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(共29張PPT)
10.5 跨學(xué)科實(shí)踐：潛艇
教科版（2024）物理八年級(jí)下冊(cè)
第十章 流體的力現(xiàn)象
目錄
素養(yǎng)目標(biāo)
01
課程導(dǎo)入
02
新課講解
03
總結(jié)歸納
04
課堂練習(xí)
05
正確教育
素養(yǎng)目標(biāo)
1.了解潛艇的沉浮原理，知道核潛艇的基本結(jié)構(gòu)
2.體驗(yàn)我國(guó)在深潛方面的成就，會(huì)制作潛艇模型
潛艇是一種利用力學(xué)原理控制沉浮，能夠在水下執(zhí)行任務(wù)的艦艇，廣泛應(yīng)用于水中作戰(zhàn)、海洋科學(xué)研究、勘探及開采、設(shè)備維護(hù)、搜索救援、水下旅游觀光等領(lǐng)域。
潛艇的沉與浮
潛艇是一種利用力學(xué)原理控制沉浮，能夠在水下執(zhí)行任務(wù)的艦艇，廣泛應(yīng)用于海洋科學(xué)研究、勘探及開采、設(shè)備維護(hù)、搜索救援、水下旅游觀光等領(lǐng)域.
魚的沉浮
（1）魚的沉浮原理：通過(guò)觀察魚兒的潛水機(jī)制，人類發(fā)現(xiàn)魚體 內(nèi)有一個(gè)叫作魚鰾的器官(圖2)，這個(gè)器官可以幫助魚兒通過(guò)調(diào)節(jié)其內(nèi)部的空氣量(即改變自
身體積)來(lái)控制浮力，從而實(shí)現(xiàn)
上浮或下沉。
（2）具體分析
①魚兒下潛時(shí)，收縮魚鰾，減小排開水的體積，所受浮力變小，所受浮力小于重力；
②魚兒上浮時(shí)，膨脹魚鰾，增大排開水的體積，所受浮力變大，所受浮力大于重力。
潛水艇
工作原理：通過(guò)充水、排水來(lái)改變自身重力，實(shí)現(xiàn)沉浮
工作艙
排氣口
空氣壓縮泵
排水口
水箱
配重艙
下潛時(shí)，在兩側(cè)的水艙內(nèi)充入水，艇重增大，重力大于浮力，潛艇就會(huì)下沉。
上浮時(shí)，用壓縮氣體將水艙里的水排出一部分時(shí)，潛水艇變輕，重力小于浮力，潛艇就會(huì)上浮。
當(dāng)水艙中充入適量的水時(shí)，浮力與重力相等，潛艇就能懸浮在水中任何深度。
潛水艇的浮沉原理
潛入水中
若G＞F浮，則下潛
若G＜F浮，則上浮
1.如圖所示，潛水艇懸浮在水中，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.潛水艇是靠改變浮力來(lái)實(shí)現(xiàn)浮沉的
B.潛水艇懸浮時(shí)，其所受浮力等于自身重力
C.要使?jié)撍鲁粒瑧?yīng)向水艙內(nèi)充水
D.要使?jié)撍细。瑧?yīng)把水艙內(nèi)的水向外排出
A
經(jīng)典例題
答案：A
解析：潛水艇是靠改變自身的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)上浮或下潛的，故A錯(cuò)誤，符合題意；當(dāng)潛水艇處于懸浮狀態(tài)時(shí)，其所受浮力等于自身重力，故B正確，不符合題意；原來(lái)潛水艇懸浮，所受浮力等于重力，要使?jié)撍鲁粒瑒t應(yīng)使重力大于其所受的浮力，由于潛水艇所受浮力不變，故應(yīng)向水艙內(nèi)充水以增大重力，故C正確，不符合題意；要使?jié)撍细。瑒t應(yīng)使重力小于其所受浮力，由于潛水艇所受浮力不變，故應(yīng)把水艙中的水排出一部分，以減小重力，故D正確，不符合題意。
軍用潛艇
軍用潛艇是國(guó)家海軍的戰(zhàn)略性武器.工程師通過(guò)調(diào)節(jié)水艙內(nèi)水的多少控制潛艇沉浮，依靠電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)推動(dòng)螺旋槳前進(jìn).
