冰中混有石子或汽泡時融化后液面下降，當冰中混有油滴時融化后液面上升，當冰中混有蠟塊時融化后液面不變。 在解決浮力習(xí)題中的液面變化問題時，首先要對所研究對象的初始狀態(tài)進行受力分析，列出平衡方程。根據(jù)阿基米德原理將方程展開。然后再分析當條件變化后的情形，并對兩種情形加以比較，或進行相關(guān)的討論得出結(jié)論。同時要注意分析所得結(jié)論的物理意義以及與實際生活之間的聯(lián)系。除了理論計算分析以外，還可以用一些簡便方法分析，即從定性的角度加以分析比較。在分析了基本問題的基礎(chǔ)上，再對該問題采用變換題設(shè)條件的方式進行變式，從而對該問題進行進一步拓展。
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