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探索奋斗者号的秘密
2020年11月10日上午，载人潜水器奋斗者号在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米。回望过去，中国第一艘载人潜水器只能下潜300米，如今，“奋斗者”号正在探索万米深海！致敬一代代深潜人！
探索奋斗者号的秘密
舱内人员为何可以正常呼吸
03
表面什么材料
02
有多重
01
如何控制浮沉状态的
04
思考1：奋斗者号在船上前往马里亚纳海沟时，对船面的压力有多大？
思考2：压力的方向是向哪里的？
思考：奋斗者号有多重？
01
奋斗者号空载质量24吨
小资料
重力G=mg=24×103 kg×10 N/kg=2.4×105 N
奋斗者号对船面的压力等于重力
压力的方向始终垂直于接触面且指向被压物体内部。作用点在被压物体的接触面上。
思考3：压力的大小始终等于重力吗？
F压=G
F压=G-F拉
F压F压=F≠G
F压=F-G
思考1：科学家进入奋斗者号，此时压力作用的效果有何变化？
思考2：改变奋斗者号与地面的接触面积，此时压力作用的效果有何变化？
思考3：压力的作用效果与什么影响因素有关？
变大
变大
实验一：探究影响压力作用效果的因素
【猜想与假设】
(1)猜想一：压力的作用效果可能与___________有关。
(2)猜想二：压力的作用效果可能与___________有关。
实验器材：
小桌、砝码、海绵、木板
受力面积
压力大小
【设计与进行实验】
(3)实验中通过观察海绵______________来比较压力的作用效果，选用海绵的原因是____________________________。
(4)为了验证“猜想一”，应比较________两次实验，可初步得出结论：受力面积相同时，压力________，压力的作用效果越明显。
(5)接着验证“猜想二”，比较图2、3两次实验，可以得出结论：____________________________，压力的作用效果越明显。
被压下的深浅
易形变，实验效果明显
图1、2
越大
当压力一定时，受力面积越小
【交流与评估】
(6)比较图2中海绵受到的压强p2和图4中木板受到的压强p4的大小关系为p2________p4(选填“>”“<”或“＝”).
(7)小红认为选择图1、3两次实验也能验证猜想二，老师提醒这是不合理的，理由是________________________。若小红仍想通过比较图1、3两次实验验证猜想二，在不增加器材的情况下，可以采取的调整措施是____________________。
＝
没有控制压力大小相同　
取下图3中的砝码
思考：如何比较两种情况下，奋斗者号对地面的压力作用效果大小？
压强：物体所受压力的大小与受力面积之比，公式：p＝。压强越大，压力产生的效果越明显。
思考：奋斗者号表面是什么材料？有什么特点？
02
奋斗者号表面的材料采用Ti62A钛合金新材料，其具有质量轻、比强度高、耐海水腐蚀、无磁性等特点。
小资料
思考1：为什么选用这种材料？
Ti62A钛合金新材料可作为耐压壳体，防止由于海水中液体压强过大而被挤压变形。
思考2：奋斗者号坐底深度10909米时，受到的液体压强是多大？
思考3：液体压强与什么因素有关？
p＝＝ρgh＝1.02×103 kg/m3×10 N/kg×10909 m＝1.112718×108 Pa
实验二：探究液体压强与哪些因素有关
实验器材：
水、盐水、容器、微小压强计(U型管、探头)
【猜想与假设】
猜想1：液体内部的压强大小可能与方向有关
猜想2：液体内部的压强大小可能与液体深度有关
猜想3：液体内部的压强大小可能与液体密度有关
【设计与进行实验 】
(1)如图A所示的U形管压强计，从结构上来看，压强计______(选填“是”或“不是”)连通器；为了使实验现象更明显，U形管中的液体选用酒精，颜色最好用________(选填“无色”或“有色”)的。
(2)U形管压强计在使用前，要检查装置的气密性。请简述检查气密性的方法：________________________________________________________。
用手指按压强计的橡皮膜，若U形管液面有高度差，则气密性良好
不是
有色
(3)实验前，要通过调试，使压强计U形管两边的液面________，若小明在安装好U形管压强计后发现U形管两边的液面不相平，他可以采取的调节方法是________(选填“A”“B”或“C”).