基本結(jié)構(gòu)
潛艇空間分為人員與設(shè)備艙和水艙.工程師利用聲吶、潛望鏡、雷達(dá)等設(shè)備充當(dāng)潛艇耳目，設(shè)置了導(dǎo)彈、魚雷等武器系統(tǒng).
弘揚(yáng)科學(xué)家用于奉獻(xiàn)精神
黃旭華成功研制了我國(guó)第一代核潛艇，是我國(guó)核潛艇事業(yè)的先驅(qū)者和奠基人之一，被譽(yù)為“中國(guó)核潛艇之父”。
在深潛試驗(yàn)中，他不顧個(gè)人安危，親自登艇，
潛入極限深度勘測(cè)數(shù)據(jù)，完成了核潛艇研發(fā)過(guò)程
中最具風(fēng)險(xiǎn)的步驟。他為國(guó)家利益隱姓埋名、默
默工作，60多年來(lái)潛心技術(shù)攻關(guān)，為核潛艇研制
和跨越式發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。
潛艇模型制作比賽
1.生活艙和水艙獨(dú)立分開。
2.生活艙與設(shè)備艙大于水艙。
1.完成從水面下潛到指定位置懸浮。
2.完成從水下上浮到指定位置懸浮。
帶蓋的大、小飲料瓶各兩個(gè)、配重物、注射器，塑料管、膠槍（包括熱熔膠）、剪刀、透明膠等。
制作要求
比賽任務(wù)
制作材料
動(dòng)手做 做一個(gè)潛艇
按右圖自制一個(gè)潛艇模型（為保持試管穩(wěn)定，試管上可繞些鐵絲）。
把模型浸在水中，從管中抽氣，模型將怎樣運(yùn)動(dòng)？
向試管中打氣，模型又會(huì)怎樣？
從管中抽氣時(shí)，試管內(nèi)的氣壓減小，水進(jìn)入試管中，重力增大，試管下沉
向管中打氣時(shí)，試管內(nèi)的氣壓增大，試管中的水被排出，重力減小，試管上浮
1.模型測(cè)試：通過(guò)注射器調(diào)節(jié)水艙內(nèi)的水量，觀察模型在
水中的沉浮效果.
2.體積驗(yàn)證：確保生活艙和設(shè)備艙的體積大于水艙的體積，
可以通過(guò)體積測(cè)算工具或水位變化法進(jìn)行驗(yàn)證.
2.用玻璃試管、膠管、鐵絲、注射器、水管、橡膠塞等制作潛水艇模型，然后在模型中裝入適量的水，浸沒(méi)在水中剛好懸浮，如圖所示，探究模型在水中如何實(shí)現(xiàn)上浮或下沉.下列說(shuō)法正確的是( )
A.向試管外抽氣，模型下沉，它受到的浮力變小
B.若要讓懸浮的潛水艇模型上浮應(yīng)向試管內(nèi)打氣
C.潛水艇模型是通過(guò)改變模型的體積實(shí)現(xiàn)沉、浮的
D.當(dāng)潛水艇模型漂浮于水面時(shí)，它受到的浮力小于其重力
B
經(jīng)典例題
答案：B
解析：A（×）向試管外抽氣，水通過(guò)進(jìn)、排水管進(jìn)入試管內(nèi)，模型的重力增大，大于其所受到的浮力，模型下沉，該過(guò)程中模型始終浸沒(méi)在水中，排開水的體積不變，根據(jù)阿基米德原理可知，其所受浮力的大小不變.
B（√）若要讓懸浮的潛水艇模型上浮，應(yīng)向試管內(nèi)打氣，排出試管內(nèi)的水，使模型的重力減小，小于其所受的浮力，從而使模型上浮.
C（×）潛水艇模型是通過(guò)改變其自身受到的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)沉浮的.
D（×）當(dāng)潛水艇模型漂浮在水面時(shí)，處于平衡狀態(tài)，受到的浮力等于其自身受到的重力.
