中考物理易錯經典浮力題講解:漂浮的冰融化後液面上升還是下降?

2020-12-06 物理畢業班

這是一類數十年以來經久不衰的話題性中考物理題,由於此類問題所涉及的全球性變化和嚴重後果,因此引起人們的普遍重視。此問題就是全球性的冰川熔化導致的海平面上升現象!

當然海平面上升還有別的原因,但是冰川熔化是主因。

那麼,為什麼冰川熔化會引起海平面上升呢?淡水湖中的冰如果熔化後,水面是不是也會上升呢?

這就是今天要說的一類中考物理經典浮力題!此類題由於非常易錯,而且有些同學習慣於想當然而不用理論加以推導驗證,從而造成了錯誤認知和結論。

我們先來看一下下面這道中考物理題,然後通過後面的解釋來全面了解一下,地球上的冰川熔化到底為什麼會造成海平面上升!

本題說的是玻璃杯中的冰熔化前後的對比。

很多初中生朋友們在做此類題時,往往不利用公式推理,而是想當然的認為,既然冰能浮在水面上,那麼熔化之後的水肯定會使水面升高!

這種錯誤的認知會導致本題一系列的錯誤。由此也可以看出不加推理、無根無據就貿然得出結論所帶來的後果!或許,就因為這一道題考慮不周,理想的高中就此與自己失之交臂了!

我們其實可以來一個簡短的推理。

首先我們要知道,冰的密度比淡水、海水的密度都小,因此都是漂浮在其中的。

當冰漂浮時,我們應該立刻想到其所受到的浮力與冰的自身重力滿足二力平衡,因此可以冰所受到的浮力等於自身重力。再根據阿基米德原理,冰所受到的浮力等於其所排開液體的重力,可以得出第二個式子。

我們接著想,冰熔化成水的過程其質量是不變的,因此其重力也不變。所以熔化前的冰所受重力應該等於冰完全熔化後的水的重力。

由以上三等式可知,冰的重力應該等於其所排開液體的重力!由此我們可以得出一個與本題無關但是對以後的計算以及常識性認知非常有幫助的結論:

如果冰漂浮在淡水中,則有十分之九的冰在水面以下!

也就是說我們平時所說的「冰山一角」是完全符合物理原理的,因為只有十分之一的冰在水面之上!

我們有前面三個等式還可以得出一個更重要的等式:「冰山排開液體的重力」等於「冰山全部熔化成水的重力」!於是可以推導出今天我們要探究的最重要的一個結論:

海水中,「冰山所排開海水的體積(即海面下方冰山的體積)」小於「冰完全熔化成水的體積」!因此海平面會上升!

淡水中,「冰山所排開淡水的體積(即海面下方冰山的體積)」等於「冰完全熔化成水的體積」!因此淡水水面高度既不上升也不下降!

了解到這一步之後,對於本題來說,所有問題都很容易解決了。由於冰熔化後水的深度不變,所以對杯底壓強不變,D選項正確。由於整體重力不變,因此杯對桌面的壓強也不變,水的密度更不會改變,所以ABC選項都錯誤。

綜上所述,可以推而廣之得出一個結論,如果冰漂浮在水中,熔化後水面高度不變,如果冰漂浮在密度大於水的液體中,熔化後該液體的液面會上升!

中學生朋友們,養成用物理實驗驗證生活中的物理現象、利用物理公式、原理、規律解釋推導物理結論的習慣吧,千萬不要自以為是的無根據想當然!為了美好的未來,加油!

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