《2025年综合应用创新题典中点八年级物理下册教科版》

7. [2024·安徽模拟]如图所示，某科技小组利用容积为500 mL、质量为20 g、厚度不计的饮料瓶做成了潜艇模型，已知图中螺母配重为100 g、体积忽略不计，进排水口和进排气管的质量和体积均忽略不计，水的密度ρ_{水}=1.0×10^{3} kg/m^{3}，g取10 N/kg。
(1)潜艇模型浸没在水中时受到的浮力为_____N。
(2)为了使潜艇模型恰好悬浮在水中，需要在饮料瓶中装入水的质量为________g。

答案：
(1)5　
(2)380　【点拨】
(1)潜艇模型浸没在水中受到的浮力$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}=1.0×10^{3}\text{ kg/m}^{3}×10\text{ N/kg}×500×10^{-6}\text{ m}^{3}=5\text{ N}$。
(2)当潜艇模型悬浮时，$G = F_{浮}=5\text{ N}$，排开水的质量$m_{排}=\frac{G}{g}=\frac{5\text{ N}}{10\text{ N/kg}}=0.5\text{ kg}=500\text{ g}$，在饮料瓶中装入水的质量$m_{水}=500\text{ g}-100\text{ g}-20\text{ g}=380\text{ g}$。

8. (项目化学习)[2024·深圳三模]同学们针对潜艇的制作，开展项目式学习。
【项目设计】项目小组利用硬质塑料瓶制作潜艇，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艇的浮沉，模型如图甲。

【产品检测】
(1)为使潜艇上浮，小组同学的操作是：______________________，从而排出水舱内的水，实现上浮。
(2)如图乙所示，潜艇从B缓慢上浮到A，最终在水面保持静止。请在图丙中画出潜艇所受浮力随时间变化的大致图像。
(3)若某潜艇的总体积是650 cm^{3}，所用材料的总质量是0.5 kg，g取10 N/kg。请判断图甲中注射器能否替换成规格为100 mL的，并说明理由。（假设推拉注射器活塞时，装置内气体体积的变化量与水舱内水的体积变化量相同）
(4)如下为项目小组制定的评价量表：

项目小组对某潜艇测试时发现：注射器活塞推到最左端时，潜艇位于水槽底部。根据测试结果，对该潜艇的浮沉情况评价为________。

答案：
(1)推动活塞,向潜艇内打气
(2)如图所示
(3)不能;要使潜艇实现在水中的悬浮，则浮力应等于潜艇的总重力，该潜艇悬浮时受到的浮力$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}=\rho_{水}gV = 1.0×10^{3}\text{ kg/m}^{3}×10\text{ N/kg}×650×10^{-6}\text{ m}^{3}=6.5\text{ N}$，材料的总质量为$0.5\text{ kg}$，则材料的总重力$G = mg = 0.5\text{ kg}×10\text{ N/kg}=5\text{ N}$，因该潜艇材料的总重力小于悬浮时的浮力，所以需向水舱内注水，则需注入水的重力$\Delta G_{水}=F_{浮}-G = 6.5\text{ N}-5\text{ N}=1.5\text{ N}$，根据阿基米德原理可知，需注入水的体积$\Delta V_{水}=\frac{\Delta G_{水}}{\rho_{水}g}=\frac{1.5\text{ N}}{1.0×10^{3}\text{ kg/m}^{3}×10\text{ N/kg}}=1.5×10^{-4}\text{ m}^{3}=150\text{ cm}^{3}＞100\text{ cm}^{3}=100\text{ mL}$，故图甲中注射器不能替换成规格为$100\text{ mL}$的注射器。
(4)待改进
【点拨】
(2)潜艇从B位置到潜艇上表面刚要露出水面的过程中，潜艇浸没在水中，排开水的体积不变，水的密度不变，则浮力不变，此时浮力大于重力，潜艇上浮；接着潜艇逐渐露出水面，其排开水的体积减小，则浮力变小，最终静止时处于漂浮状态，浮力等于重力。