淺析“浮冰”問題

顧宗其

浮力是初中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容之一，比較抽象，也比較難懂，好多同學(xué)對浮力問題思路不清，解題時無從下手。“浮冰”問題又是浮力中比較典型的問題，這類問題常常困擾教師的教與學(xué)生的學(xué)。下面筆者就以“浮冰”問題為例，談?wù)勅绾谓鉀Q這類問題，旨在培養(yǎng)學(xué)生靈活的應(yīng)變能力和推理能力。

問題1：一冰塊漂浮在水面上，當(dāng)冰完全熔化后，容器中的水面將如何變化？

【解析】設(shè)冰塊的重量G冰，浮力為F浮，冰塊熔化后變成水的重量為G水，水的密度為ρ水。冰塊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

當(dāng)冰化成水后，質(zhì)量不變，m水= m冰，即G冰=G水根據(jù)密度的計算公式得：V化水=m水ρ水=m冰ρ水

結(jié)論：冰塊排開水的體積等于冰化成水的體積。

∴液面高度不變

問題2：當(dāng)冰放入鹽水中時，冰融化后，液面如何變化？

【解析】冰漂浮在鹽水中，F(xiàn)浮= G冰 ，由阿基米德原理可得：

當(dāng)冰塊化成水后，質(zhì)量不變，所以m水= m冰 ，根據(jù)密度的計算公式得：

V化水=m水ρ水=m冰ρ水

∵ ρ水< ρ鹽水，∴V排< V化水

結(jié)論：冰塊排開鹽水的體積小于冰化成水的體積。

∴液面上升

問題3：把冰塊放入足量的酒精中時，冰融化后，液面如何變化？

【解析】冰塊放入酒精中時，由于ρ酒精< ρ冰，此時冰塊會下沉，m冰=m水，ρ冰< ρ水可得：

V排=V冰>V化水

結(jié)論：冰塊排開鹽水的體積大于冰化成水的體積。

∴液面下降

問題4：人們常用“冰山一角”來形容事物顯露出來的僅僅是其很小的一部分，更多的還隱藏在表面現(xiàn)象之下。事實(shí)上，冰山浮在海水中卻只露“一角”，那么這露出的“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，海水的密度約為水的密度，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。

即冰山一角只占整個冰山的110。

問題5：若漂浮在水面上的冰塊中含有其他物體，在冰融化后，水面高度將怎樣變化？

【解析】設(shè)冰中物體的密度為ρ，質(zhì)量為m，冰質(zhì)量為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體的總體積 V=m冰ρ水+mρ，顯然（1）若ρ=ρ水時，V=V排，液面高度不變；（2）若ρ>ρ水時，V 從以上分析中可以看出：只要對浮力的概念和阿基米德原理掌握得好，善于從基本的物理概念和規(guī)律出發(fā)，養(yǎng)成對具體問題分析的好習(xí)慣，那么其他的浮力問題也是不難解決的。

（作者單位：甘肅省武威第十中學(xué)）

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