资源简介

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10.5 跨学科实践：潜艇
教科版（2024）物理八年级下册
第十章 流体的力现象
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.了解潜艇的沉浮原理，知道核潜艇的基本结构
2.体验我国在深潜方面的成就，会制作潜艇模型
潜艇是一种利用力学原理控制沉浮，能够在水下执行任务的舰艇，广泛应用于水中作战、海洋科学研究、勘探及开采、设备维护、搜索救援、水下旅游观光等领域。
潜艇的沉与浮
潜艇是一种利用力学原理控制沉浮，能够在水下执行任务的舰艇，广泛应用于海洋科学研究、勘探及开采、设备维护、搜索救援、水下旅游观光等领域.
鱼的沉浮
（1）鱼的沉浮原理：通过观察鱼儿的潜水机制，人类发现鱼体 内有一个叫作鱼鳔的器官(图2)，这个器官可以帮助鱼儿通过调节其内部的空气量(即改变自
身体积)来控制浮力，从而实现
上浮或下沉。
（2）具体分析
①鱼儿下潜时，收缩鱼鳔，减小排开水的体积，所受浮力变小，所受浮力小于重力；
②鱼儿上浮时，膨胀鱼鳔，增大排开水的体积，所受浮力变大，所受浮力大于重力。
潜水艇
工作原理：通过充水、排水来改变自身重力，实现沉浮
工作舱
排气口
空气压缩泵
排水口
水箱
配重舱
下潜时，在两侧的水舱内充入水，艇重增大，重力大于浮力，潜艇就会下沉。
上浮时，用压缩气体将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，重力小于浮力，潜艇就会上浮。
当水舱中充入适量的水时，浮力与重力相等，潜艇就能悬浮在水中任何深度。
潜水艇的浮沉原理
潜入水中
若G＞F浮，则下潜
若G＜F浮，则上浮
1.如图所示，潜水艇悬浮在水中，下列说法错误的是( )
A.潜水艇是靠改变浮力来实现浮沉的
B.潜水艇悬浮时，其所受浮力等于自身重力
C.要使潜水艇下沉，应向水舱内充水
D.要使潜水艇上浮，应把水舱内的水向外排出
A
经典例题
答案：A
解析：潜水艇是靠改变自身的重力来实现上浮或下潜的，故A错误，符合题意；当潜水艇处于悬浮状态时，其所受浮力等于自身重力，故B正确，不符合题意；原来潜水艇悬浮，所受浮力等于重力，要使潜水艇下沉，则应使重力大于其所受的浮力，由于潜水艇所受浮力不变，故应向水舱内充水以增大重力，故C正确，不符合题意；要使潜水艇上浮，则应使重力小于其所受浮力，由于潜水艇所受浮力不变，故应把水舱中的水排出一部分，以减小重力，故D正确，不符合题意。
军用潜艇
军用潜艇是国家海军的战略性武器.工程师通过调节水舱内水的多少控制潜艇沉浮，依靠电力驱动马达推动螺旋桨前进.
基本结构
潜艇空间分为人员与设备舱和水舱.工程师利用声呐、潜望镜、雷达等设备充当潜艇耳目，设置了导弹、鱼雷等武器系统.
弘扬科学家用于奉献精神
黄旭华成功研制了我国第一代核潜艇，是我国核潜艇事业的先驱者和奠基人之一，被誉为“中国核潜艇之父”。
在深潜试验中，他不顾个人安危，亲自登艇，
潜入极限深度勘测数据，完成了核潜艇研发过程
中最具风险的步骤。他为国家利益隐姓埋名、默
默工作，60多年来潜心技术攻关，为核潜艇研制
和跨越式发展作出了巨大贡献。
潜艇模型制作比赛
1.生活舱和水舱独立分开。
2.生活舱与设备舱大于水舱。
1.完成从水面下潜到指定位置悬浮。
2.完成从水下上浮到指定位置悬浮。
带盖的大、小饮料瓶各两个、配重物、注射器，塑料管、胶枪（包括热熔胶）、剪刀、透明胶等。
制作要求
比赛任务
制作材料
动手做 做一个潜艇
按右图自制一个潜艇模型（为保持试管稳定，试管上可绕些铁丝）。
把模型浸在水中，从管中抽气，模型将怎样运动？
向试管中打气，模型又会怎样？
从管中抽气时，试管内的气压减小，水进入试管中，重力增大，试管下沉
向管中打气时，试管内的气压增大，试管中的水被排出，重力减小，试管上浮
1.模型测试：通过注射器调节水舱内的水量，观察模型在
水中的沉浮效果.
