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科技小論文

教育 更新时间:2024-08-14 04:14:47

  1、在研究物體的浮沉條件時,有個同學無意中發現了一個有趣的現象:把一塑料尺子豎放(或側放)在水面時,發現尺子迅速下沉了;而當他把尺子平放在水面時,即可發現尺子漂在水面上。

  2、豎放(或側放)尺子在水面上時,尺子下沉,是由于尺子所受的浮力小于它自身的重力而引起的;那又為什麼在平放尺子時,它卻是漂浮在水面上,若按物體的浮沉條件,物體漂浮時浮力可是等于重力的呀。這兩者豈不自相矛盾了嗎?問題症結在哪裡呢?

  3、在高中物理教材第一冊“固體和液體的性質”一章中,有一個小實驗:要求學生用棉紙把縫衣針墊起放在水面上,當棉紙被水浸濕下沉後,觀察現象并說明原因,很多同學認為縫衣針浮在水面是由于液體表面張力作用的原因,以為針受重力、浮力和液體表面張力三者相平衡而使針能漂在水表面上。

  4、那麼就讓我們先來認識一下液體表面張力吧。什麼是液體的表面張力呢?

  5、液體表面附近的分子由平衡位置向外運動時,因為外部空氣和蒸氣分子對它的斥力很小。不起顯著作用。它隻受到内部分子的吸引力,因此使它恢複到平衡位置的作用力就沒有在液體内部時大,使得表面層裡的分子振動的振幅要比液體内部分子的振幅大,一些動能大的分予就可能沖出吸力範圍,成為蒸氣分子,結果形成表面層裡的分子分布比液體内部的分子分布稀疏,分子之間的距離就比較大(r>r0)、正是由于液面分子分布較内部稀疏,分子間距r>r0,分子間引力占優勢而産生了液體表面張力,由此可知,液體表面的張力實質是分子間相互作用的合力,它指向液體内部,可見托起硬币的力不可能是液體表面張力。

  6、那麼讓我們再來看看浮力吧。先讓我們先做一個實驗:

  7、在一盛有水的燒杯的水面平放一張濾紙,把一枚面值一角的硬币平放在濾紙上,待濾紙被浸濕而下沉後,發現硬币仍漂在水面上。注意觀察硬币周圍會發現水面向下凹陷,而硬币并未浸入水中,隻是漂在水表面上。由此可見,此時硬币并未受到浮力作用。那是什麼力與重力相平衡而使硬币漂在水面上呢?

  8、由上一實驗現象可知,水面向下凹陷,發生了形變,從而産生了一個與形變方向相反的彈力——支持力,這就如在一個吹氣的氣球上放上一個物體,由于物體的重力而使氣球形變(向下凹陷),而産生了豎直向上的支持力一樣。是這個與重力大小相等、方向相反的支持力使硬币漂在水表面上。( 上面幾個實驗中的塑料尺子、縫衣針漂在水面上與此相同 )

  9、為什麼側放或豎放尺子、縫衣針以及硬币時,它們都将沉到水底呢?我們還是以硬币為例,當它側放或豎放時,液面的受力面積很小,壓強很大,壓力作用效果顯著;這與穿高跟鞋踩在沙地,鞋跟将陷入沙中一樣,硬币陷入了水中,從而打破了水面的彈性形變,使水表面對它的支持力不複存在。此時硬币隻受浮力和重力作用,而由于重力大于浮力,所以硬币很快就下沉到水底了。而平放時,對水面壓強很小,就不會發生上述現象,而使硬币浮在水表面上保持平衡。在自然界中,也有許多相類似的現象。有些小昆蟲可以在水面上跑來跑去或停留在水面上,不緻于陷入水裡,也是同樣的道理。

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