逍遥学能 2015-12-07 09:24
浮力这部分内容是初中物理中比较难的一部分，特别是一些特殊题型解法让学生感觉很头疼。对于这类题型，需要认真的总结归纳，弄清楚题目所涉及的知识之间的相互关联，掌握分析该类题型的方法和技巧，再辅之以相当数量的练习，这样才能达到牢固掌握和举一反三的目的。下面就浮力中的液面升降问题的处理方法，简单阐述一下。
液面升降的主要类型有：
1、冰在水中熔化；
2、冰在盐水（或其他密度比水大的液体）中熔化；
3、含有木块（或其他密度比水小的固体）的冰在水中熔化；
4、含有石块（或其他密度比水大的固体）的冰在水中熔化；
5、含有煤油（或其他密度比水小的液体）的冰在水中熔化。
以上类型，一般的问题都是判断冰完全熔化后，容器中液面的高度变化情况。
对于类型1，漂浮在水中的冰块完全熔化后，水面高度如何变化的问题，介绍一下常规方法。
如图，漂浮在水面上的冰块对应的V排为图中红色斜线部分体积。首先要明确的是，如果冰熔化都得到水的体积V水=V排，则容器中液面高度不变，若V水>V排，则液面高度上升，若V水<</SPAN>V排，则液面高度降低。因此，此题关键是判断V水与V排的关系。V水是冰熔化后得到水的体积，而冰熔化过程中质量不变，根据这个特点，冰熔化后得到水的重力等于冰的重力，即 ；而V排是与冰的浮力直接相关的，由于冰漂浮在水中，所以浮力等于冰的重力，即 ，综合两个方程，得到 ，则V水=V排，从而得到容器中液面高度不变。
用类似的方法，可以分析别的类型。例如类型3，包含有木块的冰漂浮在水中，当冰完全熔化之后，木块漂浮，判断容器中液面高度的变化，如图：
如果我们用V排来表示冰和木块整体漂浮是对应的排开水的体积，用V水表示冰完全熔化后得到水的体积，用V木排表示冰熔化后木块漂浮时木块排开液体的体积，那么，液面高度的变化需要判断的是V排与V水+V木排的大小关系，若两者相等，液面高低不变，若前者大于后者，则液面降低，反之，液面升高，判断方法依然是利用浮力和重力的关系，推导公式就可以得到。但是我们会发现，使用这种常规方法往往需要经过复杂的同时推演，特别是对于后面的一个类型，处理起来非常麻烦。下面介绍一个比较简单的方法。
通过前面的分析，我们不难发现，容器中液面高度的变化，直接跟V排有关，而V排直接与浮力有关，因此我们可以从浮力的变化入手，来考虑这个问题。
首先，我们可以认为，冰熔化成水之后，这部分水依然是漂浮（或悬浮）在容器中原有的水中的，那么它所受到的浮力应该等于自身重力，那也就是等于冰的重力。那么我们来看类型1，冰熔化前，冰受到的浮力等于冰的重力，冰熔化后，得到的水受到的浮力等于水的重力，也就是熔化前后浮力相等，而容器中液体就是水，密度未变，那么V排必然不变，进而容器中液面高度也不发生改变。也就是说，从这个角度分析，我们只需要判断熔化前后V排的变化就能直接得到液面的变化情况了，从而大大简化了分析过程。
利用同样的思路，来分析其他类型。
类型2：漂浮在盐水中的冰，熔化后液面高度如何改变？
分析过程：熔化前，冰受到的浮力等于冰的重力，熔化后，得到的水受到的浮力等于冰溶化成水的重力，熔化前后浮力相等，而熔化后，盐水的密度减小（冰熔化得到的水加入到了原有的盐水中，使盐水密度变小），根据 ，则V排必然变大，则液面必然上升。
类型3：含有木块的冰漂浮在水中，冰完全熔化后，木块依然漂浮，液面如何变化？
分析过程：熔化前，浮力等于冰和木块的重力，熔化后，浮力分两部分考虑。第一部分是熔化得到的水所受的浮力，这部分的浮力等于原来冰的重力，另一部分是木块受到的浮力，由于漂浮，还是等于木块重力，因此，熔化后总的浮力依然等于冰和木块的重力。熔化前后浮力不变，容器中液体密度未变，则V排不变，液面高度不变。
类型4：含有石块的冰漂浮在水面上，冰完全熔化后，石块沉底，液面高度如何变化？
分析过程：熔化前浮力等于冰的重力加上石块重力。熔化后，得到的水所受重力依然等于原来冰的重力，石块沉底，受到的浮力小于石块重力，因此，熔化后的浮力小于熔化前的浮力，液体密度未变，则与熔化前相比，V排显然变小，则液面降低。
类型5：含有煤油的冰漂浮在水面上，冰完全熔化后，液面高度如何变化？
分析过程：熔化前，浮力等于冰的重力加上煤油的重力。熔化后，得到的水受到的浮力依然等于原来冰的重力，煤油会漂浮在水面上，所受浮力等于煤油重力，因此熔化后总的浮力等于熔化前的浮力。比较熔化前后容器中的液体，熔化前只有水，熔化后既有水，也有煤油，相当于水和煤油的混合液，而混合也的密度小于水的密度，也就是说，熔化后，液体密度降低，根据 ，熔化前后浮力相等，而熔化后液体密度减小，则V排变大，因此液面上升。
通过上面的分析，我们可以看到，从V排的角度去分析液面升降问题，可以避免繁琐的公式推演，但对于学生思维上的要求更高一些，需要综合考虑熔化前后受到浮力的特点以及液体密度的变化。