浮力知识中液面升降问题
浮力知识中的液面升降问题,是初中学生学习过程中的一个难点。究其主要原因,可能有三个方面:第一、相对一般初中学生的身心发展的特点而言,这类知识本身的难度相对较大。第二、初中学生的分析归纳能力较欠缺。第三、这类问题在学生的习题中以零散的形式出现,学生只能就题论题,未能分类归纳。因此,在复习阶段教师有必要以专题复习方式,系统地对这一类问题进行分析归纳,总结出解题思路和方法,指导学生解题,从而深化对知识的理解,提高分析问题、解决问题的能力。下面分析三种常见情况。
一、纯冰浸于液体
例1、将一定质量的纯冰,浸于下列三类液体中,当冰完全熔化后,讨论液面高度的变化:①液体密度ρ液=ρ水②液体密度ρ液>ρ水③液体密度ρ液
分析:如图1,设冰块熔化前的质量为m 冰、体积为V 冰, 完全熔化成水之后的质量为m 化,体积为V 化
∵m 冰=m化,∴V 化=V冰,冰熔化前排开水的体积为V 排,假设液体不流动,取出冰之后
就留下一个体积为V 排的“空洞”,将冰熔化的水(体积V 化),“填补”回“洞”中,
比较V 化和V 排的大小,即可判断液面的升降。
①ρ液=ρ水,冰块熔化前漂浮于液面。有F 浮=G冰,即ρ液gV 排=ρ冰gV 冰,
V 排=V冰=V冰=V化,∴液面高度不变。
②ρ液>ρ水,熔化前冰块漂浮,F 浮=G冰,即ρ液gV 排=ρ冰gV 冰,V 排=V冰
∴液面升高
③ρ液
a. ρ冰V化,∴液面下降 b. ρ液V冰=V化,∴液面下降
二、含有杂质的冰浸于水中
例2、将一含有杂质的冰块放于水中,处于漂浮状态,若冰中的杂质属于下列三种情况,则当冰完全熔化时,水面的高度将如何变化?①杂质为气泡,
②杂质密度ρ杂>ρ水,③杂质密度ρ杂
分析:冰块中的冰熔化成水后的体积V 化=V冰。
①杂质为气泡,则G 冰+G 气=F浮,即ρ冰gV 冰+G 气=ρ水gV 排,
熔化前冰块排开水的体积V 排=V冰+V 化>V化∴水面高度下降; ②ρ杂>ρ水,G 冰+G 杂=F浮,即ρ冰gV 排+ρ杂gV 杂=ρ水gV 排,则V 排=V冰+V 杂,此
时填补回“洞”中的体积为V 化+V 杂
③ρ杂
积为V ′排,则V ′排=V杂,此时填回“洞”中的体积为V 化+V ′排=V排,∴水面高度不变。
三、容器中的固态物质投入水中
例3、如图3,一小容器放一固态物质,一大容器盛放一定量的水,小容器漂浮于水面。现将固态物质从小容器中取出,投入水中,在下列两种情况中,
讨论水面的高度变化:①固态物质密度ρ固
②固态物密度ρ固>ρ水。
分析:取出固态物质前,固态物质与容器漂浮于水面,有:G 容+G 固=F浮,
即G 容+ρ固gV 固=ρ水gV 排,此时排开水的体积V 排=V固+。将固态物质取出后,
小容器漂浮于水面,G 容=F′浮,即G 容=ρ水gV ′排,小容器排开水的体积V ′排=
①固态物质密度ρ固
V ″排=V固,V ′排+V ″排=V排,∴水面高度不变。
②固态物质密度ρ固>ρ水,投于水中后固态物质浸没于水中: a. 直接投入水中,排开水的体积V 排=V固,
此时V ′排+V 排=+V 固
b. 固态物取出后悬挂于小容器下面,如图4。此时固态物与小容器共同排开水的体积为V 共,
则G 固+G 容=ρ水gV 共,
∴V 共=V固+=V排∴水面高度不变。
