5 跨学科实践：潜艇
1．[2024·修水模拟]如图所示，小明用大号注射器、硬塑料瓶等器材制作了一个潜水艇模型(忽略进气排气管的体积)，探究潜水艇的浮沉原理．下列说法正确的是( D )
第1题图
A．若要让悬浮的模型上浮应使模型中进水
B．推动活塞排水，排水孔处受到水的压强变大
C．模型悬浮时，仅改变它所处的深度仍然能保持静止
D．潜水艇能上浮或下沉是通过改变自重实现的
2．[2024·十堰二模]物理实践活动中，小明自制了一个体积为50 cm3的潜艇模型，如图所示．下列说法正确的是( C )
第2题图
A．潜艇模型悬浮在水中时受到的浮力为5 N
B．潜艇模型是通过改变所受的浮力实现浮沉的
C．将注射器向左推，图中悬浮的潜艇模型上浮
D．潜艇模型在水面下下潜的过程中受到的浮力增大
3．[2024·泾阳期中]如图所示，小明用硬质塑料瓶、注射器等器材制作了一个潜艇模型，通过推拉注射器实现潜艇模型的浮沉．潜艇模型总质量为0.65 kg、体积为800 cm3(不包含注射器与塑料软管)，放在装水的容器中实验(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)，下列关于该潜艇模型说法中正确的是( C )
第3题图
A．向内推注射器活塞，可使悬浮的潜艇模型下沉
B．潜艇模型浸没后继续下沉的过程中，排开水的体积变大
C．要使该潜艇模型悬浮，水舱内需吸入150 mL的水
D．在较浅处悬浮的潜艇模型下潜至更深处悬浮，注射器应一直向外抽气
4．[2024·宁阳期末]如图所示，关于物体受到的浮力及其应用，下列说法正确的是( C )
第4题图
①图甲所示，孔明灯内的气体密度小到一定程度后，孔明灯便可升空
②图乙所示，轮船从长江驶入海洋的过程中，浮力不变
③图丙所示，良种所受浮力小于重力，次种所受浮力大于重力
④图丁所示，潜水艇浸没后下沉过程中，浮力不变
A．只有①②③正确 B．只有①③④正确
C．只有①②④正确 D．只有②③④正确
5．[2024·金湾区期末]如图所示是兴趣小组制作的演示潜艇原理的模型，通过胶管从烧瓶中吸气或向烧瓶中吹气，就可使烧瓶下沉或上浮，当从烧瓶中吸气时潜艇模型的重力将变大，烧瓶受到的浮力将不变，(以上两空均填“变大”“变小”或“不变”)模型会下沉(填“下沉”或“上浮”)．
第5题图
6．[2024·阳西期末]有一体积为300 cm3、密度为0.8×103 kg/m3的物块，用手压住把它浸没在水中时，它受到的浮力为3N；松手后，待物块再次静止时，它受到的浮力为2.4N．如图所示是某同学利用硬塑料瓶制作的潜水艇模型，为使潜水艇下沉，则必须从进排气管处吸气(填“吸气”或“吹气”)．(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)
第6题图
7．[2024·阿克苏模拟]核潜艇是国家安全的重要保证．
(1)核潜艇在水中使用超声波通信，超声波的特点是振动频率快(填“频率快”或“振幅大”)，在水中的传播速度大于(填“大于”“小于”或“等于”)它在空气中的传播速度．
(2)考虑受到海水的阻力，潜水艇在海面下匀速下潜时，它受到的浮力不变(填“变大”“变小”或“不变”)，其重力与浮力不是(填“是”或“不是”)一对平衡力，每下潜10 m海水对潜水艇顶部200 cm2的面积上压强增加2_000N．(海水密度取1.0×103 kg/m3)
8．[2023·台州期末]学校开展“自制潜水艇”项目挑战赛．
第8题图
【提供器材】带瓶盖的矿泉水瓶(550 mL)4个、注射器和配套的塑料软管、150克密封胶泥、1 000克配重物等．
【明确问题】利用提供的器材设计制作能自由浮潜的潜水艇．
【项目原理】(1)潜水艇通过改变自身重力实现自由浮沉．
【设计制作】小科小组设计的自制潜水艇如图所示．
【检验产品】小科小组利用评价量规测试本组的自制潜水艇．
(2)老师指出小科小组的潜水艇的“浮潜情况”指标为待改进，请通过计算说明原因(不计矿泉水瓶的质量，ρ水＝1.0×10 kg/m3)
(3)请依据评价量规，针对潜艇的“浮潜指标”提出一条改进建议．
解：(2)水舱中水的质量为
