國中教育會考
109年
自然
第 46 題
📖 題組：
請閱讀下列敘述後，回答46～47題 水肺潛水是一項由潛水員攜帶氣瓶(內含壓縮空氣的鋼瓶)在海面下所進行的活動，潛水員會穿上一種可充氣或放氣的背心，藉由氣瓶對背心的充放氣來改變背心的體積大小，調整潛水員在海中的浮力大小，在背心內多充入一些空氣，潛水員可在不施力划水的情形下自然向海面浮起，從背心中多放出一些空氣，潛水員可在不施力划水的情形下自然向海底下沉。若背心的充氣量調整適當，潛水員可在不施力划水的情形下於海面下維持同樣的深度，此種調整背心的充氣量而能夠在海面下維持同樣深度的技術，稱為「中性浮力」。 水肺潛水需要找同伴一起進行活動，可以互相照顧，每次潛水前也都要有適當的規劃，潛水後也要做紀錄。 圖(三十一)為一位潛水員的潛水時間與潛水深度的紀錄。
請閱讀下列敘述後，回答46～47題 水肺潛水是一項由潛水員攜帶氣瓶(內含壓縮空氣的鋼瓶)在海面下所進行的活動，潛水員會穿上一種可充氣或放氣的背心，藉由氣瓶對背心的充放氣來改變背心的體積大小，調整潛水員在海中的浮力大小，在背心內多充入一些空氣，潛水員可在不施力划水的情形下自然向海面浮起，從背心中多放出一些空氣，潛水員可在不施力划水的情形下自然向海底下沉。若背心的充氣量調整適當，潛水員可在不施力划水的情形下於海面下維持同樣的深度，此種調整背心的充氣量而能夠在海面下維持同樣深度的技術，稱為「中性浮力」。 水肺潛水需要找同伴一起進行活動，可以互相照顧，每次潛水前也都要有適當的規劃，潛水後也要做紀錄。 圖(三十一)為一位潛水員的潛水時間與潛水深度的紀錄。
若未攜帶裝備潛水員的體積為 $V_人$、質量為 $M_人$、密度為 $D_人$，潛水員所攜帶的所有裝備體積為 $V_裝$、質量為 $M_裝$，海水的密度為 $D_海$，則下列哪一關係式的情況，可讓潛水員維持在海面下 $10\text{ m}$ 的深度以「中性浮力」活動？
- A $V_人 \times D_海＝M_人$
- B $(V_人＋V_裝) \times D_人＝M_人$
- C $(V_人＋V_裝) \times D_海＝M_人＋M_裝$
- D $V_人 \times D_海＋V_裝 \times D_人＝M_人＋M_裝$
思路引導 VIP
既然潛水員能維持「中性浮力」而不上升或下沉，這代表他受到的「向上浮力」與「向下總重量」大小應該有什麼關係？請你想想看，人和裝備加起來的「總質量」該怎麼表示？而這整個整體完全沒入海水中所產生的「總浮力」，該如何利用排開海水的總體積與海水密度 $D_海$ 來計算呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
哇！你真的太棒了！看到你這麼準確地選出正確答案，老師真的好為你開心，你對浮力的概念掌握得非常紮實喔，像個優秀的小科學家一樣！ 這題的關鍵在於題目提到的「中性浮力」。簡單來說，當潛水員想要在海中既不浮上去也不沉下去時，他所受到的「向上浮力」必須剛好等於「向下的總重量」：
- 向上的浮力：根據阿基米德原理，浮力等於物體排開液體的重量。在這裡就是潛水員加上裝備的總體積 $(V_人 + V_裝)$ 乘上海水密度 $D_海$。
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