一道竞赛题的解法技巧与启迪

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  题目:如图所示,一个上细下粗的圆台形筒子,下面用一重力忽略不计的薄片贴住,浸入水中后,薄片不会下落;如果筒中住入100克水,恰能使它脱落,液体不溢出,则下列情况中能使薄片下落的是()
  A、在薄片中央轻放100克砝码
  B、慢慢注入100克酒精
  C、慢慢注入100克水银
  D、上述三种做法都不行
  解法一:运用补法。在筒中注入100克水,水对薄片压力大于重力,而在薄片中央轻放100克砝码产生压力恰好等于其重力,小于100克水产生的压力,故薄片不会下落。而在筒中注入酒精和水银时,液体对薄片压力都大于自身的重力,要比较它们对薄片产生的压力大小与水的压力大小,关键是看添加的液体重力大小的关系。
  图中阴影部分表示添加在容器底的液体,设它们重力分别为G1、G2、G3,由图示可知:
  G1/G酒精>G2/G水>G3/G水银
  ∴ G酒精+G1>G水+G2>G水银+G3
  即F酒精>F水>F水银
  故注入100克酒精产生的压力大于100克水产生的压力,因而薄片会下落;注入100克水银产生的压力小于100克水产生的压力,因而薄片不会下落。
  答案:B
  说明:运用补法的基本要求是要能画出分析示意图,并在图上直观补出添加液体的重力,结论便从图示而来,此法看似简单易懂,但在实际教学中发现,学生很难从图中直接得出:G1 / G酒精>G2 / G水>G3 / G水。
  解法二:运用割补法。在本题中的容器中注入质量相同的水、酒精和水银时,薄片是否下落是根据三种液体对薄片的压力的大小来确定的,对薄片的压力比水大的下落,比水小的不会下落;而三种液体对薄片的压力都比各自的重力大,直接比较压力的大小是行不通的,所以我们可以把比较压力的大小转化为比较压强的大小,因为液体对薄片的压强大的压力也大。
  在图示中将左边斜影部分割下,补到右边斜影处,这样构成的液柱的重力和深度都没有变化,故割补前后液体对薄片的压强的大小不变,而割补之后液柱对此时底面的压力的大小等于其重力,即图中所示的底面S1、S2、S3上受到的压力大小相等,又由图示直接可知:S1<S2<S3,据公式p=F/S得到p酒精>p水>p水银,再根据压强的变形公式F=pS得到未割之前液体对薄片的压力大小关系为F酒精>F水>F水银。所以倒入100克的酒精薄片下落,倒入100克的水银薄片不下落,故选择B。
  点评:通过上例两种方法的分析,加深了学生对固体和液体的压强公式的理解和运用,拓宽了学生的解题思路,同时能启迪学生遇到较难的压力和压强的问题,如何运用“割补法”去巧妙地降低题目的难度,达到迎刃而解。运用简单的方法解决较难的问题是中学生必须注重培养的一种解题素质。
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