浮力知识中液面升降问题
浮力知识中的液面升降问题,是初中学生学习过程中的一个难点。究其主要原因,可能有三个方面:第一、相对一般初中学生的身心发展的特点而言,这类知识本身的难度相对较大。第二、初中学生的分析归纳能力较欠缺。第三、这类问题在学生的习题中以零散的形式出现,学生只能就题论题,未能分类归纳。因此,在复习阶段教师有必要以专题复习方式,系统地对这一类问题进行分析归纳,总结出解题思路和方法,指导学生解题,从而深化对知识的理解,提高分析问题、解决问题的能力。下面分析三种常见情况。
一、纯冰浸于液体
例1、将一定质量的纯冰,浸于下列三类液体中,当冰完全熔化后,讨论液面高度的变化:①液体密度ρ液=ρ水②液体密度ρ液>ρ水③液体密度ρ液
分析:如图1,设冰块熔化前的质量为m 冰、体积为V 冰, 完全熔化成水之后的质量为m 化,体积为V 化
∵m 冰=m化,∴V 化=V冰,冰熔化前排开水的体积为V 排,假设液体不流动,取出冰之后
就留下一个体积为V 排的“空洞”,将冰熔化的水(体积V 化),“填补”回“洞”中,
比较V 化和V 排的大小,即可判断液面的升降。
①ρ液=ρ水,冰块熔化前漂浮于液面。有F 浮=G冰,即ρ液gV 排=ρ冰gV 冰,
V 排=V冰=V冰=V化,∴液面高度不变。
②ρ液>ρ水,熔化前冰块漂浮,F 浮=G冰,即ρ液gV 排=ρ冰gV 冰,V 排=V冰
∴液面升高
③ρ液
a. ρ冰V化,∴液面下降 b. ρ液V冰=V化,∴液面下降
二、含有杂质的冰浸于水中
例2、将一含有杂质的冰块放于水中,处于漂浮状态,若冰中的杂质属于下列三种情况,则当冰完全熔化时,水面的高度将如何变化?①杂质为气泡,
②杂质密度ρ杂>ρ水,③杂质密度ρ杂
分析:冰块中的冰熔化成水后的体积V 化=V冰。
①杂质为气泡,则G 冰+G 气=F浮,即ρ冰gV 冰+G 气=ρ水gV 排,
熔化前冰块排开水的体积V 排=V冰+V 化>V化∴水面高度下降; ②ρ杂>ρ水,G 冰+G 杂=F浮,即ρ冰gV 排+ρ杂gV 杂=ρ水gV 排,则V 排=V冰+V 杂,此
时填补回“洞”中的体积为V 化+V 杂
③ρ杂
积为V ′排,则V ′排=V杂,此时填回“洞”中的体积为V 化+V ′排=V排,∴水面高度不变。
三、容器中的固态物质投入水中
例3、如图3,一小容器放一固态物质,一大容器盛放一定量的水,小容器漂浮于水面。现将固态物质从小容器中取出,投入水中,在下列两种情况中,
讨论水面的高度变化:①固态物质密度ρ固
②固态物密度ρ固>ρ水。
分析:取出固态物质前,固态物质与容器漂浮于水面,有:G 容+G 固=F浮,
即G 容+ρ固gV 固=ρ水gV 排,此时排开水的体积V 排=V固+。将固态物质取出后,
小容器漂浮于水面,G 容=F′浮,即G 容=ρ水gV ′排,小容器排开水的体积V ′排=
①固态物质密度ρ固
V ″排=V固,V ′排+V ″排=V排,∴水面高度不变。
②固态物质密度ρ固>ρ水,投于水中后固态物质浸没于水中: a. 直接投入水中,排开水的体积V 排=V固,
此时V ′排+V 排=+V 固
b. 固态物取出后悬挂于小容器下面,如图4。此时固态物与小容器共同排开水的体积为V 共,
则G 固+G 容=ρ水gV 共,
∴V 共=V固+=V排∴水面高度不变。