Question

關(guān)于小明家里的魚缸
小明家里的方形玻璃魚缸長80cm，寬40cm，高30cm，水深25cm，魚缸本身質(zhì)量為5kg，放在靠窗的水平臺面上．
（1）如圖，有一束與水平面成30°的光斜射入魚缸水中，發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，請你畫出反射光線并標出反射角度，并大致畫出折射光線的路徑．
（2）如果忽略玻璃的厚度，魚缸中水有多重？
（3）臺面所受的壓力是多大？請在圖中畫出此力的示意圖．
（4）魚缸對桌面的壓強是多大？
（5）如圖是小明他畫的在上，下溫度一致的湖水中，魚兒戲水時吐出小氣泡的情景．你覺得他畫的氣泡情況符合實際嗎？如果不符合，請根據(jù)你所學過的物理知識指出正確的畫法（用簡單的文字表述，不用畫圖），并指出這樣畫的物理學根據(jù)．
正確畫法：
物理根據(jù)：
（6）魚吐出的氣泡為什么會上��？
（7）小明看到爸爸這樣換魚缸水，把一根軟管裝滿水，用手按住兩端的管口，然后把管子的一端放入魚缸中，另一端放入下面的盆里．松開手指，魚缸里的舊水就經(jīng)過管子流到下面的盆里了．爸爸說這個現(xiàn)象叫虹吸現(xiàn)象，水流過的那根管子叫做虹吸管．
小明看到虹吸管的形狀很像一個倒過來的“U”型管．“在什么情況下，虹吸管內(nèi)的液體才能流動呢？液體流動的方向又是怎樣的呢？”小明問自己．
小明把自己的問題說給好朋友曉麗，他們兩個人設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，并設(shè)計了實驗的步驟：
①首先將燒杯A抬高，使A杯中的液面高于B杯中的液面，觀察虹吸管中水的流動情況；
②將A杯放低，使A杯的液面與B杯的液面相平，觀察虹吸管水的流動情況；
③將A杯放低，使A杯的液面低于B杯的液面，觀察虹吸管中水的流動的情況．
實驗中將會出現(xiàn)哪些現(xiàn)象呢？對此，曉麗認為由于兩杯子的液面同時受到大氣壓強的作用，而大氣壓可以支持10m多高的水柱，因此管內(nèi)的液體一定不會有流動現(xiàn)象產(chǎn)生；而小明卻認為管中有液體存在，管兩端液柱的高度不同，產(chǎn)生的液體壓強也不同，因此液面一定會流動．
到底誰的預測正確呢？兩個人動手完成了剛才所設(shè)計的實驗，獲得以下的實驗現(xiàn)象：

液面高 度情況	A杯的液面 高于B杯的液面	A杯與B杯的 液面等高	A杯的液面 低于B杯的液面
液體流 動情況	A流向B	不流動	B流向A

他倆分析了實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，找到了虹吸管中液體流動的規(guī)律．
通過閱讀，請你回答下列問答題：
（1）從文章中我們可以得到的結(jié)論是：當虹吸管兩端的液面

不相平

時，管內(nèi)液體就會流動．流動的方向是

由液面高的容器流向液面低的容器

．
（2）在某些裝置中，常用虹吸管來自動放水，如圖所示，只要容器中的液面到達aa’，容器里的水就被虹吸管自動放出，原因是

C

A、只有大氣壓強作用                      B．只有液體壓強作用
C．是大氣壓強與液體壓強共同作用的結(jié)果    D．以上說法都不正確
（3）虹吸現(xiàn)象在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常常用到，請你列舉一個生活中應(yīng)用虹吸現(xiàn)象的實例．
（4）文章中的每一段都是一個探究環(huán)節(jié)，把這些環(huán)節(jié)連接起來就形成一個完整的探究過程．那么，曉麗和小明在探究虹吸現(xiàn)象的過程中經(jīng)歷的探究環(huán)節(jié)依次有發(fā)現(xiàn)問題、

提出問題

、

設(shè)計實驗

、

預測

、

進行實驗

、得 出結(jié)論．

Answer 1

分析：（1）光線從空氣斜射到水面時，既發(fā)生反射，又發(fā)生折射．反射遵循反射定律，折射遵循折射規(guī)律．
（2）已知魚缸的長、寬和水深，可以計算出水的體積V；利用公式m=ρV，能夠得出水的質(zhì)量m；最后公式G=mg就可以求出水重．
（3）已知魚缸的質(zhì)量，可以得到魚缸重，魚缸對水平臺的壓力等于魚缸和水的總重力；然后根據(jù)力的三要素畫出壓力的示意圖．
（4）已知魚缸的長和寬，可以得到底面積；利用公式p=

