校园科技节举行自制潜水器项目比赛。图甲为某项目化小组设计的潜水器模型,其材质为硬质塑料瓶,塑料瓶厚度不计。内部由工作舱和水舱构成,两个舱之间密封不连通,注射器与水舱通过塑料软管相连,移动注射器活塞改变水舱中的空气体积从而改变水量,实现潜水艇的沉浮。设计要求:
⑴潜水器可以在水中实现上浮、悬浮、下沉三个模式相互切换。
⑵为保证潜水艇正常工作,应尽可能提高工作舱的体积。
①如图甲位置,向外拉动注射器活塞,则潜水器将 ▲ (选填“上浮”或“下沉”)。
②已知该小组同学采用的材料总质量为0.5千克,体积为800厘米。他们设计了四种方案的工作舱和水舱的体积,如表格所示。请根据设计要求,选择最合适的方案 ▲ 。(g取10N/kg)
方案 | 工作舱体积/厘米 | 水舱体积/厘米 |
1 | 550 | 250 |
2 | 500 | 300 |
3 | 480 | 320 |
4 | 450 | 350 |
③图乙为潜水器的横截面示意图。某次潜水器沉浮测试过程中,潜水器经过的几个位置如图丙,O点开始向水舱内注水,潜水器开始下沉;A点向外排尽水舱中的水;B点潜水艇顶端恰好到达水面;C点潜水器弧形部分恰好露出水面;D点为潜水器最后停在水面的位置。请在图丁中画出潜水器上浮过程中浮力随上升位置变化的曲线。