题目内容

如图甲所示,在装满水的容器中浮着一块冰,若冰熔化了,水面将如何变化?是否有水溢出杯外?

若一冰块内含一石块,漂浮在容器中的液面上,如图乙所示,当冰熔化后,液面升降情况如何?如果冰内含的是木块,或冰内有一气泡,情况又将怎样呢?

答案:略
解析:

(1)设冰块的质量为m,漂浮时排开水的体积为,熔化后变为水的体积为,且熔化前后的质量m不变.则,而

,即.上式表示冰熔化后,所熔成的水刚好填补原先冰块在水中占有的体积.故容器中水面不发生变化,水不会溢出.

(2)因为原来含石块的冰是漂浮的,依题意有.冰熔化后,石块落到容器底,此时“排”开水的体积由冰化成水后的水量和石块沉底后排开的水量组成:.比较,显见,得到,故液面下降.同理,冰中含小木块时,冰熔化后,木块漂浮:,故液面不变,如果冰中含气泡:.在不计气体质量时,液面不变.

  对本题我们可以进行定性分析:冰块内包有石块等密度比水大的物体时,由于它们和冰在一起浮在水面上,可以认为它受到的浮力等于自身的重力.当将冰块内的石块取出放到水中后,石块要下沉,说明受到的浮力小于自身重力.浮力变小了,排开的液体就变少了,故液面要下降.若冰块内包有木块、气泡等密度比水小的物体时,无论它们在冰块内还是在冰块外都会漂浮在水面上,受到的浮力始终不变,都等于自身重力.排开液体的多少也不变,故液面不变.

  通过对本题的分析处理,培养同学们独立思考,尊重事实,大胆想像的科学态度和科学精神.


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