1. 潜水艇的原理:利用烧瓶、塑料管、软管、双孔塞、玻璃水槽自制了潜水艇模型,如图甲所示,玻璃水槽中装入足量的水。烧瓶内装入适量的水,用双孔塞塞住,在双孔塞上插入一长一短的塑料管,并将长塑料管连接到软管上,软管口伸到水面上。如图甲所示,将烧瓶放入水槽中,使烧瓶在水中刚好处于悬浮状态。通过软管A向内打气时,内部气压增大,水流出,重力______浮力,“潜水艇”上浮,反之,可实现“潜水艇”下沉。可见,“潜水艇”是靠改变其自身重力来实现上浮和下沉的。

答案
【项目实施】1.小于
2. 设计制作潜水艇
同学们利用硬质塑料瓶制作潜水艇,塑料瓶厚度不计,相邻两舱之间密封不连通,水舱与注射器通过塑料软管相连,推拉注射器活塞可以实现潜水艇的浮沉,模型如图乙所示。
(1) 为使潜水艇上浮,小组同学的操作是推动活塞,向水舱中打气,排出水舱内的水,潜水艇浮力大于重力时实现上浮;为使潜水艇下沉,小组同学的操作是拉动活塞,从水舱中抽气,水舱内进水,潜水艇重力大于浮力时实现下沉。
(2) 注射器的规格:要能实现潜水艇的上浮与下沉,注射器的规格也很重要。同学们想将图乙中的注射器换成规格为100mL的,潜水艇的总体积是$650cm^3,$所用材料的总质量是0.5kg。请你通过计算说明可以将注射器换成100mL的吗?(ρ水$= 1.0×10^3kg/m^3,g$取10N/kg)

同学们利用硬质塑料瓶制作潜水艇,塑料瓶厚度不计,相邻两舱之间密封不连通,水舱与注射器通过塑料软管相连,推拉注射器活塞可以实现潜水艇的浮沉,模型如图乙所示。
(1) 为使潜水艇上浮,小组同学的操作是推动活塞,向水舱中打气,排出水舱内的水,潜水艇浮力大于重力时实现上浮;为使潜水艇下沉,小组同学的操作是拉动活塞,从水舱中抽气,水舱内进水,潜水艇重力大于浮力时实现下沉。
(2) 注射器的规格:要能实现潜水艇的上浮与下沉,注射器的规格也很重要。同学们想将图乙中的注射器换成规格为100mL的,潜水艇的总体积是$650cm^3,$所用材料的总质量是0.5kg。请你通过计算说明可以将注射器换成100mL的吗?(ρ水$= 1.0×10^3kg/m^3,g$取10N/kg)
答案
【解析】:
要使潜水艇实现在水中的悬浮,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,已知$\rho_{水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$,$g = 10N/kg$,$V_{排}=650cm^{3}=650×10^{-6}m^{3}$,则浮力$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}=1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg×650×10^{-6}m^{3}=6.5N$。
根据$G = mg$,材料总质量$m = 0.5kg$,则材料总重力$G=mg = 0.5kg×10N/kg = 5N$。
因为潜水艇悬浮时$F_{浮}=G_{总}=G + G_{水}$,所以需注入水的重力$\Delta G_{水}=F_{浮}-G=6.5N - 5N = 1.5N$。
再根据$V=\frac{m}{\rho}=\frac{G}{\rho g}$,可得需注入水的体积$\Delta V_{水}=\frac{\Delta G_{水}}{\rho_{水}g}=\frac{1.5N}{1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg}=1.5×10^{-4}m^{3}=150cm^{3}$。
而$100mL = 100cm^{3}$,$150cm^{3}>100cm^{3}$。
【答案】:不可以将注射器换成规格为$100mL$的。
要使潜水艇实现在水中的悬浮,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,已知$\rho_{水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$,$g = 10N/kg$,$V_{排}=650cm^{3}=650×10^{-6}m^{3}$,则浮力$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}=1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg×650×10^{-6}m^{3}=6.5N$。
根据$G = mg$,材料总质量$m = 0.5kg$,则材料总重力$G=mg = 0.5kg×10N/kg = 5N$。
因为潜水艇悬浮时$F_{浮}=G_{总}=G + G_{水}$,所以需注入水的重力$\Delta G_{水}=F_{浮}-G=6.5N - 5N = 1.5N$。
再根据$V=\frac{m}{\rho}=\frac{G}{\rho g}$,可得需注入水的体积$\Delta V_{水}=\frac{\Delta G_{水}}{\rho_{水}g}=\frac{1.5N}{1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg}=1.5×10^{-4}m^{3}=150cm^{3}$。
而$100mL = 100cm^{3}$,$150cm^{3}>100cm^{3}$。
【答案】:不可以将注射器换成规格为$100mL$的。
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