在实际情境中解决物理问题

刘丽

一、原题呈现

例（2020·辽宁中考卷·第8题）小锦用电磁炉煮水饺时发现：水饺下锅后先沉底，加热几分钟后上浮并最终漂浮。漂浮时与沉底时相比（忽略水饺和锅内水的质量变化），下列判断正确的是（ ）。

A. 水饺的体积不变 B. 水饺所受浮力变大

C. 锅对电磁炉的压力不变 D. 水面会下降，水对锅底的压强变小

考点分析：本题考查了实际情境中的受力分析，运用物体的浮沉条件说明生产生活中的一些现象，浮力大小的判断，阿基米德原理，液体压力、压强，固体压力、压强等。

解析：水饺重力不变，沉底时浮力小于重力，漂浮时浮力等于重力，因此所受浮力变大，B正确;利用阿基米德原理可知：浮力变大，浸入液体体积变大，由此推出两点：一是水饺体积变大，A错误，二是水面上升（考虑热胀冷缩水面也会上升），D错误;忽略水饺和锅内水的质量变化，因此总重不变，锅对电磁炉的压力不变，C正确。故选BC。

方法归纳：本题是一个典型的情境转换问题，借助日常生活中煮饺子这一情境，考查相关物理知识，解决这类问题应经历这样的过程：

（1）把题目文字转化为物理情境：水饺下锅后先沉底，加热几分钟后上浮并最终漂浮（情境中具体信息转化为先沉底最终漂浮）;

（2）把物理情境转化为物理条件：分析沉底、漂浮时的受力，在此基础上对浮力大小、物体浸入液体体积的大小、物体体积、容器对支持面压力及压强、液体对容器底的压力及压强分别作出判断;

（3）把物理条件转化为数学条件：运用浮沉条件，阿基米德原理，固体、液体压强等相关规律解决问题。

二、原创拓展

1. （多选）某同学在粗细均匀的木棒下方缠绕一些细铜丝，制作简易密度计A，如图1甲所示。将A依次放入一系列密度已知的液体中，每次当A在液体中处于竖直漂浮状态时，在木棒上标出与液面位置相平的刻度线及相应密度值ρ，并测量木棒浸入液体的深度h，再利用收集的数据画出ρ-h图象，如图1乙中图线①所示。该同学继续选用了与A完全相同的木棒，并缠绕了不同质量的铜丝制作简易密度计B。将B同样依次放入一系列密度已知的液体中进行实验，得到图1乙中图线②。他进一步研究发现，对于同一密度计，其浸入液体的深度h和对应密度ρ的乘积不变。铜丝的体积可以忽略，下列说法正确的是（ ）。

A. 上述实验中密度计A在不同液体中漂浮时，浸入的深度h越大，受到的浮力越大

B. 密度计A和密度计B在同种液体中漂浮时所受浮力相等

C. 密度计A上缠绕铜丝的质量小于密度计B上缠绕铜丝的质量

D. 将铜丝缠绕在木棒下方，可以降低重心有利于密度计在液体中竖直漂浮

2. 如图2是小明家的电压力锅的工作电路简图，该电压锅有加热和保压两个状态。接通电路后，开关S会依据锅内的温度情况自动与触点a、b接通，或与触点c接通。当锅内温度达到105 ℃时，开关S自动接通相应触点开始保压，此时锅内水温不变，且未沸腾。小明将电压力锅单独接入家庭电路进行了一些研究。下面表格是电压力锅的相关资料和小明进行测量的一些记录，求：

（1）此电压力锅保压时的功率多少？

（2）不计水的质量变化，将3 kg初温为25 ℃的水加入压力锅中，吸收多少热量开始保压？[水的比热容为4.2 × 103J /（kg·℃）]

（3）小明查看家中电能表，发现表盘上标有“1200 r/（kW·h）”字樣，则电压力锅单独工作这段时间内电能表转盘转过多少转？

参考答案：

1. CD 2.解：（1）由题意可知当开关S自动与a、b断开，并与触点c接通时，电路处于保压状态，此时只有R2连入电路，由表格信息知R2 = 440 Ω，由P = UI， [I=UR] 得P2=[U2R2]= [（220V）2440 Ω]=110 W;

（2）当锅内水温度达到105 ℃时，开始保压，3 kg初温为25 ℃的水加入压力锅中，吸收热量：Q吸=cm（t - t0）=4.2 × 103 J/（kg·℃） × 3 kg × （105 ℃ - 25 ℃）=1.008 × 106 J;

（3）由表格知道电压力锅的效率为84%，由[η=Q吸W得]，[W=Q吸η=1.008×106J84%=1.2×106J= ][13kW·h]，由题意知，电能表每消耗电能1 kW·h电能表转盘转过1200 r，因为关闭家中其他用电器，只将该电压力锅接入电路中，这段时间内电能表转盘转过的转数[n=13kW·h][ × 1200 r/]（[kW·h]）[=400 r]。