m水＝ρ水V水＝1 g/cm3×550 cm3＝550 g，
潜水艇的总质量为m总＝m水＋m胶＋m配＝550 g＋150 g＋1 000 g＝1 700 g＝1.7 kg，
潜水艇的总重力为G总＝m总g＝1.7 kg×10 N/kg＝17 N，
潜水艇排开水的体积为
F排＝4×550 mL＝2 200 mL＝2 200 cm3＝2.2×10－3 m3；
潜水艇浸没时受到的浮力为F浮＝ρ水gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2.2×10－3 m3＝22 N>17 N，
所以潜水艇无法悬浮或下沉；
(3)通过增加配重或在配重舱加水来加以改进．
9．[2024·越秀区月考]潜水艇从海水高密度区驶入低密度区，急剧下降的过程称为“掉深”．如图所示，某潜水艇在a处所受浮力大小为Fa，排开液体重力为Ga，其驶入低密度海水区，“掉深”到b处，此时所受浮力为Fb，排开液体重力为Gb，则下列选项正确的是( D )
第9题图
A．Fa＝Fb B．Fa＜Fb C．Ga＝Gb D．Fa＞Gb
10．[2024·滨江区模拟]校园科技节举行自制潜水器项目比赛．如图甲所示为某项目化小组设计的潜水器模型，其材质为硬质塑料瓶，塑料瓶厚度不计．内部由工作舱和水舱构成，两个舱之间密封不连通，注射器与水舱通过塑料软管相连，移动注射器活塞改变水舱中的空气体积从而改变水量，实现潜水艇的沉浮．设计要求：
第10题图
(1)潜水器可以在水中实现上浮、悬浮、下沉三个模式相互切换．
(2)为保证潜水艇正常工作，应尽可能提高工作舱的体积．
①如图甲所示位置，向外拉动注射器活塞，则潜水器将下沉(填“上浮”或“下沉”)．
②已知该小组同学采用的材料总质量为0.5 kg，体积为800 cm3，他们设计了四种方案的工作舱和水舱的体积，如表格所示，请根据设计要求，选择最合适的方案3．(g取10 N/kg)
③如图乙所示为潜水器的横截面示意图．某次潜水器沉浮测试过程中，潜水器经过的几个位置如图丙所示，O点开始向水舱内注水，潜水器开始下沉；A点向外排尽水舱中的水；B点潜水艇顶端怡好到达水面；C点潜水器弧形部分怡好露出水面；D点为潜水器最后停在水面的位置．请在图丁中画出潜水器上浮过程中浮力随上升位置变化的曲线．
解：从A到B过程中，潜水艇还未露出水面，故排开水的体积不变，浮力不变；B点开始露出水面，从B到C过程中排开水的体积变小，浮力变小，由于潜水艇顶部是圆弧形的，若潜水艇匀速露出水面，则排开水的体积减小的会越来越快，直到因弧部分全部露出水面；从C到D过程则是排开水的体积均匀减小，所以浮力也是均匀减小，D点处于静止，之后浮力不再变化，浮力等于潜水艇自身重力．所以画得如图所示：
第10题图5 跨学科实践：潜艇
1．[2024·修水模拟]如图所示，小明用大号注射器、硬塑料瓶等器材制作了一个潜水艇模型(忽略进气排气管的体积)，探究潜水艇的浮沉原理．下列说法正确的是( )
第1题图
A．若要让悬浮的模型上浮应使模型中进水
B．推动活塞排水，排水孔处受到水的压强变大
C．模型悬浮时，仅改变它所处的深度仍然能保持静止
D．潜水艇能上浮或下沉是通过改变自重实现的
2．[2024·十堰二模]物理实践活动中，小明自制了一个体积为50 cm3的潜艇模型，如图所示．下列说法正确的是( )
第2题图
A．潜艇模型悬浮在水中时受到的浮力为5 N
B．潜艇模型是通过改变所受的浮力实现浮沉的
C．将注射器向左推，图中悬浮的潜艇模型上浮
D．潜艇模型在水面下下潜的过程中受到的浮力增大
3．[2024·泾阳期中]如图所示，小明用硬质塑料瓶、注射器等器材制作了一个潜艇模型，通过推拉注射器实现潜艇模型的浮沉．潜艇模型总质量为0.65 kg、体积为800 cm3(不包含注射器与塑料软管)，放在装水的容器中实验(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)，下列关于该潜艇模型说法中正确的是( )
第3题图
A．向内推注射器活塞，可使悬浮的潜艇模型下沉
B．潜艇模型浸没后继续下沉的过程中，排开水的体积变大
C．要使该潜艇模型悬浮，水舱内需吸入150 mL的水
