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比較浮力大小的專題

生活 更新时间:2024-07-24 03:21:06

漂浮在海面上的冰山,無論是多麼的雄偉壯觀,我們看到的隻是它的一角。"冰山一角"蘊含的哲理仁者見仁、智者見智,今天我們從物理角度分析一下關于冰的浮力問題。

1."冰山一角"的物理原理:如圖:

比較浮力大小的專題(34冰山一角)1

因為ρ冰=900Kg/m3,ρ水=1000Kg/m3,ρ冰<ρ水,所以冰會漂浮在水面上,F浮=G冰,ρ水gV排=ρ冰gV冰,V排/V冰=ρ冰/ρ水=9/10,V露/V冰=1/10,露出水面部分的冰隻是整體冰的十分之一,即我們看到的隻是"冰山一角"。如果是海洋中的冰山,由于海水的密度略大于水的密度,所以露出水面的部分會略大些。

2.漂浮在水中的冰全部熔化後水面會怎樣變化?如圖:

比較浮力大小的專題(34冰山一角)2

分析過程:因為冰是漂浮,F浮=G冰,而冰熔化成水質量不變,G冰=G化成水,所以F浮=G化成水,ρ水gⅤ排=ρ水gⅤ化成水,即V排=V化成水,所以水面保持不變。其實在逐漸熔化的過程中水面也是保持不變。

拓展(1).如果冰塊内有小木塊全部熔化後水面怎樣變化?

分析過程:冰塊熔化前整體漂浮,G冰 G木=F浮=ρ水gV排,V排=(G冰 G木)/ρ水g=G冰/ρ水g G木/ρ水g=G化成水/ρ水g G木/ρ水g,冰塊熔化後木塊仍漂浮,體積的變化包括兩部分:V化成水 Ⅴ木排=G化成水/ρ水g F木浮/ρ水g,木塊仍漂浮,G木=F木浮,所以V排=V化成水 V木排,即水面保持不變。如果冰塊内有空氣泡,結果也一樣。

拓展(2):如果冰塊内有小鐵塊全部熔化後水面怎樣變化?

分析過程:冰塊熔化前整體漂浮,G冰 G鐵=F浮=ρ水gV排,V排=(G冰 G鐵)/ρ水g=G化成水/ρ水g G鐵/ρ水g,冰塊熔化後鐵塊下沉到水底,體積的變化包括兩部分,Ⅴ化成水 V鐵=G化成水/ρ水g G鐵/ρ鐵g,因為ρ水<ρ鐵,所以Ⅴ排﹥Ⅴ化成水 Ⅴ鐵,即水面會下降。

這個問題還有一個更直觀的方法來理解:因為冰決熔化前後對水面的變化沒有影響,所以可以不考慮冰塊是否熔化,那就設想兩種模型來代替以上情形:模型1是假如鐵塊是用細線拴在冰塊下方,代替含有小鐵塊的冰塊熔化前的狀态,都是整體漂浮;模型2是假如把細線剪斷鐵塊下沉到水底,而冰塊會上浮一些,代替冰塊熔化後鐵塊下沉到水底的狀态,此時的鐵塊始終是浸沒,V鐵排沒有變化,但冰塊上浮了一些,V冰排減小,所以水面下降。

拓展(3):如果是漂浮在飲料中的冰塊全部熔化後液面會怎樣變化?如圖:

比較浮力大小的專題(34冰山一角)3

分析過程:F浮=G冰,ρ液gⅤ排=ρ冰gV冰=ρ水gV化成水,即ρ液V排=ρ水V化成水,因為ρ液>ρ水,所以V排<V化成水,即液面會上升。

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