【问题分析】潜水艇可以在水中自由上浮与下沉。初步分析可知,潜水艇上浮是由于浮力大于潜水艇自身重力,反之当自身重力大于浮力,潜水艇就下沉了。我们通过实验来直观分析验证一下。
实验所需材料
塑料瓶1个、小药瓶(口服液)1个
实验操作步骤
1.将塑料瓶中灌入约9/10瓶水。
2.将小药瓶中灌入约2/3瓶水。
3.将小药瓶倒立投入塑料瓶中。
4.将塑料瓶盖上瓶盖。
5.反复挤压、放松塑料瓶,观察小药瓶的状态。
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现象及原理分析
通过实验我们发现,当我们挤压塑料瓶,瓶中的小药瓶就下沉,松手后小药瓶又上浮。
实验开始时,之所以小药瓶能浮起来,是因为其所受浮力与小药瓶自身重力及其瓶内水的重力相等,且小药瓶体积不变,其受到的最大浮力也不变。当塑料瓶受到挤压,小药瓶瓶口所受压强增大,使更多的水进入小药瓶(瓶内空气压强也增大)。此时,小药瓶和其中的水的总重量大于浮力,因此下沉。当松开手,小药瓶受到的压强变小,瓶内空气将部分水排出来,此时浮力大于小药瓶及其中的水的总重量,所以就上浮。
潜水艇由于不能依赖体积膨胀和收缩来改变浮力,只能通过调整自身重量来实现上浮、下潜。当需要下潜时,则往贮水箱中灌入海水增加自身重力,实现下潜。反之则排出海水实现上浮。