浮在水面上的蜡烛燃烧过程浮沉分析

编辑: 逍遥路 关键词: 高中物理 来源: 高中学习网


  如图所示,一只未点燃的蜡烛的下端插入一根小铁钉,使蜡烛能直立漂浮在水面上,露出长度为L,当把蜡烛水面以上部分截掉后剩余部分(  )

  A.还会重新露出水面        B.不会重新露出水面

  C.以上两种可能都有        D.无法判断是否会重新露出水面

  答案:A 。误解C

  误解分析:能够考虑到截掉后剩下部分的密度会变大,但是错误的认为“水面以上的部分”截掉,理解为任意截掉一部分,导致错选。

  正解思路:判断浮沉的方法是,假如物体浸没,分析物体受到的浮力和重力的关系。本题中,蜡烛漂浮的状态是已知的,切掉上面的部分后,剩下的部分的放在水中的浮沉是未知的,根据第一次漂浮时的浮力和重力的关系,判断剩下部分浮力和重力的关系。

  解答:由于蜡块处于漂浮状态,此时的浮力等于总重力,F浮=G总。将蜡烛的重力分成三部分:铁钉重G铁、水面以下的蜡烛重G腊下、水面以上的蜡烛重G腊上,所以F浮=G铁+ G腊下+ G腊上

  设浸入水中的体积为V1,则蜡烛漂浮时,F浮1=ρ水gV1=G铁+ G腊下+ G腊上

  若切掉上面一块,剩下蜡烛的重力G= G铁+G腊下,把剩下的放到水中,假设剩下的蜡烛完全浸没,则浮力F浮2=ρ水gV1= F1>G铁+ G腊下物体将上浮,所以物体不会被浸没,将有一部分露出水面.

  即假设切掉上面部分后,剩下的浸没在水中受到的浮力和第一次一样,但是切掉后重力变小,浮力大于重力所以会上浮,还会露出水面。

  【变题】

  人们有时将点燃的蜡烛放在水中,来营造一种所需要的氛围:蜡烛底部粘一小铁块的目的是使蜡烛能直立在水中,其示意图如图所示。请分析说明蜡烛在燃烧过程中,蜡烛的上端与水面的距离如何变化?

  分析:从题中分析,“蜡烛的上端与水面的距离如何变化”意味蜡烛燃烧过程中一直漂浮,这是一个动态平衡的过程,要分析出蜡烛前一刻的露出水面高度h露与后一刻露出水面的高度h露后的大小关系。

  解答:蜡烛燃烧过程重力等于浮力。蜡烛燃烧过程重力逐渐减小,浮力也逐渐减小;

  重力减小量(烧掉的部分重力)等于浮力减小量(露出部分排开水的重力),

  即ρ蜡烛Sh烧g=ρ水Sh浮出g;

  因为ρ蜡烛<ρ水,所以h烧>h浮出,

  h露后=h露-h烧+h浮出<h露,所以蜡烛上端与水面的距离逐渐变小

  来源:想想再说的博客


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