Question

20．小明在生物課上學習了“植物體對水的吸收、利用和散失”的知識后，利用食鹽水、新鮮冬瓜和自制簡易“密度計”對植物細胞吸水、失水的情況進行了研究．
小明用圖甲所示實驗裝置，進行了如下操作：
①取一根飲料吸管，將一些鐵絲從吸管的下端塞入，并用石蠟將吸管的
下端封起來，制成簡易的“密度計”．
②將冬瓜除去瓜瓤后制成“冬瓜碗”，并在“冬瓜碗”中加入密度為1.2×10³kg/m³的食鹽水．
③在食鹽水中放置自制“密度計”，每隔相同的時間觀察并記 錄“密度計”浸入的深度h．
④根據記錄的實驗數據，繪制出“密度計”在溶液中浸入的
深度h隨時間t的變化曲線如圖乙所示．
（1）自制簡易“密度計”時，塞入鐵絲的目的是使吸管能豎直漂浮在液體中．為了提高實驗的精確度，應選用較細（選填“粗”或“細”）的飲料吸管．
（2）根據“密度計”在溶液中浸入的深度h隨時間t的變化曲線可知，冬瓜在鹽水中是失水（選填“吸水”或“失水”）的，其隨時間變化快慢的情況是先較快后較慢，然后不變．
（3）在第50min時，鹽水的密度是1.125×10³ kg/m³．

Answer 1

分析 （1）因為密度計是一根兩端封閉即空心的，所以能使密度計浮在液體表面，為了使它保持豎直的漂浮，就在管的底部封存少許金屬絲；為了使測量結果更準確，應使密度計上兩條刻度線之間的距離大一些，因為△V=sh，所以可知減小S，即可使h變大，據此設計即可．
（2）密度計的質量一定，在液體中受力平衡，受到的浮力總是等于重力，被測液體的密度越大，排開液體的體積越小，浸入液體部分也越小，據此分析回答；
（3）根據漂浮的條件（浮力等于物體重力）分析，根據土密度計浸沒深度的變化情況可知，排開液體的體積變化，由阿基米德原理計算即可．

解答 解：（1）為了讓飲料吸管能豎直的漂浮在液體中，吸管下端塞入適量金屬絲作為配重，這樣做目的是讓密度計豎直漂浮在液體中；為了使測量結果更準確，應使“密度計”測量時浸沒的深度變化大，根據△V=sh，所以可知減小S，即可使h變大，因此可以選用更細的吸管等方法．
（2）實驗過程中，土密度計始終處于漂浮，所受的浮力與密度計重力，而重力不變，所以浮力不變．根據圖象可知：土密度計浸沒深度逐漸變大，則V_排變大，而浮力不變，由阿基米德原理F_浮=ρ_鹽水gV_排可知，ρ_鹽水變小，即鹽水里的水增加，所以冬瓜在鹽水中失水，土密度計浸沒深度是先快后幾乎不再變深，所以冬瓜失水速度變化的特點是先快后慢，最后幾乎不變．
（3）根據圖象數據算可知：
開始時浸沒深度為h₁=6cm，則F_浮1=G，即ρ_鹽水1gSh₁=G；
一段時間后浸沒深度為h₂=6.4cm，則F_浮2=G，即ρ_鹽水2gSh₂=G；
所以，ρ_鹽水2gSh₂=ρ_鹽水1gSh₁；
鹽水的密度ρ_鹽水2=$\frac{{h}_{1}}{{h}_{2}}$ρ_鹽水1=$\frac{6cm}{6.4cm}$×1.2g/cm³=1.125g/cm³．
故答案為：（1）豎直漂浮；細；  （2）失水；先較快后較慢，然后不變（或“先逐漸變慢，后不變”）；  （3）1.125×10³．

點評 解決此類問題要利用物體的漂浮條件和阿基米德原理進行分析解答，關鍵是知道冬瓜失水后水中鹽的質量不變，由于水份的增加，鹽水的密度減小．