這道題一直困擾著我,哪位物理大神能夠給出一種更好的方法

物理大招方法2

今天我們研究的這道題依然是一道液體壓強的難題,在競賽與自主招生中也比較常見。這道題一直困擾著我多年,沒有找到一種比較簡明的方法。這裡我把這種題目的兩種方法分享出來,拋磚引玉,看有沒有哪位大神能給出更好的方法。話不多說,上題:

這道題一直困擾著我,哪位物理大神能夠給出一種更好的方法

例題

這種題一共兩種方法,第一種用特值法,比較簡單;第二種需要數學功底比較強,不過這裡不做過多推導,僅以直觀的幾何比例給同學們講解。

方法技巧一

假定兩種液體的高相同,均為h/2,則PA=ρ1gh/2 +ρ2gh/2 =gh(ρ1+ρ2)/2。而混合以後體積不變,高也不變,所以混合以後的壓強PB=ρ混gh。因為gh相同,也就只需要比較ρ混(ρ1+ρ2)/2這兩個密度的大小即可。又由於(ρ1+ρ2)/2為等體積混合的密度,而ρ混這個混合密度中,密度大的ρ2佔的體積比例更多(超過一半),所以混合密度大於等體積混合的密度,所以PA。當然這個是我們取特殊值,假定兩種液體的高相同,那如果是它們的高不同,按任意比例混合,還滿足這個結論嗎?答案是依然滿足——任意比例混合以後的壓強都要變大。當然底面積不變的情況下,壓力也變大。下面我們來推導一般情況。

方法技巧二

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柱形容器

首先同學們要清楚的是,柱形容器中兩種液體,不管是按照任意比例混合,最終對容器底的壓強壓力都是不變的,因為混合前後質量不變,那壓力不變,壓強也不變。這是同學們首先要明確的內容。接下來看下圖:

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圖3

這裡思維量比較大,同學們認真分析。

我們研究圖乙中,中間部分對容器底的壓強(容器底部各個地方壓強都相等),則

PB=ρ混gh。如果混合密度是按照甲圖中,中間柱形部分的體積比混合,則壓力不變,壓強不變。但顯然,圖乙中不是按照這個比例混合的。看甲圖,旁邊兩個三角形我們標記成五塊,把123拼接成一塊,則這部分跟中間柱形容器的混合比例相同。那麼,密度大的ρ2還有剩餘,也就是旁邊混合時,相對中間柱形容器中液體的混合來說,密度大的ρ2佔的比例更多,故乙圖中ρ混將比按中間柱形部分的體積比混合的密度大,所以壓強要變大,PB>PA

這種分析方法似乎存在一定的問題,不知道有沒有同學能夠指出,或者你有更好的方法,可以分享交流一下。


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