所以液面下降。推论:当冰块中含有密度比水大的物体(如小铁块、盐水等)或将密度比水大的物体放在冰块上浮于容器内水面上,则冰熔化后,物体沉入水底,水面将下降。
例7:有一块冰中含有液态的煤油,浮在容器内的水面上,当冰块完全熔化后,液面高度将怎样变化
冰块熔化前排开水的体积为:
V排=F浮/ρ水g=G总/ρ水g=(G冰+G油)/ρ水g=(m冰+m油)/ρ水 ①
熔化后的体积为冰化成的水的体积加上煤油的体积,即:
V=V水+V油=m水/ρ水+m油/ρ油=m冰/ρ水+m油/ρ油 ②
比较①②式,∵ρ油<ρ水,∴V>V排
所以液面上升。
例8:一块冰漂浮在容器的水面上,冰块中含有一定质量的气体(空气、氢气、二氧化碳),当冰完全熔化后,容器中的水面如何变化
冰块熔化前排开水的体积为:
V排=F浮/ρ水g=G总/ρ水g=(G冰+G气体)/ρ水g=(m冰+m气体)/ρ水 ①
熔化后的体积为冰化成的水的体积等于冰排开水的体积,但气体挥发,总体积减少,V排′<V排,所以液面下降。
变化:若漂浮在水面上的冰块中有一气泡,当冰块融化后水面将怎么变化冰块里的气泡的质量可以忽略不计,冰熔化后水面保持不变.
例9 :盆内水面上有一塑料碗,碗内有木块,若将木块投入水中,盆内水面将 (填“上升”、“下降”或“保持不变”)。
解析:投入前,碗与木块漂浮在水面上,所以F浮=G碗+G木
据阿基米德原理,得F浮=G排=ρ水gV排
所以ρ水gV排=G碗+G球,故得
V排=G碗/ρ水g+G木/ρ水g ⑴
木块投入水中后,盆漂浮在水面上,分析得V盆排=G盆/ρ水g
木块漂浮在水面上,则V木排=G木/ρ水g
因此,后来碗与木块排开水的总体积
V总排=V盆排+V木排=G盆/ρ水g +G木/ρ水g ⑵
由⑴⑵得V总排=V排,所以液面保持不变。
例10:盆内水面上有一塑料碗,碗内是实心铁块,将铁块投入水中,盆内水面将(填“上升”、“下降”或“保持不变”)。 。
解析:投入前,碗与铁块漂浮在水面上,与上题分析相同,得
V排=G碗/ρ水g+G铁/ρ水g ⑴
铁块投入水中后,盆仍漂浮在水面上V盆排=G盆/ρ水g
而铁块沉入水中, V铁排=V铁=G铁/ρ球g
因此后来碗与铁块排开水的总体积
V总排=V盆排+V铁排=G盆/ρ水g +G铁/ρ铁g ⑵
因为ρ铁>ρ水,所以V总排<V排,液面下降。1、一块冰漂浮在容器的水面上,冰块中含有一块小木块,当冰完全熔化后,容器中的水面如何变化
2、一块冰漂浮在容器的水面上,冰块中含有一定质量的煤油,当冰完全熔化后容器中的液面如何变化
3、一块冰漂浮在容器的水面上,冰块中含有一定质量的盐水,当冰完全熔化后,容器中的水面如何变化
4、一块冰漂浮在容器的水面上,冰块中含有一定质量的气体(空气、氢气、二氧化碳),当冰完全熔化后,容器中的水面如何变化
对于液体中的物体由于某种变化而引起的液面升降问题,经常困惑着学生.考虑到这类问题在各种考试中多以填空、选择题的形式出现,本文介绍一种简便快捷的判断方法——“状态法”.
一、什么叫状态法
所谓“状态法”,就是对变化前后液体中的物体所处的状态进行比较来判断液面的
升降.
二、如何用“状态法”速断液面升降
若变化前后液体中的物体都处于漂浮、悬浮状态,而无沉体出现,则液面不变若液
体中的物体,在变化前无沉体,而变化后有沉体出现,则液面下降若液体中的物体,在变化前有沉体,而变化后无沉体出现,则液面升高.
说明变化前后液体中物体的总质量保持不变容器中液体的密度不变.
三、证明
设液体中的物体的总重为G,变化前后在液体中所受的总浮力分别为F浮、F浮′.
若变化前后均无沉体出现,由浮沉条件知
F浮′=F浮=G,ρ液gV排′=ρ液gV排,
则 V排′=V排,
液面不变.
若变化前无沉体,变化后有沉体,由浮沉条件知
F浮=G,F浮′<G,
则 F浮′<F浮,
即 V排′<V排,
故液面下降.
若变化前有沉体,变化后无沉体,由浮沉条件知
F浮<G,F浮′=G,
则 F浮′>F浮,
即 V排′>V排,
故液面上升.
四、应用举例
例1(2014年贵阳) 有三个实心小球甲、乙、丙,甲球在水中悬浮,乙球在水中
下沉,丙球漂浮在水面上.现将甲、乙、丙三球同时放在一只敞口的小铁盒里,然后将小铁盒漂浮在盛水的容器中(如图1所示),下列判断正确的是()
A. 甲 乙 丙
甲 乙 丙 图8-15
图8-15
只将小球甲从盒中取出放入水中后,容器中水面高度不变
B. 只将小球乙从盒中取出放入水中后,容器中水面高度下降
C. 只将小球丙从盒中取出放入水中后,容器中水面高度上升
D. 将甲、乙、丙三球同时放入水中后,容器中水面下降
解析 原来的铁盒在水中漂浮,将小球从盒中取出放入水中后,铁盒仍漂浮,甲球悬浮,乙球下沉,丙球漂浮.显然,只要不将乙球取出放入水中,就无沉体出现,容器中的水面不变当将乙球取出放入水中时,因有沉体出现,容器中的水面下降,故答案应选A、B、D.
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例2 如图2所示,在一较大容器的水面上放一木块,木块上面放一个体积为1分米、重牛的物体,此时木块漂浮.如果将物体从木块上拿下并放入水中,当木块和物体都
静止时,容器中的水面将( )
A.上升 B.下降 C.不变 D.无法判断
解析 将物体从木块上拿下后,木块仍漂浮在水面,容器中水面的变化取决于物体放入水中静止时所处的状态.因为ρ物=G物/gV物=×103千克/米3<ρ水,所以物体在水中静止呈漂浮状态,容器中水面不变.故答案应选C.
例3 如图3所示,在盛水的缸底有一个实心铁球,水面上漂浮着一个脸盆.若将铁球捞出放入盆中,盆仍漂浮在水面上,则缸底所受水的压强(???? )
A.变大
B.变小
C.不变
D.无法判断
解析 此题虽然是液体压强大小问题,但根据液体压强公式p=ρgh知,水的密度不变,压强大小取决于水的深度,即此题实质仍是判断水面变化问题.
原来水中的铁球沉底,脸盆漂浮当将铁球捞出放入盆中后,脸盆和铁球呈漂浮状
态.由“状态法”可判断缸里的水面上升,则缸底受到水的压强变大,故答案应选A.