第35卷第6期大学物理实验Vol．35No．62022年12月PHYSICALEXPEＲIMENTOFCOLLEGEDec．2022收稿日期:2022-08-04基金项目:2021年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目一般项目:“四融通”物理学创新型教师培养模式的研究与实践(辽教办［2021］254号)，2020年辽宁师范大学本科教学改革研究项目(LS202010)*通讯联系人文章编号:1007-2934(2022)06-0043-08浮沉子的临界深度探究吴心田，熊正欣，王政尧，顾吉林*(辽宁师范大学物理与电子技术学院，辽宁大连116029)摘要:基于浮沉子不可逆转的现象，利用阿基米德原理和玻意耳定律对浮沉子下沉过程进行分析，研究浮沉子不可逆转的原因，建立浮沉子临界深度模型，得到影响临界深度的因素。通过控制变量法探究各个因素对临界深度的影响的函数曲线;将实验测量数据与浮沉子临界深度模型进行对比，二者平均相对误差小于4．13%，为有关浮沉子的研究提供了理论支撑和实验方法。关键词:浮沉子;临界深度;不可逆转;压强中图分类号:O351．1文献标志码:ADOI:10．14139/j．cnki．cn22-1228．2022．06．009浮沉子是指既能上浮也能下沉的物体，十七世纪由法国数学家笛卡尔为了示范浮力定律而发明的，曾在NATUＲE上发表的文章提出压力的变化是浮沉子内气体量变化的量度，并在微超尺度上研究浮沉子释放与吸收气体实现升降的速率［1］。国内首见于《教育月刊》第132期(1990年9月)。浮沉子是通过外部压强的变化，改变浮沉子内部气体的体积，从而控制其沉浮。浮沉子有一种不可逆转的现象:将浮沉子放入装满水的竖直长容器中，施加外力，浮沉子缓慢向下移动，当下移到某一深度时，去掉外力，浮沉子不会逆转，继续下沉，此时该深度称为临界深度。2021年世界青年物理学家的题目也提出了浮沉子这一不可逆转的现象。在工业中，浮沉子的相关原理被运用到潜艇技术［2，3］、固液密度测量技术［4，5］和重水分析上［6］等。王锦祥的文章证明得出浮沉子在水下有一个不稳定的动态平衡位置的存在，并从不同的角度描述了该平衡位置［7］;浮沉子实验被运用到初中物理的教学之中，定性探究浮力与重力的关系，以直观的现象来激发学生对物理学习的兴趣［8］;亦或是通过浮沉子的制作来激发学生动手实验的积极性，通过实验教学来教学生们运用生活中的日常物品制作实验器材、发现物理问题并提高解决物理问题的能力［9-11］。上述研究对影响浮沉子不可逆转的各个因素的研究并未深入，下面介绍浮沉子不可逆转现象的定性原理，如图1(a)所示，将浮沉子放入...
