解题技巧—浮力中液面升降问题

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方法二 比较浮力变化法 熔化前冰块和木块都漂浮 ∴F前浮 = G冰 + G木 熔化后熔化成的水悬浮,木块仍漂浮 ∴F后浮 = G化水 + G木 又G化水= G冰 所以F前浮=F后浮,即熔化前后所受浮力不变,所以液面将不变。
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。
V=V水+V油=m水/ρ水+m油/ρ油=m冰/ρ水+m油/ρ油

比较①②式,∵ρ油<ρ水,∴V>V排 所以液面上升。
类型三:冰块中含有一定质量的气体,冰块熔化后判断水面升降。
例8:一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?
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气体)/ρ水g=(m冰+m气体)/ρ水 ① 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,V排′<V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5: 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?
方法一 比较体积变化法 冰块漂浮时:F浮=G冰+G木 即ρ水gV排= G冰+G木, V前排= (m冰+m木)/ ρ水=m冰/ρ水+m木/ρ水…… (1) 当冰块化成水时:m化水= m冰 ∴V化水=m冰/ρ水 又因为木块仍漂浮,F木浮= G木 即ρ水gV木排= m木g ∴V木排=m木/ρ水 V后排=V化水+V木排= m冰/ρ水+ m木/ρ水…… (2) 由(1) .(2)得:V前排= V后排 故当冰完全熔化成水时,水面不变。
熔化后,冰化为水属于悬浮状态,则:F后浮= G物 所以 F前浮= F后浮,液面高度不变。
比较上述三种解法可见,第二、三种解法简单易懂,学生容易掌握,适应于课堂教学。我们在物理教学中还可以将这种方法推
广到其它情况下液面升降问题的讨论中去,培养学生思维能力,做到举一反三。
结论:纯冰浮在水面上.当冰熔化后液面将不变。
类型四:1、固态物质的密度小于水的密度
例9 :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g+G木/ρ水g ⑴ 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g +G木/ρ水g ⑵ 由⑴⑵得V总排=V排,所以液面保持不变。
方法三 比较浮力变化法
因为浮力F浮 = ρ液•g•V排,对于这种液体密度ρ液不变情况,浮力大小只取决于物体排开液体的体积V排,而V排的大小就决定
了液面的高度。
这样,对这类问题只须比较前后两种情况下物体所受浮力的大小,如果浮力变小,即F前浮>F后浮,则物体排开液体的体积变
小,液面下降。同样,如果浮力不变则液面高度不变,浮力变大则液面上升。对这道题:熔化前冰漂浮 F前浮= G物
三、判断方法
1、比较体积变化法:比较的是冰熔化前(或物体投放前)在液体中排开液体的体积和
冰熔化成水后的体积(或物体投放后液体体积)的大小关系:若前体积大于后体积,液面下降; 若前体积等于后体积,液面不变;若前体积小于后体积,液面上升。
2、比较压力变化法:比较前后容器底部受到压力的变化。F前=P前×S底=ρ液gh前S底
解析:方法一、比较体积变化法 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g+G铁/ρ水 g⑴ 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g +G铁/ρ铁 g⑵ 因为ρ铁>ρ水,所以V总排<V排,液面下降。 方法二、比较浮力变化法 投入前 F浮1 = G碗 + G铁 投入后 F浮2 = G碗 + F铁浮 因为 G铁 > F浮铁 所以 F浮 > F浮2 液面会下降
例1: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?
解析:这是一道最典型最基础的题型,我们理解后,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浮=G冰 即ρ水ɡV排= G冰 = m冰g ∴V排=m冰/ρ水
冰化成水后,冰的质量与水的质量没有变化即m化水= m冰
∴V化水=m冰/ρ水
所以V排=V化水 即冰块完全熔化后水面高度不变。
方法二 变化前后总压力不变
冰熔化后仍在容器内,所以容器底部所受总压力不变。熔化前容器底部所受压力由液体水提供,熔化后容器底部所受压力依然
由液体水提供。
F前=F后 即ρ前S器底=P后S器底 ρ水ɡh前S器底=ρ水ɡh后S器底 ∴h前=h后 即液面不变。
目 录CONTENTS来自01 类型一:纯冰浸于液体,熔化后判断液面升降一
1、纯冰在纯水中熔化; 2、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化; 3、纯冰在密度比水小的液体中熔化;
类型二:冰块中含有其它杂质,冰块熔化后判断水面升降
02 1、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化; 2、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化; 3、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化;
解题技巧—— 液面升降问题
问题分析:
冰浮于液面的问题是生活中的常见问题,在各类试卷中经常出现,但由于这类问题的现象不 太明显,观察需要的时间较长,不为一般的学生所重视.即使一部分学生有意识地去进行观察,出会 现因为问题类型比较多,而结论只有“升”和“降”两种,常常出现而把现象和条件的对应关系混 淆的现象,导致认识的偏差。为了更深刻地理解引起液面“升”、“降”的原因,准确把握条 件和现象之间的关系。可以将各类问题进行分类处理,从最基本的漂浮在液面上的冰熔化成水 后液面的升降问题为基点,逐步展开思考形成系统的认识。更重要的是可以通过这些问题的讨 论和思考,把许多有关物体浮沉及液面变化问题连成一个整体。
解析:冰块熔化前,在酒精中处于漂浮状态.则有F浮=G冰,即ρ酒g V排=m冰g ∴V排=m冰/ρ酒
化成水后,冰的质量与水的质量没有变化即m化水= m冰
∴V化水=m冰/ρ水
∵ρ酒<ρ水 。∴V化水<V排,冰块在浓盐水中熔化后液面下降.