軍用潛艇
潛艇的沉與浮
制作潛艇模型
上浮過(guò)程：打開進(jìn)氣閥門，使高壓空氣進(jìn)入潛艇兩側(cè)的水艙，將水排出，艇重變小，F(xiàn)浮＞G，潛艇上浮，最終水艙里的水被排空，潛水艇漂浮在水面上，此時(shí)，F(xiàn)浮＝G 。 下沉過(guò)程：打開進(jìn)水閥門，使水流進(jìn)水艙，艇重變大，F(xiàn)浮＜G，潛水艇下沉。
原理：潛艇是通過(guò)人工的方法排水、吸水，來(lái)改變潛艇自身所受的重力，從而達(dá)到上浮和下沉的目的。
制作要求、比賽任務(wù)、制作材料。
展示、交流與討論。
①核潛艇在現(xiàn)在軍事中的地位。
②核潛艇的基本結(jié)構(gòu)。
跨學(xué)科實(shí)踐：潛艇
1.潛水艇能潛入水下航行，進(jìn)行偵察和襲擊，是一種很重要的軍用艦艇。潛水艇的艇身裝有水艙，可以通過(guò)改變水艙內(nèi)氣壓的方式進(jìn)行充放水，從而改變自身重力實(shí)現(xiàn)上浮下潛。下列說(shuō)法正確的是( )
A.潛水艇上浮時(shí)，要向水艙充水
B.潛水艇下潛時(shí)受到的浮力大于重力
C.潛水艇受到的浮力等于重力時(shí)，可以懸浮在水中
D.潛水艇漂浮在水面上時(shí)，浮力小于重力
C
答案：C
解析：A.潛水艇上浮時(shí)，需要減小自身的重力，由于潛水艇的艇身裝有水艙，因此可以通過(guò)向水艙中排水來(lái)減小重力，使重力小于浮力，從而實(shí)現(xiàn)上浮。故A錯(cuò)誤；
B.在下潛過(guò)程中，潛水艇排開水的體積（即潛水艇的體積）是不變的，根據(jù)阿基米德原理，浮力大小與排開液體的體積和液體的密度有關(guān)，因此浮力保持不變；所以，潛水艇下潛時(shí)受到的浮力并不大于重力，而是小于重力。故B錯(cuò)誤；
C.當(dāng)潛水艇受到的浮力等于重力時(shí)，根據(jù)物體浮沉條件，潛水艇將處于懸浮狀態(tài)，即可以懸浮在水中。故C正確；
D.潛水艇漂浮在水面上時(shí)，處于平衡狀態(tài)，根據(jù)二力平衡條件，浮力等于重力。故D錯(cuò)誤。
2.一艘輪船的排水量是60000t，當(dāng)它滿載在長(zhǎng)江內(nèi)河航行時(shí)，排開水的體積是__________m3，一艘潛水艇從海洋潛行（航行時(shí)不露出水面）到長(zhǎng)江內(nèi)河時(shí)，潛水艇受到的浮力__________（選填“變大”、“變小”或“不變”）（ ，
，g取10N/kg）
6×104
變小
答案：6×104；變小
解析：排水量即排開水的質(zhì)量，故在長(zhǎng)江內(nèi)河航行時(shí)排開水的體積是
一艘潛水艇從海洋潛行（不露出水面）到長(zhǎng)江內(nèi)河時(shí)，因?yàn)闈撍ё陨淼捏w積不變，所以潛水艇排開水的體積不變，而從海洋到內(nèi)河水的密度變小，根據(jù) ， 不變，水的密度變小時(shí)，浮力變小。
3.如圖所示，用輕質(zhì)薄壁的塑料瓶、透明膠帶、鐵質(zhì)螺母和塑料軟管制作潛水艇模型，潛水艇在水中受到浮力的方向是_______，潛水艇是通過(guò)改變__________來(lái)實(shí)現(xiàn)浮與沉，因此需要選擇質(zhì)量合適的螺母作為配重。如果塑料瓶的容積為V，水的密度為ρ水，鐵的密度為ρ鐵，要讓瓶?jī)?nèi)有一半水時(shí)，潛水艇恰能在水中懸浮，則所選螺母質(zhì)量的表達(dá)式為m =______。
豎直向上
自身重力

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