D．在较浅处悬浮的潜艇模型下潜至更深处悬浮，注射器应一直向外抽气
4．[2024·宁阳期末]如图所示，关于物体受到的浮力及其应用，下列说法正确的是( )
第4题图
①图甲所示，孔明灯内的气体密度小到一定程度后，孔明灯便可升空
②图乙所示，轮船从长江驶入海洋的过程中，浮力不变
③图丙所示，良种所受浮力小于重力，次种所受浮力大于重力
④图丁所示，潜水艇浸没后下沉过程中，浮力不变
A．只有①②③正确 B．只有①③④正确
C．只有①②④正确 D．只有②③④正确
5．[2024·金湾区期末]如图所示是兴趣小组制作的演示潜艇原理的模型，通过胶管从烧瓶中吸气或向烧瓶中吹气，就可使烧瓶下沉或上浮，当从烧瓶中吸气时潜艇模型的重力将 ，烧瓶受到的浮力将 ，(以上两空均填“变大”“变小”或“不变”)模型会 (填“下沉”或“上浮”)．
第5题图
6．[2024·阳西期末]有一体积为300 cm3、密度为0.8×103 kg/m3的物块，用手压住把它浸没在水中时，它受到的浮力为 N；松手后，待物块再次静止时，它受到的浮力为 N 如图所示是某同学利用硬塑料瓶制作的潜水艇模型，为使潜水艇下沉，则必须从进排气管处 (填“吸气”或“吹气”)．(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)
第6题图
7．[2024·阿克苏模拟]核潜艇是国家安全的重要保证．
(1)核潜艇在水中使用超声波通信，超声波的特点是振动 (填“频率快”或“振幅大”)，在水中的传播速度 (填“大于”“小于”或“等于”)它在空气中的传播速度．
(2)考虑受到海水的阻力，潜水艇在海面下匀速下潜时，它受到的浮力 (填“变大”“变小”或“不变”)，其重力与浮力 (填“是”或“不是”)一对平衡力，每下潜10 m海水对潜水艇顶部200 cm2的面积上压强增加 _ N (海水密度取1.0×103 kg/m3)
8．[2023·台州期末]学校开展“自制潜水艇”项目挑战赛．
第8题图
【提供器材】带瓶盖的矿泉水瓶(550 mL)4个、注射器和配套的塑料软管、150克密封胶泥、1 000克配重物等．
【明确问题】利用提供的器材设计制作能自由浮潜的潜水艇．
【项目原理】(1)潜水艇通过 实现自由浮沉．
【设计制作】小科小组设计的自制潜水艇如图所示．
【检验产品】小科小组利用评价量规测试本组的自制潜水艇．
(2)老师指出小科小组的潜水艇的“浮潜情况”指标为待改进，请通过计算说明原因(不计矿泉水瓶的质量，ρ水＝1.0×10 kg/m3)
(3)请依据评价量规，针对潜艇的“浮潜指标”提出一条改进建议．
9．[2024·越秀区月考]潜水艇从海水高密度区驶入低密度区，急剧下降的过程称为“掉深”．如图所示，某潜水艇在a处所受浮力大小为Fa，排开液体重力为Ga，其驶入低密度海水区，“掉深”到b处，此时所受浮力为Fb，排开液体重力为Gb，则下列选项正确的是( )
第9题图
A．Fa＝Fb B．Fa＜Fb C．Ga＝Gb D．Fa＞Gb
10．[2024·滨江区模拟]校园科技节举行自制潜水器项目比赛．如图甲所示为某项目化小组设计的潜水器模型，其材质为硬质塑料瓶，塑料瓶厚度不计．内部由工作舱和水舱构成，两个舱之间密封不连通，注射器与水舱通过塑料软管相连，移动注射器活塞改变水舱中的空气体积从而改变水量，实现潜水艇的沉浮．设计要求：
第10题图
(1)潜水器可以在水中实现上浮、悬浮、下沉三个模式相互切换．
(2)为保证潜水艇正常工作，应尽可能提高工作舱的体积．
①如图甲所示位置，向外拉动注射器活塞，则潜水器将 (填“上浮”或“下沉”)．
②已知该小组同学采用的材料总质量为0.5 kg，体积为800 cm3，他们设计了四种方案的工作舱和水舱的体积，如表格所示，请根据设计要求，选择最合适的方案 ．(g取10 N/kg)
③如图乙所示为潜水器的横截面示意图．某次潜水器沉浮测试过程中，潜水器经过的几个位置如图丙所示，O点开始向水舱内注水，潜水器开始下沉；A点向外排尽水舱中的水；B点潜水艇顶端怡好到达水面；C点潜水器弧形部分怡好露出水面；D点为潜水器最后停在水面的位置．请在图丁中画出潜水器上浮过程中浮力随上升位置变化的曲线．
