如图所示,密度均匀的木块漂浮在水面上,现沿虚线将下部分截去,则剩下的木块部分将( )
A.上浮一些
B.静止不动
C.下沉一些
D.无法确定
三种方法分析(力的分析、极端法、想象法):
1、力的分析
因为木块漂浮,所以浮力F与重力G相等,同时也说明木块的密度小于水的密度。截去后假如静止不动,那么剩余木块的浮力f=F-截去部分木块体积排开的水的重力fx,剩余木块的重力g=G-截去部分木块的重力gx。因为水的密度大于木块的密度,所以fx>gx,所以f<g,截去后剩余部分浮力小于重力,所以剩下部分会下沉一些。
故答案为:下沉一些.
如果题目这样问:
如图所示,密度均匀的木块漂浮在水面上,现沿虚线将下部分截去,则剩下的木块部分将( )
A. 木块和水面均下降,且下降的高度相同
B. 木块和水面均下降,且木块下降的高度更大
C. 木块和水面均下降,且水面下降的高度更大
D. 木块下降,水面上升,且变化的高度不相同
分析:
木块下降如上分析。截去后浮力减小,排开的水减少,所以水面会下降。
两者下降的高度对比:截去木块部分所排开的水的体积决定两者的高度,烧杯的截面积大于木块,所以水面下降的小些。
具体理解:
首先必须弄懂浮力的实质:浮力实质就是液体压强作用在物体上下表面的压力差,液体越深那里的压强越大,所以物体会产生向上浮力。潜艇沉入淤泥中,潜艇上表面有压力,可是液体压强在底部找不到力的作用点也就不能产生压力,所以无论潜艇如何向外排水都无法上浮。
假设一个烧杯水高度为h1,放入木块后水高度h2,木块下截面高度h,那么此时木块受到的浮力就是(h处液体压强- h2处液体压强)/木块截面积(假设木块是长方体),也就是说木块周围h、h2线之间的木块周围的水影响着浮力,木块下截面h线下面的水并不影响浮力。
该题中,截去后浮力减少,排出的水减少。减少的水Vj不再对浮力产生影响,所以这部分减少的水只能而且一定是分散到截面积是烧杯的圆柱体空间中,所以水面下降的高度=Vj/烧杯截面积。同样,这减少的水的体积决定木块高度的变化,是这体积的水分散拿走了才导致木块高度变化,所以木块变化高度=Vj/木块截面积(假设木块是正方体)。
细分析(可以不用看):
一个烧杯水高度为h1,放入木块后水高度h2,木块下截面高度h,那么此时木块下截面一定在h1线下面(否则就不会排出水产生浮力,截去后剩余木块下截面也一定在h1线下面),木块排开的水的体积V就是h1、h2之间木块周围空间水的体积,可以理解为把木块排开的水拿出放到就是h1、h2之间木块周围的空间。那么此时木块下沉的高度和水面上升的高度哪个大?木块下沉的高度=V/木块截面积s。水面上升高度= V/h1、h2之间木块周围的空间的截面积,h1、h2之间木块周围的空间的截面积S=烧杯的截面积-木块的截面积。由于S、s不能量化对比大小,所以木块下沉的高度和水面上升的高度哪个大,不确定。
大家也看到,木块放入水中,排开的水分散(挤)到木块周围和h1、h2之间的空间里V,也就是木块排开的水一定包围在木块周围。V体积的水重力等于木块浮力,也可以简单理解为是V体积的水的重力提供了浮力,而不是其他部分的水。浮力本质就是液体压强给与木块上表面和木块底部截面h线的压力差。在木块下截面以下的水是不会给木块提供浮力的。
该题中,截去前后木块排出的水(浮力)差为V1体积,截去后水面下降到h3(h3一定在h1、h2之间),h3、h2之间木块周围水的体积就是V1体积的水,减少的水就分散到截面积为烧杯面积的圆柱体中不再为木块提供浮力。
截去前虚线在h4高度,截去后虚线(截去后下截面)在h5高度,h4、h5之间就是木块下降的高度。截去前后木块排出的水(浮力)差为v体积,这个v体积=h4线木块排出的水的体积和h5线木块排出的水的体积差,也就相当于高(h4、h5之间就是木块下降的高度)和截面为木块截面的乘积,也就相当把这减少的v体积拿走分散到截面积为烧杯面积的圆柱体中不再为木块提供浮力,这样也就算出了木块下降的高度。
答案:B
这样分析虽然严谨,但是繁琐,可以用极端法快速判断剩下的木块部分是上浮还是下沉,用想象法判断水面变化是上浮还是下沉。
2、极端快速分析法 ...