【分析】
要解决这个问题,我们需要结合阿基米德原理和物体浮沉条件来思考:首先明确鸡蛋的重力是不变的,然后通过分析不同液体密度下鸡蛋受到的浮力大小,对比浮力与重力的关系,就能判断鸡蛋的浮沉状态。具体步骤为:先观察鸡蛋在清水中的现象,再分析加盐过程中液体密度变化对浮力的影响,最后分析加清水后液体密度变化的影响,每一步都用阿基米德原理F浮=ρ液gV排来推导浮力与重力的大小关系。
【解析】
一、观察到的现象
1. 鸡蛋放入清水中:鸡蛋会下沉,最终沉在容器底部。
2. 逐步往清水中加盐并搅拌:鸡蛋会慢慢向上浮起,最终漂浮在盐水表面。
3. 往盐水中倒入清水:鸡蛋会从漂浮状态逐渐下沉,最终可能沉回容器底部。
二、用阿基米德原理分析浮沉
设鸡蛋的重力为$G$,鸡蛋的密度为$\rho_{蛋}$,体积为$V_{蛋}$,则$G = \rho_{蛋}gV_{蛋}$。
1. 清水中的下沉:
清水的密度$\rho_{清水} < \rho_{蛋}$,鸡蛋完全浸没在清水中时,排开液体的体积$V_{排}=V_{蛋}$。根据阿基米德原理,鸡蛋受到的浮力$F_{浮1}=\rho_{清水}gV_{排}=\rho_{清水}gV_{蛋}$。
因为$\rho_{清水} < \rho_{蛋}$,所以$F_{浮1} < \rho_{蛋}gV_{蛋}=G$,浮力小于重力,鸡蛋下沉。
2. 加盐过程中的上浮:
随着食盐加入,盐水的密度$\rho_{盐水}$逐渐增大。鸡蛋未上浮时,$V_{排}=V_{蛋}$,浮力$F_{浮2}=\rho_{盐水}gV_{蛋}$逐渐变大。当$\rho_{盐水} > \rho_{蛋}$时,$F_{浮2}=\rho_{盐水}gV_{蛋} > \rho_{蛋}gV_{蛋}=G$,浮力大于重力,鸡蛋上浮;当鸡蛋漂浮在盐水表面时,$V_{排}$减小,此时$F_{浮2}=G$,鸡蛋保持静止。
3. 加清水后的下沉:
往盐水中加入清水后,混合液体的密度$\rho_{混合液}$逐渐减小。初始时鸡蛋漂浮,$F_{浮3}=G$,随着$\rho_{混合液}$减小,为维持浮力等于重力,$V_{排}$会逐渐变大;当$\rho_{混合液} < \rho_{蛋}$时,即使$V_{排}=V_{蛋}$,浮力$F_{浮3}=\rho_{混合液}gV_{蛋} < \rho_{蛋}gV_{蛋}=G$,浮力小于重力,鸡蛋下沉。
【答案】
1. 鸡蛋放入清水中:下沉至容器底部;
2. 逐步加盐搅拌:鸡蛋逐渐上浮,最终漂浮在盐水表面;
3. 往盐水中加清水:鸡蛋从漂浮状态逐渐下沉,最终沉底。
原理分析:根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,鸡蛋重力不变。清水中$\rho_{液}<\rho_{蛋}$,$F_{浮}<G$,鸡蛋下沉;加盐后$\rho_{液}$增大,当$\rho_{液}>\rho_{蛋}$时$F_{浮}>G$,鸡蛋上浮至漂浮(此时$F_{浮}=G$);加清水后$\rho_{液}$减小,当$\rho_{液}<\rho_{蛋}$时$F_{浮}<G$,鸡蛋下沉。
【知识点】
阿基米德原理,物体浮沉条件
【点评】
本题通过直观的实验现象,结合阿基米德原理和浮沉条件分析物体的浮沉规律,既加深了对浮力原理的理解,又能联系“人浮在死海水面”的生活实例,体现了物理知识在生活中的应用,注重实验观察与理论分析的结合。
【难度系数】
0.6