为提升学生的动手和创新能力，学校组织了自制潜水器比赛。
【产品制作】项目化学习小组设计并制作了1.0版潜水器，如图甲。

【产品测试】测试过程中，小组同学发现了以下几个问题：
① 潜水器能实现水中上浮和下沉，无法前进和后退。
② 潜水器外部连接胶管，上下运动范围受到胶管长度限制，与真实的潜水器不同。
【迭代升级】为解决上述问题，项目化学习小组重新设计并制作了2.0版潜水器，如图乙。

【使用方法】
① 通过改变电动机1的转动方向推、拉注射器的活塞，实现注射器进水和排水。
② 通过改变电动机2的转动方向带动螺旋桨顺、逆时针转动，实现潜水器前进和后退。
【产品测试】
（1）启动电动机2，使螺旋桨向后推动，潜水器向前运动。潜水器的前进涉及哪些力学原理？（写出其中一点）。
（2）1.0版潜水器和2.0版潜水器都能通过推拉注射器活塞实现上浮和下沉，若要使漂浮在水面的潜水器下沉，应（填“向左推”或“向右拉”）注射器活塞。
（3）启动电动机1使活塞运动，潜水器却始终无法下沉。检查模型各零件均完好无损，请利用所学知识为2.0版潜水艇提出一条改进措施：。
（4）改进后，小组成功模拟了潜水器的各种运动。前30 s，潜水器从漂浮状态缓缓下降，直至恰好浸没；30～90 s，潜水器下沉；90～150 s，潜水器缓缓上升直至浮出水面；150 s后，潜水器保持静止。请在图丙中画出潜水器运动时的浮力变化情况。

（1）力能改变物体的运动状态(或力的作用是相互的)
（2）向右拉
（3）换用更大的注射器(或增加金属配重)
（4）

【分析】
本题围绕自制潜水器的设计与测试，考查力学和浮力的相关知识，需结合实际场景逐一分析各问题：
1. 问题（1）：螺旋桨向后推水时，水对潜水器产生向前的反作用力，体现力的作用是相互的；同时潜水器运动状态改变，也体现力能改变物体的运动状态，任选其一即可。
2. 问题（2）：潜水器下沉需要增大自身重力，向右拉注射器活塞会使注射器内气压减小，外界水进入注射器，潜水器总重增加，当重力大于浮力时实现下沉。
3. 问题（3）：潜水器无法下沉是因为总重力小于浮力，可通过增大总重力（如换更大注射器进更多水、增加配重），使重力大于浮力实现下沉。
4. 问题（4）：根据运动过程分析浮力变化：0~30s从漂浮到浸没，排开体积增大，浮力逐渐变大；30~90s浸没后下沉，排开体积不变，浮力不变；90~150s上浮至浮出水面，排开体积减小，浮力减小；150s后漂浮，浮力等于重力保持不变，对应图像符合题目给出的变化规律。
【解析】
（1）螺旋桨向后推动水，对水施加向后的力，根据力的作用是相互的，水对螺旋桨施加向前的反作用力，使潜水器向前运动；或潜水器由静止变为运动，说明力能改变物体的运动状态，故写出其中一点即可。
（2）要使漂浮的潜水器下沉，需增大自身重力。向右拉注射器活塞时，注射器内部空间变大，气压减小，外界大气压将水压入注射器，潜水器总重力增加，当重力大于浮力时，潜水器下沉，故填向右拉。
（3）潜水器无法下沉，说明总重力小于浮力，需增大总重力。换用更大的注射器可吸入更多水，增加总重力；或增加金属配重，直接增大总重力，使重力大于浮力，实现下沉。
（4）根据运动阶段：0~30s排开体积增大，浮力逐渐增大；30~90s浸没后浮力不变；90~150s排开体积减小，浮力减小；150s后漂浮浮力不变，对应图像如参考答案所示。
【答案】
（1）力能改变物体的运动状态(或力的作用是相互的)
（2）向右拉
（3）换用更大的注射器(或增加金属配重)
（4）
【知识点】
力的作用是相互的、浮力的应用、物体的浮沉条件
【点评】
本题结合自制潜水器的实际项目，将力学与浮力知识融入实际场景，考查学生对知识点的理解和应用能力，需联系实际分析问题，难度适中。
【难度系数】
0.6