浅析“浮冰”问题

• 作 者: 顾宗其
• 出 处: 中学课程辅导·教师通讯
• 发表日期: 2018年14期
• 关键词: 冰块 浮力 阿基米德 密度 冰山 盐水

　　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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