A. 从U形管中倒出适量水
B. 向U形管中加入适量水
C. 取下软管重新安装
C
相平
【分析与论证】
(4)为了验证猜想1是否正确，应比较______两图，可初步得出结论：在同种液体的相同深度，液体向各个方向的压强________。
(5)比较B、C两图，可初步得出结论：______________________________
_______________________________________________________________。
(6)比较B、E两图，能验证猜想3吗？________，理由是：_____________
__________________________________________________。
C、D
相等
在同种液体中，液体内部压强随深度的增加而增大
没有控制橡皮膜在两液体中的深度相同
不能
(7)小明用水、盐水进行实验验证猜想3后，为了使结论更具普遍性，小明还应如何继续实验(请写出实验思路，不需写具体步骤)________________
_____________。
(8)上述实验中，小明通过观察压强计的_____________________来判断橡皮膜所受压强的大小。实验中主要用到的研究方法有转换法和_________法。
控制变量
换不同密度的液
U形管两侧液面高度差
体重复实验
【交流与评估】
(9)已知图C中U形管左侧液柱高为4 cm，右侧液柱高为10 cm，U形管中的液体为酒精，则U形管底部受到的液体压强为________Pa，软管内气体的压强与大气压强之差为________Pa。在图C实验中，保持橡皮膜在水中的位置不变，给容器中加入适量清水(液体不溢出)，橡皮膜受到的压强将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
800
480
变大
液体压强：
(1)在液体内部同一深度处，向各个方向的压强都________。
(2)在液体密度相同时，深度越深，压强越______。
(3)在深度相同时，液体密度越大，压强越______。
大
相等
大
实验总结
思考：舱内人员为何可以正常呼吸？
03
思考1：舱内气体压强有多大呢？
p=1.0×105 Pa
思考2：人正常呼吸的大气压强有多大呢？
标准大气压的测量：意大利科学家托里拆利最早测出大气压的数值等于760 mm水银柱产生的压强，取p0=1.013×105 Pa，在粗略计算中，标准大气压可以取1×105 Pa，具体测量过程如图所示。
舱内气体压强等于大气压强，所以舱内人可以正常呼吸。
思考3：人呼吸会不断吸收O2，产生CO2，如何维持舱内O2浓度不变？
气体系统：
◎氧气系统：负责提供潜水员所需的氧气供应，确保他们能够呼吸到充足的氧气。通常包括气源、氧气储存和供应系统，以及相关的气体控制和监测设备。
◎CO2吸收系统：负责处理潜水员呼出的二氧化碳，防止舱内二氧化碳浓度升高。通常使用特殊的化学剂或吸附材料来吸收CO2，并与氧气系统相连，以维持良好的空气质量。
小资料
奋斗者号空载质量24吨，体积约为30 m3
小资料
已求出重力G=2.4×105 N
思考：奋斗着号是如何控制浮沉状态的？
04
思考1：奋斗者号放入海中时，处于什么状态？为什么？
奋斗者号全部进入海中时，受到的浮力
F浮=ρ液gV排=1.02×103 kg/m3×10 N/kg×30 m3
=3.06×105 N
由于重力小于浮力，所以奋斗者号放入海中时，处于漂浮状态。
思考2：奋斗者号在下潜中，各状态下都受到了哪些力？它们的大小关系是怎样的？
1：重力=浮力；
1：漂浮
2：刚好浸没
3：下沉
4：沉底
4：重力=浮力+支持力
3：重力>浮力；
2：重力>浮力；
思考3：奋斗者号是如何控制浮沉的？
从压载水箱中注入海水，靠改变自身重力的方法实现上浮和下潜。
1：漂浮
2：刚好浸没
3：下沉
4：沉底
物体的浮沉条件
上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
F浮　　G F浮实心体 ρ液>ρ物 ρ液　　ρ物 ρ液＝ρ物　 V排＝V物 ρ液>ρ物　 V排　　V物 ρ液＜ ρ物　
V排＝V物
处于动态，受非平衡力作用 可以停留在液体的任何深度处 是“上浮”过程的最终状态 是“下沉”过程的最终状态
处于静态，受平衡力作用 ＞
＝
F浮＋FN
＜
＜
思考4：奋斗者号在下潜过程中，浮力的大小是如何变化的？
1→2：浮力增大；
2→3→4：浮力不变；
1：漂浮
2：刚好浸没
3：下沉
4：沉底
思考5：为何浮力先增大后不变，浮力的大小与哪些因素有关？
实验二：探究浮力大小与哪些因素有关
实验器材：
弹簧测力计、金属块、铝块、细线、容器、水、盐水
【猜想与假设】
猜想1：浮力的大小可能与液体的密度有关；
猜想2：浮力的大小可能与排开液体的体积有关；
猜想3：浮力的大小可能与物体浸没的深度有关；
猜想4：浮力的大小可能与物体的
密度有关。
【设计与进行实验】
(1)实验前需要对弹簧测力计在______(选填“水平”或“竖直”)方向上进行调零。
(2)如图C，金属块P完全浸没在水中时受到的浮力为______N，方向_________。
(3)通过比较实验__________，可以验证猜想1是正确的。
竖直
A、D、E
2
竖直向上
(4)通过比较实验A、B、C得出：浮力的大小与物体浸没的深度有关。你认为此结论是______(选填“正确”或“错误”)的，理由是________________
_______________；对此合理的解释是：浮力的大小随着______________
______的增大而增大。
(5)为了验证猜想4，小明又增加一个与金属块P_______(选填“质量”或“体积”)相等的铝块进行实验，将铝块与金属块P分别浸没在水中同一位置处，测得它们受到浮力的大小关系是
_______，可以初步判断猜想4是
______(选填“正确”或“错误”)的。
物体排开液体的
错误
未控制物体排开
液体的体积相同
体积
体积
相等
错误
(6)该实验探究主要运用的科学探究方法是_________法，实验中会选用不同液体进行多次实验，其目的是________________(选填“寻找普遍规律”或“多次实验求平均值减小误差”).
