资源简介

5 跨学科实践：潜艇
素养目标
1．物理观念：通过制作潜艇，让学生深入理解控制潜艇沉与浮的原理。
2．科学思维：在制作过程中，学生需要进行观察、分析、推理和创新，培养科学思维能力。
3．科学探究：学生通过动手实践，体验科学探究的过程，掌握实验设计和操作的方法。
4．科学态度与责任：培养学生严谨认真的科学态度和团队合作精神，以及运用物理知识解决实际问题的责任感。
教学重点和难点
教学重点：控制潜艇沉与浮的原理；桥梁的分类；制作桥的方法和步骤。。
教学难点：理解力学在潜艇沉与浮中的作用；解决制作过程中遇到的实际问题，如潜艇的结构形式、密闭性和材料选择等。
教学过程
情景导入
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。那么潜艇是如何实现下沉和上浮的呢？
教学活动
潜艇的沉与浮　
从鱼儿潜水得到启示，人们设计出有“鳔”的潜艇，它的“鳔”是用钢铁做成的水舱。不过，与鱼不同的是，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（教材P80，图10-5-2）。
打开舱门充水，潜艇下沉；将压缩空气压入水舱，排出海水，潜艇上浮。
阅读教材P80，“讨论交流：控制物体沉浮的方式”。
提问：控制潜艇的沉浮与上一节教材中控制鸡蛋的沉浮采取的方式有什么不同？
学生思考、讨论、交流。
展示：多媒体展示控制潜艇沉浮的动画
讲解：潜艇在水面时，如果重力大于浮力，则艇体会自动下沉，浸没在水中的体积增大，浮力增大，达到新的平衡状态；反之，如果重力小于浮力，则艇体会自动上浮，浮力减小，同样可达到新的平衡状态。所以，水面的潜艇在一定范围内具有自动调整平衡状态的能力。潜艇在水下，如果受到的重力或浮力有变化，将会破坏它的平衡状态，从而引起潜艇的下潜或者上浮。因此，水下的潜艇不具备自行调整平衡的能力。
当潜艇潜入深水时，由于不同区域海水密度不同，浮力也会不同。此时，必须精确地调整潜艇水舱中水的多少，改变潜艇整体所受的重力，使之与浮力相等，才能达到新的平衡，保持悬浮状态。可见，精确控制潜艇重力，是潜艇正常工作的关键。
二、军用潜艇
军用潜艇是国家海军的战略性武器。潜艇空间分为人员与设备舱和水舱。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，利用声呐、潜望镜、雷达等设备充当潜艇耳朵和眼睛，设置了导弹、鱼雷等武器系统。潜艇的设计与制造以物理学原理为基础，结合机械动力、电子技术、材料科学、仿生学等多个领域的知识，是十分复杂的工程技术。
提问：核潜艇的基本结构都有哪些呢？
学生思考、讨论、交流。
展示：多媒体展示核潜艇基本结构的图片（教材P81图10-5-3）。
讲解：核潜艇的基本结构包括：声呐系统、人员生活居住区、水舱、控制室、导弹、核反应堆、涡轮机、马达、螺旋桨、潜望镜、指挥塔等。
阅读教材P82，“活动：了解中国潜艇”。
中国潜艇的发展史是一部奋斗史、创新史。中国工程院院士、共和国勋章获得者、国家最高科学技术奖获得者黄旭华，为祖国“深潜”30年，使我国成为少数可以制造核潜艇的国家之一。请查阅资料，了解相关事迹，并与同学分享。
三、潜艇模型制作比赛
材料与工具选用参考：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：
1.生活舱和水舱独立分开。
2.生活舱与设备舱大于水舱。
比赛任务：
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。
展示、交流与评价：
1.各小组介绍潜艇的设计思路，展示设计图纸和制作的潜艇，交流存在问题和需要改进的地方。
2.下面是某组同学的作品（图10-5-4）以及本次活动评价表，请参照它设计自己的评价表，对实践活动进行评价。
评价表
板书设计
5 跨学科实践：潜艇
教学反思
在本次关于“潜艇”的跨学科实践教学中，以潜艇为主题成功地将物理原理与工程技术相结合，通过动手实验和实践活动，激发了学生的学习兴趣和探索精神。虽然活动有趣且效果显著，但在时间控制和部分学生理解复杂原理方面仍需进一步优化和额外辅导。

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