结论:纯冰浮在密度比水小的液面上.当冰熔化后液面将下降。
类型二:1、含有木块(或其它密度比水小的固体)的冰块在纯水中熔化;
1、如图1所示,一个小船中放有ABC三个小球,小船和球一起漂浮在水面上,其中A球密度小于水,B球密度等 于水,C球密度大于水,小船可以自由的漂浮在水面上。 (1)只将A球放入水中, 则A球_____(填浮沉状况),液面_____(填“上升”或“下降”或“不变”) (2)只将B球放入水中, 则B球______(填浮沉状况),液面_____(填“上升”或“下降”或“不变”) (3)只将C球放入水中, 则C球______(填浮沉状况),液面_____(填“上升”或“下降”或“不变”) (4)若将ABC三球同时从船中取出放入水中,则液面_______(填“上升”或“下降”或“不变”)。
类型二:2、含有石块(或其它密度比水大的固体)的冰块在纯水中熔化
例6.: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:方法一 比较体积变化法 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 ① 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后=V水+V石=m水/ρ水+m石/ρ石=m冰/ρ水+m石/ρ石 ② 比较①②式,∵ρ石>ρ水,∴V后<V排 所以液面下降。
化成水后,冰的质量与水的质量没有变化即m化水= m冰
∴V化水=m冰/ρ水
∵ρ水<ρ盐水 。∴V化水>V排,冰块在浓盐水中熔化后液面上升.
结论:纯冰浮在密度比水大的液面上.当冰熔化后液面将上升。
类型一:3、纯冰在密度比水小的液体中熔化——液面高度下降
例4: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?
总结:
一、纯冰浮于纯水上,熔化后液面无变化。 二、冰中含有杂质,漂浮在纯水上时: 1. 若冰中所含杂质密度大于水的密度时,冰熔化后液面下降。 2. 若冰中所含杂质密度小于等于水的密度时,冰熔化后液面不变。 三、 纯冰浮在不同密度的液体表面上时: 1. 若液体密度大于水的密度时,冰熔化后液面上升。 2. 若液体密度小于水的密度时,冰熔化后液面下降。 四、容器中的固态物质投入水中后判断液面升降 1、固态物质的密度小于水的密度时,物体投入水中后水面高度无变化 2、固态物质的密度等于水的密度时,物体投入水中后水面高度无变化。 3、固态物质的密度大于水的密度时,物体投入水中后水面高度下降。
类型一:2、纯冰在盐水(或其它密度比水大的液体)中熔化——液面高度上升
例3:有一块冰漂浮在一杯浓盐水中(冰的密度是0.9×103千克/米3;浓盐水的密度是
1.1×103千克/米3).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冰,即ρ盐水 g V排=m冰g ∴V排=m冰/ρ盐水
类型四:2、固态物质的密度等于水的密度
当ρ物=ρ水时,物体悬浮。物体投入水中后物体排开水的体积为: V物排=m物/ρ物 = m物/ ρ水=⊿V排,即水面高度无变化。
类型四:3、固态物质的密度大于水的密度
例10: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”)。
方法二 比较浮力变化法 熔化前冰块和含有的小石块漂浮 ∴F前浮 = G冰 + G石 熔化后熔化成的水悬浮,F化水浮=G化水;而石块沉底,F石浮<G石 ∴F后浮 = F化水浮+ F石浮 =G化水 + F石浮,又G化水= G冰 所以F前浮>F后浮,即熔化后所受浮力减小,所以液面将下降。
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2: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, ∴熔化前F浮<G冰 , 即ρ水g V排<G冰,故得V排<m冰/ρ水 熔化为水的体积 V化水=m水/ρ水= m冰/ρ水 ∴V排<V化水,即熔化后水面要上升。 结论:纯冰压在水底.当冰熔化后液面将上升。
类型二:3、含有煤油(或其它密度比水小的液体)的冰块在纯水中熔化;
例7: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?
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油)/ρ水g=(m冰+m油)/ρ水 ①
熔化后的体积为冰化成的水的体积加上煤油的体积,即:
F后=P后×S底=ρ液gh后S底 根据前后压力的大小关系得出液体前后深度的关系,再判断液面的 升降情况。
3、比较浮力变化法:比较前后浮力的变化判断液面的升降。若F前浮>F后浮,则液面
下降;若F前浮<F后浮,则液面上升;若F前浮=F后浮,则液面不变。
四、各类型问题的分析解答
类型一:1、纯冰在纯水中熔化——液面高度不变
03 类型三:冰块中含有一定质量的气体, 冰块熔化后判断水面升降
类型四:容器中的固态物质投入水中后判断液面升降
04
1、固态物质的密度小于水的密度
2、固态物质的密度等于水的密度
3、固态物质的密度大于水的密度
二、解题关键
液面上升也好、下降也好,关键在于我们比较的问题是什么,确立好问题就知道如何下 手。实际上我们要比较的是冰熔化前(或物体投放前)在液体中排开液体的体积和冰熔 化成水后的体积(或物体投放后液体体积)的大小关系:若前体积大于后体积,液面下 降;若前体积等于后体积,液面不变;若前体积小于后体积,液面上升。
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