Question

关于小明家里的鱼缸
小明家里的方形玻璃鱼缸长80cm，宽40cm，高30cm，水深25cm，鱼缸本身质量为5kg，放在靠窗的水平台面上．
（1）如图，有一束与水平面成30°的光斜射入鱼缸水中，发生反射和折射现象，请你画出反射光线并标出反射角度，并大致画出折射光线的路径．
（2）如果忽略玻璃的厚度，鱼缸中水有多重？
（3）台面所受的压力是多大？请在图中画出此力的示意图．
（4）鱼缸对桌面的压强是多大？
（5）如图是小明他画的在上，下温度一致的湖水中，鱼儿戏水时吐出小气泡的情景．你觉得他画的气泡情况符合实际吗？如果不符合，请根据你所学过的物理知识指出正确的画法（用简单的文字表述，不用画图），并指出这样画的物理学根据．
正确画法：
物理根据：
（6）鱼吐出的气泡为什么会上浮？
（7）小明看到爸爸这样换鱼缸水，把一根软管装满水，用手按住两端的管口，然后把管子的一端放入鱼缸中，另一端放入下面的盆里．松开手指，鱼缸里的旧水就经过管子流到下面的盆里了．爸爸说这个现象叫虹吸现象，水流过的那根管子叫做虹吸管．
小明看到虹吸管的形状很像一个倒过来的“U”型管．“在什么情况下，虹吸管内的液体才能流动呢？液体流动的方向又是怎样的呢？”小明问自己．
小明把自己的问题说给好朋友晓丽，他们两个人设计了如图所示的实验装置，并设计了实验的步骤：
①首先将烧杯A抬高，使A杯中的液面高于B杯中的液面，观察虹吸管中水的流动情况；
②将A杯放低，使A杯的液面与B杯的液面相平，观察虹吸管水的流动情况；
③将A杯放低，使A杯的液面低于B杯的液面，观察虹吸管中水的流动的情况．
实验中将会出现哪些现象呢？对此，晓丽认为由于两杯子的液面同时受到大气压强的作用，而大气压可以支持10m多高的水柱，因此管内的液体一定不会有流动现象产生；而小明却认为管中有液体存在，管两端液柱的高度不同，产生的液体压强也不同，因此液面一定会流动．
到底谁的预测正确呢？两个人动手完成了刚才所设计的实验，获得以下的实验现象：

液面高 度情况	A杯的液面 高于B杯的液面	A杯与B杯的 液面等高	A杯的液面 低于B杯的液面
液体流 动情况	A流向B	不流动	B流向A

他俩分析了实验中出现的现象，找到了虹吸管中液体流动的规律．
通过阅读，请你回答下列问答题：
（1）从文章中我们可以得到的结论是：当虹吸管两端的液面________时，管内液体就会流动．流动的方向是________．
（2）在某些装置中，常用虹吸管来自动放水，如图所示，只要容器中的液面到达aa’，容器里的水就被虹吸管自动放出，原因是________
A、只有大气压强作用　　　　　　　　　　 B．只有液体压强作用
C．是大气压强与液体压强共同作用的结果　　D．以上说法都不正确
（3）虹吸现象在日常生活中和工农业生产中常常用到，请你列举一个生活中应用虹吸现象的实例．
（4）文章中的每一段都是一个探究环节，把这些环节连接起来就形成一个完整的探究过程．那么，晓丽和小明在探究虹吸现象的过程中经历的探究环节依次有发现问题、________、________、________、________、得 出结论．

Answer 1

解：（1）入射光线与水平面成30°，所以入射角为60°，根据光的反射定律，反射角等于入射角，即反射角为60°；
光从空气斜射入水，折射光线向法线偏折；如下图所示：

（2）鱼缸中水的体积：
V=0.8m×0.4m×0.25m=0.08m³，
水的质量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×0.08m³=80kg
水重：
G_水=mg=80kg×10N/kg=800N；
（3）鱼缸的重力：
G₀=m₀g=5kg×10N/kg=50N，
台面受到的压力：
F=G₀+G_水=50N+800N=850N；
压力的作用点位于受力物体台面上，方向竖直向下，如下图所示：

（4）鱼缸与台面的接触面积为
S=ab=0.8m×0.4m=0.32m²，
台面受到的压强：
p===2656.25Pa；
（5）由液体压强公式p=ρgh知，在水的密度一定时，压强变化决定于水的深度．
气泡上升，深度减小，所以受到水的压强减小；在温度一定时，气泡受到的压强减小，体积会增大，所以上升过程中，气泡应该越来越大．
（6）气泡里边气体的密度小于水的密度，根据上浮的条件可知气泡会上浮．
（1）由表格中：两液面相同时，水不流动；液面不同时，液面高的向液面低的流动；
故可得结论：当虹吸管两端的液面不相平时，管内液体就会流动．流动的方向是由液面高的容器流向液面低的容器．
（2）两液面上浮与大气相通，当液面存在高度差时，即两液面之间存在液体压强，则会发生虹吸现象，
故虹吸现象是由大气压强与液体压强共同作用的结果．
（3）生活中应用虹吸现象的实例有：给汽车油箱放油、水箱放水等．
（4）他们经历的探究环节有：提出问题、设计实验、预测、进行实验．
故答案为：（1）如上图所示；
（2）鱼缸中水重为800N；
（3）台面所受的压力为850N，此力的示意图如上图所示；
（4）鱼缸对桌面的压强是2656.25Pa；
（5）正确画法：鱼嘴吐出的气泡上升时应越来越大；
物理根据：因为气泡所受水的压强随着水的深度增加而增大，气泡的体积随着压强的增大而减小，所以气泡在水底时体积应是最小；
（6）气泡的密度小于水的密度，所以气泡所受的重力小于气泡所受浮力，因此气泡上浮．
（1）不相平；由液面高的容器流向液面低的容器；
（2）C；
（3）用虹吸管给汽车油箱放油、水箱放水；
（4）提出问题、设计实验、预测、进行实验．
分析：（1）光线从空气斜射到水面时，既发生反射，又发生折射．反射遵循反射定律，折射遵循折射规律．
（2）已知鱼缸的长、宽和水深，可以计算出水的体积V；利用公式m=ρV，能够得出水的质量m；最后公式G=mg就可以求出水重．
（3）已知鱼缸的质量，可以得到鱼缸重，鱼缸对水平台的压力等于鱼缸和水的总重力；然后根据力的三要素画出压力的示意图．
（4）已知鱼缸的长和宽，可以得到底面积；利用公式p=计算台面受到的压强．
（5）气泡在水中上升过程中，形状是否变化及如何变化，取决于所受水的压强变化，用公式p=ρgh分析．
（6）气泡的密度小于水的密度，然后根据物体的浮沉条件可知鱼吐出的气泡会上浮．
（1）分析表格中的数据即可得出虹吸现象的结论．
（2）根据液面相平不发生虹吸现象，液面存在高度差发生，然后利用气体压强和液体压强公式进行分析．
（3）类比着利用虹吸现象给鱼缸换水列举生活中的应用．
（4）根据科学探究的环节以及短文内容回答他们经历的探究环节．
点评：本题考查了光的折射和反射、密度公式、压强公式、重力公式的理解和应用以及学生分析实验数据得出结论的能力和作图能力，涉及的知识点较多，综合性较，难度较大；同时体现了物理来源于生活，又服务于生活的特点，是一道好题．