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龙宫借宝话做功

2020-09-10张虎岗

初中生学习指导·中考版 2020年8期
关键词:金箍棒浮力重力

张虎岗

《西游记》《红楼梦》《三国演义》《水浒传》《镜花缘》等都是我国优秀的古典名著,在这些名著中,不仅有一个个跌宕起伏、扣人心弦的故事,还有许多生动有趣的物理知识。今天,就和同学们一起品味名著中的物理知识。

在《西游记》中有一段“龙宫借宝”的故事,说的是孙悟空得到如意金箍棒的经过。

龙王果引导至海藏中间,忽见金光万道。龙王指定道:“那放光的便是。”悟空撩衣上前,摸了一把,乃是一根铁柱子,约有斗来粗,二丈有余长。他尽力两手挝(zhuā,古同“抓”)过道:“忒粗忒长些!再短些细些方可用。”说毕,那宝贝就短了几尺,细了一围。悟空又颠一颠道:“再细些更好!”那宝贝真个又细了几分。悟空十分欢喜,拿出海藏看时,原来两头是两个金箍,中间乃一段乌铁;紧挨箍有镌成的一行字,唤作“如意金箍棒”,重一万三千五百斤。心中暗喜道:“想必这宝贝如人意!”一边走,一边心思口念,手颠着道:“再短细些更妙!”拿出外面,只有二丈长短,碗口粗细。

问:(1)金箍棒未变小时,“约有斗来粗,二丈有余长”“重一万三千五百斤”。按国际单位制计算,金箍棒体积约0.86 m3,质量为6750 kg。请通过计算说明,金箍棒有没有可能是由铁制成的?(ρ铁=7.9 ×103 kg/m3)

(2)设海水的密度为1.0 × 103 kg/m3,当金箍棒体积变为约0.2 m3时,在海水中孙悟空将它竖直上提1000 m,至少要对金箍棒做多少功?

(3)有同学认为,如意金箍棒可以自己上升到海面,你认为这种说法正确吗?为什么?

分析:第(1)小题要求判断金箍棒有没有可能是铁制成的,需先计算出金箍棒的密度,然后和铁的密度进行比较。如果两个密度值相差不大,则金箍棒可能是由铁制成的;如果相差较大,则金箍棒不可能是由铁制成的。第(2)小题是计算对金箍棒所做的功,距离已知,需先求出向上提棒所用的力。需明确的是在海水中提起物体所用的力并不等于物体所受重力,而是物体所受的重力与浮力之差。另外,在计算浮力时,还要注意金箍棒此时的体积。第(3)小题可以结合物体的浮沉条件以及金箍棒体积的可变性进行分析。

解:(1)金箍棒的密度ρ = [mV] = [6750 kg0.86 m3] ≈ 7.8 × 103 kg/m3,

该密度与铁的密度接近,所以金箍棒有可能是由铁制成的。

(2)金箍棒所受重力G=mg=6750 kg × 10 N/kg=6.75 × 104 N,

金箍棒浸没在海水中,排开海水的体积V排=V′=0.2 m3,

金箍棒浸没在海水中受到的浮力F浮=G排=ρ水gV排=1.0 × 103 kg/m3 × 10 N/kg × 0.2 m3=2 × 103 N,

在海水中向上提金箍棒所用最小的力F =G-F浮= 6.75 × 104  N-2 × 103 N=6.55 × 104 N,

孙悟空至少对金箍棒做的功W =Fs =6.55 × 104  N × 1000 m=6.55 × 107 J。

(3)金箍棒在海水中受到重力和浮力的作用,将金箍棒变长变粗,当其体积足够大时,海水对金箍棒的浮力会大于金箍棒自身所受重力,金箍棒就会自行浮到海面。

点拨:在读题、解题的过程中,同学们也经历了从“原始问题”中提取信息、转化信息,进而编制试题、解答试题的过程。在这个过程中,会产生“我怎么没想到这里面的物理知识呢?”的想法,有助于养成应用物理知识分析问题的习惯。

【拓展练习】

1. 小说《镜花缘》第七十九回有这样一段:宝云把奶公叫来问问家乡光景,并问南边有何新闻。奶公道:“別无新闻:只有去岁起了一阵大风,把我院内一口井忽然吹到墙外去。”绿云道:“如此大风,却也少见。”奶公道:“不瞒小姐说:我家是个篱笆墙。这日把篱笆吹过井来,所以倒像把井吹到墙外去。”在这里,奶公说“井”被吹到篱笆墙外是以为参照物的,若以地面为参照物,“井”是的,这也说明运动和静止是。

2. 《红楼梦》里是这样描述凤姐出场的:刘姥姥、黛玉、宝玉及一些三姑四姐们正在屋里谈得高兴,这时门外走廊传来一阵爽朗的笑声,“原来她们都在这儿啦。”宝玉一听这声音便道“凤姐来了。”宝玉一听见声音,便知道是凤姐,靠的是( )。

A. 声音的响度 B. 声音的音色

C. 声音的音调 D. 声音的传播速度

答案:1. 篱笆 静止 相对的 2. B

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