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浮在水面上的蜡烛燃烧过程浮沉分析

(2014-02-09 17:25:57)
标签:

教育

分类: 物理-习题研究检测分析

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

浮在水面上的蜡烛燃烧过程浮沉分析

 

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=G。将蜡烛的重力分成三部分:铁钉重G、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=G+ G腊下+ G腊上

设浸入水中的体积为V1,则蜡烛漂浮时,F1gV1=G+ G腊下+ G腊上

若切掉上面一块,剩下蜡烛的重力G= G+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F2gV1= F1G+ 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?

浮在水面上的蜡烛燃烧过程浮沉分析

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),

ρ蜡烛ShgρSh浮出g

因为ρ蜡烛ρ,所以hh浮出

h露后=hhh浮出h,所以蜡烛上端与水面的距离逐渐变小

 

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