2.体积验证：确保生活舱和设备舱的体积大于水舱的体积，
可以通过体积测算工具或水位变化法进行验证.
2.用玻璃试管、胶管、铁丝、注射器、水管、橡胶塞等制作潜水艇模型，然后在模型中装入适量的水，浸没在水中刚好悬浮，如图所示，探究模型在水中如何实现上浮或下沉.下列说法正确的是( )
A.向试管外抽气，模型下沉，它受到的浮力变小
B.若要让悬浮的潜水艇模型上浮应向试管内打气
C.潜水艇模型是通过改变模型的体积实现沉、浮的
D.当潜水艇模型漂浮于水面时，它受到的浮力小于其重力
B
经典例题
答案：B
解析：A（×）向试管外抽气，水通过进、排水管进入试管内，模型的重力增大，大于其所受到的浮力，模型下沉，该过程中模型始终浸没在水中，排开水的体积不变，根据阿基米德原理可知，其所受浮力的大小不变.
B（√）若要让悬浮的潜水艇模型上浮，应向试管内打气，排出试管内的水，使模型的重力减小，小于其所受的浮力，从而使模型上浮.
C（×）潜水艇模型是通过改变其自身受到的重力来实现沉浮的.
D（×）当潜水艇模型漂浮在水面时，处于平衡状态，受到的浮力等于其自身受到的重力.
军用潜艇
潜艇的沉与浮
制作潜艇模型
上浮过程：打开进气阀门，使高压空气进入潜艇两侧的水舱，将水排出，艇重变小，F浮＞G，潜艇上浮，最终水舱里的水被排空，潜水艇漂浮在水面上，此时，F浮＝G 。 下沉过程：打开进水阀门，使水流进水舱，艇重变大，F浮＜G，潜水艇下沉。
原理：潜艇是通过人工的方法排水、吸水，来改变潜艇自身所受的重力，从而达到上浮和下沉的目的。
制作要求、比赛任务、制作材料。
展示、交流与讨论。
①核潜艇在现在军事中的地位。
②核潜艇的基本结构。
跨学科实践：潜艇
1.潜水艇能潜入水下航行，进行侦察和袭击，是一种很重要的军用舰艇。潜水艇的艇身装有水舱，可以通过改变水舱内气压的方式进行充放水，从而改变自身重力实现上浮下潜。下列说法正确的是( )
A.潜水艇上浮时，要向水舱充水
B.潜水艇下潜时受到的浮力大于重力
C.潜水艇受到的浮力等于重力时，可以悬浮在水中
D.潜水艇漂浮在水面上时，浮力小于重力
C
答案：C
解析：A.潜水艇上浮时，需要减小自身的重力，由于潜水艇的艇身装有水舱，因此可以通过向水舱中排水来减小重力，使重力小于浮力，从而实现上浮。故A错误；
B.在下潜过程中，潜水艇排开水的体积（即潜水艇的体积）是不变的，根据阿基米德原理，浮力大小与排开液体的体积和液体的密度有关，因此浮力保持不变；所以，潜水艇下潜时受到的浮力并不大于重力，而是小于重力。故B错误；
C.当潜水艇受到的浮力等于重力时，根据物体浮沉条件，潜水艇将处于悬浮状态，即可以悬浮在水中。故C正确；
D.潜水艇漂浮在水面上时，处于平衡状态，根据二力平衡条件，浮力等于重力。故D错误。
2.一艘轮船的排水量是60000t，当它满载在长江内河航行时，排开水的体积是__________m3，一艘潜水艇从海洋潜行（航行时不露出水面）到长江内河时，潜水艇受到的浮力__________（选填“变大”、“变小”或“不变”）（ ，
，g取10N/kg）
6×104
变小
答案：6×104；变小
解析：排水量即排开水的质量，故在长江内河航行时排开水的体积是
一艘潜水艇从海洋潜行（不露出水面）到长江内河时，因为潜水艇自身的体积不变，所以潜水艇排开水的体积不变，而从海洋到内河水的密度变小，根据 ， 不变，水的密度变小时，浮力变小。
3.如图所示，用轻质薄壁的塑料瓶、透明胶带、铁质螺母和塑料软管制作潜水艇模型，潜水艇在水中受到浮力的方向是_______，潜水艇是通过改变__________来实现浮与沉，因此需要选择质量合适的螺母作为配重。如果塑料瓶的容积为V，水的密度为ρ水，铁的密度为ρ铁，要让瓶内有一半水时，潜水艇恰能在水中悬浮，则所选螺母质量的表达式为m =______。
竖直向上
自身重力

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