悬浮的物体可以停留在液体中任何深度吗

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  题目(2010年厦门)如图1所示.一支重0.4 N的试管管口朝下,管内封住适量的空气恰好悬浮在水中,此时它受到的浮力是.若水温升高,则试管将会(选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”).
  解析题目编制者的思想是不言而喻的,因为试管的重力是0.4 N,且试管悬浮在水中,此时它受到的浮力等于重力,为0.4 N.若水温升高,试管上方的空气柱受热膨胀,排开液体的体积增大,因而浮力增大,而重力不变,浮力大于重力,故试管将会上浮.
  笔者认为该题目本身有些欠妥,试管倒立悬浮在水中,管内封住空气的质量可以忽略不计,重力应包括小试管的重力和试管中水的重力两部分,此时它受到的浮力大于0.4 N,由于水的重力未知,浮力具体多大无法确定.因此应该将题目前一问改成:如图1所示.一支重0.4 N的试管管口朝下,管内封住适量的空气恰好悬浮在水中,此时它受到的浮力0.4 N(选填“大于”、“等于”或“小于”).若水温升高,试管上方的空气柱受热膨胀,体积增大,将试管中的水排出一点点,因而重力变大,而重力不变,浮力大于重力,故试管上浮.“浮沉子”的上浮与下沉也是这个道理,如图2所示,当用力挤压矿泉水瓶的外壁时,由于瓶上方一定质量的空气在温度一定时,体积减小,压强增大,导致水的压强增大,进入“浮沉子”中的水增多,(由图看出“浮沉子”中的液面升高),重力变大,因而“浮沉子”下沉.它们和潜水艇的工作原理是一样的,是靠改变自身重力实现浮和沉的.
  在此基础上,笔者又引发了一些思考,觉得悬浮在液体中的倒立的试管不可以停留在任何深度的地方,并且通过实验进行了验证.
  如图3(a)是用照相机拍摄到的倒立试管悬浮在液体中某深度的地方.(需要有足够的耐心,非常难控制).当用注射器轻轻抽去一点水或用细金属丝将试管略向上移动一点点,试管就不能处于悬浮不动状态,而是向上运动,最终呈漂浮状态,如图3(b)所示,原因是用注射器抽水或将试管略向上移动一点点,试管中水面处水产生的压强由于深度的减小而变小,此时空气柱的压强大于水的压强,将试管中的水排出少许,导致浮力变大,因此上浮,最终呈漂浮状态.如果用注射器向容器内打进一点水,或用细金属丝将试管略向下移动一点,试管就向下运动,最终沉底,如图3(c)所示,原因在于试管中水面处水产生的压强变大,将空气柱压缩,水进入试管中,导致浮力变小的缘故.
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