在實(shí)際情境中解決物理問題

劉麗

一、原題呈現(xiàn)

例（2020·遼寧中考卷·第8題）小錦用電磁爐煮水餃時(shí)發(fā)現(xiàn)：水餃下鍋后先沉底，加熱幾分鐘后上浮并最終漂浮。漂浮時(shí)與沉底時(shí)相比（忽略水餃和鍋內(nèi)水的質(zhì)量變化），下列判斷正確的是（ ）。

A. 水餃的體積不變 B. 水餃所受浮力變大

C. 鍋對電磁爐的壓力不變 D. 水面會(huì)下降，水對鍋底的壓強(qiáng)變小

考點(diǎn)分析：本題考查了實(shí)際情境中的受力分析，運(yùn)用物體的浮沉條件說明生產(chǎn)生活中的一些現(xiàn)象，浮力大小的判斷，阿基米德原理，液體壓力、壓強(qiáng)，固體壓力、壓強(qiáng)等。

解析：水餃重力不變，沉底時(shí)浮力小于重力，漂浮時(shí)浮力等于重力，因此所受浮力變大，B正確;利用阿基米德原理可知：浮力變大，浸入液體體積變大，由此推出兩點(diǎn)：一是水餃體積變大，A錯(cuò)誤，二是水面上升（考慮熱脹冷縮水面也會(huì)上升），D錯(cuò)誤;忽略水餃和鍋內(nèi)水的質(zhì)量變化，因此總重不變，鍋對電磁爐的壓力不變，C正確。故選BC。

方法歸納：本題是一個(gè)典型的情境轉(zhuǎn)換問題，借助日常生活中煮餃子這一情境，考查相關(guān)物理知識，解決這類問題應(yīng)經(jīng)歷這樣的過程：

（1）把題目文字轉(zhuǎn)化為物理情境：水餃下鍋后先沉底，加熱幾分鐘后上浮并最終漂?。ㄇ榫持芯唧w信息轉(zhuǎn)化為先沉底最終漂?。?

（2）把物理情境轉(zhuǎn)化為物理?xiàng)l件：分析沉底、漂浮時(shí)的受力，在此基礎(chǔ)上對浮力大小、物體浸入液體體積的大小、物體體積、容器對支持面壓力及壓強(qiáng)、液體對容器底的壓力及壓強(qiáng)分別作出判斷;

（3）把物理?xiàng)l件轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)條件：運(yùn)用浮沉條件，阿基米德原理，固體、液體壓強(qiáng)等相關(guān)規(guī)律解決問題。

二、原創(chuàng)拓展

1. （多選）某同學(xué)在粗細(xì)均勻的木棒下方纏繞一些細(xì)銅絲，制作簡易密度計(jì)A，如圖1甲所示。將A依次放入一系列密度已知的液體中，每次當(dāng)A在液體中處于豎直漂浮狀態(tài)時(shí)，在木棒上標(biāo)出與液面位置相平的刻度線及相應(yīng)密度值ρ，并測量木棒浸入液體的深度h，再利用收集的數(shù)據(jù)畫出ρ-h圖象，如圖1乙中圖線①所示。該同學(xué)繼續(xù)選用了與A完全相同的木棒，并纏繞了不同質(zhì)量的銅絲制作簡易密度計(jì)B。將B同樣依次放入一系列密度已知的液體中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到圖1乙中圖線②。他進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，對于同一密度計(jì)，其浸入液體的深度h和對應(yīng)密度ρ的乘積不變。銅絲的體積可以忽略，下列說法正確的是（ ）。

A. 上述實(shí)驗(yàn)中密度計(jì)A在不同液體中漂浮時(shí)，浸入的深度h越大，受到的浮力越大

B. 密度計(jì)A和密度計(jì)B在同種液體中漂浮時(shí)所受浮力相等

C. 密度計(jì)A上纏繞銅絲的質(zhì)量小于密度計(jì)B上纏繞銅絲的質(zhì)量

D. 將銅絲纏繞在木棒下方，可以降低重心有利于密度計(jì)在液體中豎直漂浮

2. 如圖2是小明家的電壓力鍋的工作電路簡圖，該電壓鍋有加熱和保壓兩個(gè)狀態(tài)。接通電路后，開關(guān)S會(huì)依據(jù)鍋內(nèi)的溫度情況自動(dòng)與觸點(diǎn)a、b接通，或與觸點(diǎn)c接通。當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到105 ℃時(shí)，開關(guān)S自動(dòng)接通相應(yīng)觸點(diǎn)開始保壓，此時(shí)鍋內(nèi)水溫不變，且未沸騰。小明將電壓力鍋單獨(dú)接入家庭電路進(jìn)行了一些研究。下面表格是電壓力鍋的相關(guān)資料和小明進(jìn)行測量的一些記錄，求：

（1）此電壓力鍋保壓時(shí)的功率多少？

（2）不計(jì)水的質(zhì)量變化，將3 kg初溫為25 ℃的水加入壓力鍋中，吸收多少熱量開始保壓？[水的比熱容為4.2 × 103J /（kg·℃）]

（3）小明查看家中電能表，發(fā)現(xiàn)表盤上標(biāo)有“1200 r/（kW·h）”字樣，則電壓力鍋單獨(dú)工作這段時(shí)間內(nèi)電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過多少轉(zhuǎn)？

參考答案：

1. CD 2.解：（1）由題意可知當(dāng)開關(guān)S自動(dòng)與a、b斷開，并與觸點(diǎn)c接通時(shí)，電路處于保壓狀態(tài)，此時(shí)只有R2連入電路，由表格信息知R2 = 440 Ω，由P = UI， [I=UR] 得P2=[U2R2]= [（220V）2440 Ω]=110 W;

（2）當(dāng)鍋內(nèi)水溫度達(dá)到105 ℃時(shí)，開始保壓，3 kg初溫為25 ℃的水加入壓力鍋中，吸收熱量：Q吸=cm（t - t0）=4.2 × 103 J/（kg·℃） × 3 kg × （105 ℃ - 25 ℃）=1.008 × 106 J;

（3）由表格知道電壓力鍋的效率為84%，由[η=Q吸W得]，[W=Q吸η=1.008×106J84%=1.2×106J= ][13kW·h]，由題意知，電能表每消耗電能1 kW·h電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過1200 r，因?yàn)殛P(guān)閉家中其他用電器，只將該電壓力鍋接入電路中，這段時(shí)間內(nèi)電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)[n=13kW·h][ × 1200 r/]（[kW·h]）[=400 r]。