F

S

計算臺面受到的壓強．
（5）氣泡在水中上升過程中，形狀是否變化及如何變化，取決于所受水的壓強變化，用公式p=ρgh分析．
（6）氣泡的密度小于水的密度，然后根據(jù)物體的浮沉條件可知魚吐出的氣泡會上�。�
（1）分析表格中的數(shù)據(jù)即可得出虹吸現(xiàn)象的結(jié)論．
（2）根據(jù)液面相平不發(fā)生虹吸現(xiàn)象，液面存在高度差發(fā)生，然后利用氣體壓強和液體壓強公式進行分析．
（3）類比著利用虹吸現(xiàn)象給魚缸換水列舉生活中的應(yīng)用．
（4）根據(jù)科學探究的環(huán)節(jié)以及短文內(nèi)容回答他們經(jīng)歷的探究環(huán)節(jié)．

解答：解：（1）入射光線與水平面成30°，所以入射角為60°，根據(jù)光的反射定律，反射角等于入射角，即反射角為60°；
光從空氣斜射入水，折射光線向法線偏折；如下圖所示：

（2）魚缸中水的體積：
V=0.8m×0.4m×0.25m=0.08m³，
水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×0.08m³=80kg
水重：
G_水=mg=80kg×10N/kg=800N；
（3）魚缸的重力：
G₀=m₀g=5kg×10N/kg=50N，
臺面受到的壓力：
F=G₀+G_水=50N+800N=850N；
壓力的作用點位于受力物體臺面上，方向豎直向下，如下圖所示：

（4）魚缸與臺面的接觸面積為
S=ab=0.8m×0.4m=0.32m²，
臺面受到的壓強：
p=

F

S

=

850N

0.32m2

=2656.25Pa；
（5）由液體壓強公式p=ρgh知，在水的密度一定時，壓強變化決定于水的深度．
氣泡上升，深度減小，所以受到水的壓強減��；在溫度一定時，氣泡受到的壓強減小，體積會增大，所以上升過程中，氣泡應(yīng)該越來越大．
（6）氣泡里邊氣體的密度小于水的密度，根據(jù)上浮的條件可知氣泡會上浮．
（1）由表格中：兩液面相同時，水不流動；液面不同時，液面高的向液面低的流動；
故可得結(jié)論：當虹吸管兩端的液面不相平時，管內(nèi)液體就會流動．流動的方向是由液面高的容器流向液面低的容器．
（2）兩液面上浮與大氣相通，當液面存在高度差時，即兩液面之間存在液體壓強，則會發(fā)生虹吸現(xiàn)象，
故虹吸現(xiàn)象是由大氣壓強與液體壓強共同作用的結(jié)果．
（3）生活中應(yīng)用虹吸現(xiàn)象的實例有：給汽車油箱放油、水箱放水等．
（4）他們經(jīng)歷的探究環(huán)節(jié)有：提出問題、設(shè)計實驗、預測、進行實驗．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）魚缸中水重為800N；
（3）臺面所受的壓力為850N，此力的示意圖如上圖所示；
（4）魚缸對桌面的壓強是2656.25Pa；
（5）正確畫法：魚嘴吐出的氣泡上升時應(yīng)越來越大；
物理根據(jù)：因為氣泡所受水的壓強隨著水的深度增加而增大，氣泡的體積隨著壓強的增大而減小，所以氣泡在水底時體積應(yīng)是最小；
（6）氣泡的密度小于水的密度，所以氣泡所受的重力小于氣泡所受浮力，因此氣泡上�。�
（1）不相平；由液面高的容器流向液面低的容器；
（2）C；
（3）用虹吸管給汽車油箱放油、水箱放水；
（4）提出問題、設(shè)計實驗、預測、進行實驗．

點評：本題考查了光的折射和反射、密度公式、壓強公式、重力公式的理解和應(yīng)用以及學生分析實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力和作圖能力，涉及的知識點較多，綜合性較，難度較大；同時體現(xiàn)了物理來源于生活，又服務(wù)于生活的特點，是一道好題．