浮冰在水中溶化前后水面变化情况的讨论.doc

浮冰在水中融化前后水面变化情况的讨论　　初中物理物体的浮力一章教学中，有一个趣味的问题：在盛水的容器中有一块浮冰，融化后水面比融化前水面是升高、下降还是不变?此问题当然可通过实验得出答案，但限于条件，实验并不易做，而用学生已掌握的知识可以推出正确的结论： 纯冰　　融化前，由冰的平衡条件得： 　　　　(1-1) 　　融化后，依质量守衡定理得：　　　代入(1-1)式：　　　　即冰融化成水的体积正好填满冰排开水的体积，所以水面高度不变。 冰中含有杂质　　 融化前有： (2-1) 　　融化后，视杂质的情况分析如下：1杂质悬浮　　对杂质有：　　融化后水增加的体积　　或　　(2-2) 由(2-2)式-(2-1)式得：ρ水(V-V排)=0　　∴V=V排　水面高度不变2　杂质飘浮(ρ杂ρ水)　　对杂质有：　　融化后水增加的体积　　或　　　(2-3) 　　由(2-3)-(2-1)式得　V=V排　水面高度不变3　杂质沉底(ρ杂ρ水)　　对杂质有：V杂排 = V杂　　融化后水增加的体积　　或　　　　　　　(2-4) 　　由(2-4)式-(2-1)式得：ρ水(V-V排)=(ρ水-ρ杂)V杂0　　∴VV排　水面高度下降 冰中含有油(ρ水ρ油)　　虽然ρ油ρ水，但冰融化后，里面的油会浮在水面上，液面与冰融化前的水面高度相比情况如何呢?融化前有：ρ水V排=m=m冰+m油=ρ冰V冰+ρ油V油　　(3-1)　　融化后水和油的体积　　或　　　　　　　　　(3-2) 　　由(3-2)-(3-1)式得：ρ水(V-V排)=(ρ水-ρ油)V油0　　∴VV排　液面高于融化前的水面。　　分析一下水面的变化情况：　　，且油全部在水面上，所以水面是下降的(若V-V排=V油，则水面高度不变)。 冰中含有气泡　　融化前有：　(4-1) 　　融化后气泡中的气体总有部分留在水中，故水增加的体积 　　或　　　　　　　　　　　(4-2) 　　由(4-2)-(4-1)式得：ρ水(V-V排)=ρ水V′气　　∵VV排　水面上升。　　以上结论列表如下：冰的情况 冰融化前后水(液)面变化情况 纯冰 不变 含有杂质的冰 ρ杂≤ρ水 不变 ρ杂ρ水 下降 含有油质的冰 水面下降，液面上升 含有气泡的冰 上升 同样的方法容易推得，含有多个杂质(油)且任一杂质均有ρ杂iρ水(或ρ杂iρ水或ρ杂i=ρ水)的冰融化后的结果与以上结论相同。限于篇幅，不再赘述。