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浅析“浮冰”问题

2018-11-01顾宗其

中学课程辅导·教师通讯 2018年14期
关键词:浮冰冰山冰块

顾宗其

浮力是初中物理学习的重点和难点内容之一,比较抽象,也比较难懂,好多同学对浮力问题思路不清,解题时无从下手。“浮冰”问题又是浮力中比较典型的问题,这类问题常常困扰教师的教与学生的学。下面笔者就以“浮冰”问题为例,谈谈如何解决这类问题,旨在培养学生灵活的应变能力和推理能力。

问题1:一冰块漂浮在水面上,当冰完全熔化后,容器中的水面将如何变化?

【解析】设冰块的重量G冰,浮力为F浮,冰块熔化后变成水的重量为G水,水的密度为ρ水。冰块熔化前漂浮在水面上,由二力平衡和阿基米德原理可得:V排=F浮ρ水g=G冰ρ水g=m水ρ水

当冰化成水后,质量不变,m水= m冰,即G冰=G水根据密度的计算公式得:V化水=m水ρ水=m冰ρ水

结论:冰块排开水的体积等于冰化成水的体积。

∴液面高度不变

问题2:当冰放入盐水中时,冰融化后,液面如何变化?

【解析】冰漂浮在盐水中,F浮= G冰 ,由阿基米德原理可得:

当冰块化成水后,质量不变,所以m水= m冰 ,根据密度的计算公式得:

V化水=m水ρ水=m冰ρ水

∵ ρ水< ρ盐水,∴V排< V化水

结论:冰块排开盐水的体积小于冰化成水的体积。

∴液面上升

问题3:把冰块放入足量的酒精中时,冰融化后,液面如何变化?

【解析】冰块放入酒精中时,由于ρ酒精< ρ冰,此时冰块会下沉,m冰=m水,ρ冰< ρ水可得:

V排=V冰>V化水

结论:冰块排开盐水的体积大于冰化成水的體积。

∴液面下降

问题4:人们常用“冰山一角”来形容事物显露出来的仅仅是其很小的一部分,更多的还隐藏在表面现象之下。事实上,冰山浮在海水中却只露“一角”,那么这露出的“一角”到底占冰山大小的多少呢?

【解析】已知冰的密度ρ冰=0.9g/cm3,海水的密度约为水的密度,取ρ水=1g/cm3,由于冰山漂浮,所以F浮=G冰,ρ水V排g=ρ冰V冰g,V排V冰=ρ冰ρ水=0.9g/cm31g/cm3=910,所以V露V冰=110。

即冰山一角只占整个冰山的110。

问题5:若漂浮在水面上的冰块中含有其他物体,在冰融化后,水面高度将怎样变化?

【解析】设冰中物体的密度为ρ,质量为m,冰质量为m冰,由F浮 =G冰,ρ水 gV排=(m冰+m)g,得 V排=m冰ρ水+mρ水,而冰融化成的水和冰中的物体的总体积 V=m冰ρ水+mρ,显然(1)若ρ=ρ水时,V=V排,液面高度不变;(2)若ρ>ρ水时,V 从以上分析中可以看出:只要对浮力的概念和阿基米德原理掌握得好,善于从基本的物理概念和规律出发,养成对具体问题分析的好习惯,那么其他的浮力问题也是不难解决的。

(作者单位:甘肃省武威第十中学)

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