Question

關于小明家里的魚缸
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，發生反射和折射現象，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．
正確畫法：
物理根據：
（6）魚吐出的氣泡為什么會上浮？
（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，魚缸里的舊水就經過管子流到下面的盆里了．爸爸說這個現象叫虹吸現象，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，他們兩個人設計了如圖所示的實驗裝置，并設計了實驗的步驟：
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．
實驗中將會出現哪些現象呢？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，因此管內的液體一定不會有流動現象產生；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計的實驗，獲得以下的實驗現象：

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的現象，找到了虹吸管中液體流動的規律．
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論是：當虹吸管兩端的液面

不相平

時，管內液體就會流動．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果    D．以上說法都不正確
（3）虹吸現象在日常生活中和工農業生產中常常用到，請你列舉一個生活中應用虹吸現象的實例．
（4）文章中的每一段都是一個探究環節，把這些環節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象的過程中經歷的探究環節依次有發現問題、

提出問題

、

設計實驗

、

預測

、

進行實驗

、得 出結論．

Answer 1

分析：（1）光線從空氣斜射到水面時，既發生反射，又發生折射．反射遵循反射定律，折射遵循折射規律．
（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，能夠得出水的質量m；最后公式G=mg就可以求出水重．
（3）已知魚缸的質量，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，然后根據物體的浮沉條件可知魚吐出的氣泡會上浮．
（1）分析表格中的數據即可得出虹吸現象的結論．
（2）根據液面相平不發生虹吸現象，液面存在高度差發生，然后利用氣體壓強和液體壓強公式進行分析．
（3）類比著利用虹吸現象給魚缸換水列舉生活中的應用．
（4）根據科學探究的環節以及短文內容回答他們經歷的探究環節．

解答：解：（1）入射光線與水平面成30°，所以入射角為60°，根據光的反射定律，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小；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，氣泡應該越來越大．
（6）氣泡里邊氣體的密度小于水的密度，根據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；
故可得結論：當虹吸管兩端的液面不相平時，管內液體就會流動．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，則會發生虹吸現象，
故虹吸現象是由大氣壓強與液體壓強共同作用的結果．
（3）生活中應用虹吸現象的實例有：給汽車油箱放油、水箱放水等．
（4）他們經歷的探究環節有：提出問題、設計實驗、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越來越大；
物理根據：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，因此氣泡上浮．
（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用以及學生分析實驗數據得出結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；同時體現了物理來源于生活，又服務于生活的特點，是一道好題．