巧解初中物理液面升降問題

文小玲

在初中物理教學中，有一類令學生頭疼的關于液面升降的問題，這種問題一般只是對液面的升降作定性的判斷而不作定量的計算，很多學生遇到這種問題，都會簡單地求助于浮力公式，沒有一個解決這類問題的有效方法，往往會陷入計算找不到具體的物理數據，從而無從下手的尷尬境地，如何教學生用一種簡單而實用的方法并把這一類型問題的分析方法進行模式化固定下來，從而把問題簡單化，下面我就談談自己在教學中的幾點做法：

例1.裝在燒杯中的水面上漂浮著一塊冰，當冰融化后，請問水面是上升、下降，還是不變？

初看這個題目，學生會認為，冰塊熔化后，水增多了，所以液面升高。其實不然，我在教學中從日常生活經驗講起，一盆水中放置一木塊，用力把木塊壓向水中，水面上升，松開手以后，木塊上升，液面下降，由這個生活經驗結合浮力的相關知識引申開來。把木塊壓入水中，木塊排開水的體積變大，液面上升，那我們就可以把液面的上升和物體排開液體的體積變大聯系起來；反之，物體排開液體的體積變小，液面就下降，物體排開液體體積不變，液面就不變。在同種液體中，浮力的大小是隨著排開液體的體積增大而增大的，這樣我們就可以以排開液體的體積為紐帶建立浮力和液面升降之間的關系：

1.F浮增大←V排增大→液面上升

2.F浮減小←V排減小→液面下降

3.F浮不變←V排不變→液面不變

由此，我們可以直接把液面的升降和浮力的變化關系聯系起來，并且兩者的變化趨勢是一致的，從而把判斷液面的變化轉移為判斷浮力大小的變化，也就是：

1.F浮增大→液面上升

2.F浮減小→液面下降

3.F浮不變→液面不變

現在我們來分析例1：

1.當冰塊漂浮于水中時，根據物體漂浮的條件可知：冰塊受到的浮力，F浮=G冰——①

2.當冰塊融化后，應該把冰塊融化的水和外界的水獨立出來，由于冰塊融化的水和外邊的水密度相同，則冰塊融化的水相當于懸浮于水中有冰塊，所以此時冰塊融化的水受到的浮力等于這部分水的重力：F浮=G水——②

3.比較上面①②兩個等式右邊，由于冰融化的水的重力等于冰的重力，即G水=G冰，所以F浮=：F浮，也就是說浮力大小沒變，所以液面不變。

有了上邊的方法，我們可以把這種方法進一步推廣，舉例說明：

例2.一冰塊中包含有一小塊鐵塊，漂浮于水面，當冰塊融化以后，試判斷液面如何變化？

解析：冰塊融化前，由于冰塊和鐵塊整體漂浮于水面，所以：

F浮=G冰+G鐵——①

當冰塊融化后把冰塊融化的水獨立出來，則：

F浮=F浮水+F浮鐵——②

比較上面兩式右邊，由例1可知，F浮水=G冰，由于冰塊融化

以后鐵塊沉入水中，則F浮鐵

F浮

冰塊里面包含泡沫，小木塊，石塊等都可以用同樣的方法分析。

例3.湖面上漂浮著一艘船，一位潛水運動員從水下搬了一塊石頭上船，請問湖面水位如何變化？

解析：當石頭在水面下的時候，船和石塊受到的總浮力：F浮=F浮+F浮——①

當石塊搬上船時，石塊和船整體處于漂浮狀態，船和石塊受到的總浮力：F浮=G船+G石——②

比較上面①②兩式右邊，由于船沒有裝石頭時，船處于漂浮狀態，所以F浮=G船當石頭在水面下的時候，石塊下沉，則G石>F浮石，所以G船+G石>F浮+F浮，即F浮>F浮，也就是說，石頭搬上船以后，總的浮力變大了，液面就上升。反之，如果把船上的石頭往湖水中拋去，液面就下降。由此題可以進一步的推廣，向湖中拋（打撈）木塊，泡沫，鐵塊等等，分析方法是一樣的。

（作者單位 重慶市巴南區實驗中學）