寻找普遍规律
控制变量
【交流与评估】
(7)下列能正确反映金属块P下表面刚好开始接触水面到图甲D位置时，弹簧测力计的示数与金属块P下表面到水面距离h关系的图像是______，金属块P所受浮力大小与其下表面到水面距离h关系的图像是______。(均选填字母)
D
B
浮力
液体的密度
物体排开液体中的体积
排开液体的质量
排开液体的重力
？
实验三：探究浮力的大小跟物体排开液体所受重力的关系
【设计与进行实验】
(1)请将具体步骤补充完整：
①如图A，在弹簧测力计下挂一小桶，测出小桶所受的________；
②如图B，测出铝块所受的重力；
重力
实验器材：
弹簧测力计、铝块、铁块、小桶、细线、容器、水、酒精
③如图C，把铝块浸没在盛满水的溢水杯中，读出此时弹簧测力计的示数，计算出铝块所受的________。同时，用小桶收集铝块排开的水；
④如图D，测出________________________________________。根据图中所得数据，弹簧测力计的四个测量值满足_______________时，即可验证阿基米德原理。
F2－F3＝F4－F1　
浮力
小桶和铝块排开的水所受的总重力
【分析与论证】
(2)请根据图中所示步骤，将表格中所缺数据补充完整：①________，②________，③________，④________。
小桶所受重力/N 1.2
铝块所受重力/N ①
铝块浸没在水中时 弹簧测力计的示数/N 1.0
小桶和排开水所受的总重力/N ②
浮力/N ③
排开水所受的重力/N ④
1.0
2.0
2.2
1.0
(3)分析实验数据，可得出实验结论：_______________________________________________________________。
(4)为了得到更普遍的结论，下列继续进行的操作中不合理的是______。
A. 用原方案和器材多次测量求平均值
B. 用原方案将水换成酒精进行实验
C. 用原方案将铝块换成体积与其不同
的铁块进行实验
浸在液体中的物体所受浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小
A
【交流与评估】
(5)实验时，将铝块浸入溢水杯的水中，铝块浸没前受到的浮力________，溢水杯底部受到水的压强________。(均选填“不变”“变大”或“变小”)
(6)实验小组在实验中排除各种测量误差因素的影响，发现铝块排开水的重力明显小于它所受的浮力，请分析实验操作中造成这种结果的原因是________________________________
________________________________。
(一条即可)
溢水杯未装满水(或溢水杯中溢出的水，有部分未进入小桶，洒在外面)　
变大
不变
除了奋斗者号，浮力在生活中还有哪些应用？
1.轮船采用空心的方法，可以使排开水的体积增大，从而增大浮力，轮船的大小通常用排水量(轮船装满货物时排开水的质量)来表示。
浮力的应用
实践与拓展
2.热气球和飞艇：通过改变气囊内的气体密度(质量)实现升降。
探索奋斗者号的秘密
舱内人员为何可以正常呼吸
03
表面什么材料
02
有多重
01
如何控制浮沉状态的
04
关心我国现代科技成就，为中华名族的科技成就感到自豪，逐步养成实现中华名族伟大复兴的责任感与使命感。
重力、压力、固体压强
液体压强
大气压强
浮力、浮沉条件
1.(2023陕西)如图，是我国055型万吨级驱逐舰“延安”号．该舰满载时，排水量约12 000吨，吃水深度6.6 m．下列说法正确的是(　　)
A. 排水量指的是舰船满载时排开水的重力
B. “延安”号漂浮在海面上，所受重力小于浮力
C. “延安”号漂浮在海面上，所受浮力方向竖直向上
D. “延安”号不能与其他舰船近距离并排航行，是因为流体流速越大，压强越大
C
链接中考
2.(2023山西)妈妈生日那天，小梦给妈妈煮饺子时发现，当把饺子放入沸腾的水中后，饺子先下沉到锅底，过了一会儿又上浮，最终漂浮在水面上．下列分析正确的是(不考虑饺子的吸水性)(　　)
A. 饺子在下沉的过程中，受到水的压强不变
B. 饺子上浮过程中，受到的浮力小于它所受的重力
C. 饺子上浮过程中，受到的浮力等于它排开的水所受的重力
D. 饺子在水面漂浮时，受到的浮力大于它所受的重力
C
2.(2023河北)(多选)柱状容器内加入浓盐水，把一枚土豆轻轻放入其中，静止时土豆漂浮在水面上，如图甲所示；向容器中缓慢注入清水，土豆逐渐下沉；注入适量清水时，土豆悬浮在盐水中，如图乙所示；继续注入清水，土豆沉到容器底部，如图丙所示．下列说法正确的是(　　)
A. 漂浮在水面上时，土豆受到的浮力与其重力大小相等
B. 悬浮在盐水中时，土豆的密度与此时盐水的密度相等
C. 沉到底部后，土豆受到的浮力可能大于漂浮时
受到的浮力
D. 沉到底部后，继续注入清水，土豆受到的浮力
不再变化
AB
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