Question

9．小華同學在實驗室里做系列實驗．

（1）他想通過實驗研究物體受力情況與運動狀態之間的關系．他設法測得密閉小瓶浸沒在水中時所受浮力為1牛，然后裝入適量的細砂，將總重為1牛的小瓶浸沒在水中后放手，其運動狀態如圖甲（a）所示；接著他兩次調整瓶內細砂的質量，重復上述實驗，分別如圖（b）和（c）所示．請根據實驗現象及相關條件，歸納得出初步結論：
（A）由圖（a）可知：浸沒在液體中的物體所受浮力等于重力時，懸浮在液體中；
（B）由圖（b）和（c）可知：浸沒在液體中的物體所受浮力大于重力時，上浮；浮力小于重力時，下沉．
（2）①隨后他又在探究浮力的實驗中把a圖中的小瓶放入一裝有水的溢水杯中則溢出的水的重為B（填序號）．
A．一定等于1牛    B．可能為0.9牛    C．一定小于1牛    D．可能為1.2牛
②接著他分析溢水杯杯底受到水的壓強發生的變化是不變或增大．
（3）他又制作如圖乙所示的潛水艇模型，通過進排氣管吸氣（選填“吸氣”或“吹氣”，使模型下潛直到懸浮，容器中的水面將不變（選填“上升”、“下降”或“不變”，不考慮進排氣管的體積的影響）．

Answer 1

分析 （1）根據實驗目的，結合圖示，得出結論；
（2）①裝有水的溢水杯分裝滿水和沒有裝滿水兩種情況討論；②根據P=ρgh作答；
（3）為使潛水艇模型從圖中位置下沉，則其重力應大于浮力，所以必須從進排氣管處吸氣，塑料瓶內的壓強減小，水進入塑料瓶，總重力增大，大于浮力變會下沉；
將模型本身與容器內的水分割考慮，結合漂浮和懸浮的特點，根據阿基米德原理作出判斷．

解答 解：（1）通過實驗研究物體受力情況與運動狀態之間的關系；
（A）由圖（a）可知：物體處于懸浮狀態，是因為受到浮力與重力大小相等．所以得出的結論是：浸沒在液體中的物體所受浮力等于重力時，懸浮在液體中；
（B）由圖（b）和（c）可知：物體分別向上和向下運動，是因為受到的力為非平衡力，在圖（b）中受到的浮力大于重力，圖（c）中受到的浮力小于重力．
由圖（b）和（c）可知：浸沒在液體中的物體所受浮力大于重力時，上浮；浮力小于重力時，下沉；
（2）總重為1N的小瓶浸沒在水中時所受浮力為1牛，把a圖中的小瓶放入一裝有水的溢水杯中，小瓶處于縣浮狀態，F_浮=G_瓶=1N：
①若溢水杯是盛滿水，根據阿基米德定律，小瓶受到的浮力等于排開的水重，即排出的水重，F_浮=G_排出=1N；
若溢水杯中水沒有滿，則溢出的水的重小于排開水的重，即小于1N，
綜上，小瓶處于縣浮狀態可能為0.9N；
②對第一種情況，水的深度h不變，根據P=ρgh水對杯底的壓強不變；
對第二種情況，水的深度增加，根據P=ρgh水對杯底的壓強增大；
（3）必須從進排氣管處吸氣，塑料瓶內的壓強減小，水進入塑料瓶，總重力增大，大于浮力變會下沉；
容器內水的總體積不變，無論模型（本身）在水中漂浮還是懸浮，其受到的浮力都等于重力，根據阿米德原理，模型自自身排開水的體積不變，所以，通過進排氣管吸氣”，使模型下潛直到懸浮，容器中的水面將不變．
故答案為：（1）（A）浸沒在液體中的物體所受浮力等于重力時，懸浮在液體中；        
 （B）浸沒在液體中的物體所受浮力大于重力時，上浮；浮力小于重力時，下沉；
（2）①B； ②不變或增大；       
（3）吸氣； 不變．

點評 本題考查物體的浮沉條件，阿基米德原理、液體壓強、潛水艇原理等知識，綜合性較強，同時也涉及對分割思想和分類討論思想的考查．