5 跨学科实践：潜艇（教学课件）物理新教材教科版八年级下册

第5节 跨学科实践 潜艇 八年级物理下册 •教科版 第十章—流体的力现象 教学引入 1 　　潜艇或称潜水船、潜舰，是能够在水下运行的舰艇。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（图 10-5-1），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。 潜艇在水中能够上沉或下潜主要用到了哪些力学原理? 潜艇的沉与浮 2 潜艇的沉与浮 1.工作原理 鱼儿通过改变鳔的大小使其在水中沉浮。 借鉴鱼类的沉浮，设计出有“鳔”的潜艇。通过人工的方法排水、吸水，来改变潜艇自身所受的重力。 通过排水、充水，来改变自身所受的重力从而达到上浮和下沉的目的。 打开舱门充水，潜艇下沉；将压缩空气压人水舱，排出海水，潜艇上浮。 潜艇的沉与浮 2 ①当潜艇漂浮水面时 潜艇可自动调整平衡状态。 G＞F浮，艇体自动下沉，浸没在水中的体积增大(V排)，F浮增大，达到新的平衡状态。 F浮＞G，艇体自动上浮，部分露出水面，浸没在水中的体积减小(V排)，F浮减小，达到新的平衡状态。 2.工作过程 潜艇的沉与浮 2 ②当潜艇在水下时 潜艇通过排水、充水进行控制。 上浮时： 打开进气阀门，将压缩空气压人水舱，排出海水，潜艇受到的重力减小，G<F浮，潜艇上浮。 下潜时： 打开进水阀门充水，使水流进入水舱，潜艇受到的重力增大，G＞F浮，潜艇下潜。 潜艇的沉与浮 2 控制物体沉浮的方式 讨论交流 控制潜艇的沉浮与上一节控制鸡蛋的沉浮采取的方式有什么不同？ 控制鸡蛋的沉浮 控制潜艇的沉浮 控制鸡蛋的浮沉是通过改变液体的密度从而改变鸡蛋受到的浮力来实现的。 通过排水、充水，来改变自身所受的重力从而达到上浮和下沉的目的。 潜艇的沉与浮 2 　　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。 军用潜艇 3 军用潜艇 　　军用潜艇是国家海军的重要海上作战武器。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。 通过调节水舱内水的多少控制潜艇沉浮。 依靠动力装置推动螺旋桨前进。 利用声呐、潜望镜等设备充当潜艇的耳朵和眼睛。 设置了导弹、鱼雷等武器系统 军用潜艇 3 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。 军用潜艇 3 　　1958年6月18日，中央军委组织了第一次核潜艇研制会议。由于缺乏相关人才和专业资料，研制工作困难重重。为此，黄旭华等科研人员带着“三面镜子”，在国外海量零零碎碎的报道中，逐步寻找到核潜艇研制的线索。经过16年的艰辛探索，中国第一艘核潜艇 “长征一号”研制成功，正式编入海军序列！ 一级革命文物——401“长征一号”核潜艇 军用潜艇 3 　　海水跃层也称“跃变层”，它是指海水中某水文要素在竖直方向上出现突变或不连续剧变的水层。如果海水跃层是上层密度大、下层密度小的状态，形成负密度梯度跃变层，被称为“海中断崖”潜艇在水下航行中，如突遭“海中断崖”,急剧掉向海底,称为“掉深”，大多数常规潜艇的有效潜深为300m,潜艇不受控制地掉到安全潜深以下时,会被巨大的海水压力破坏，造成失事。中国海军372潜艇一次远航战备巡逻中，碰见“掉深”的情况,这次潜艇掉的又快又深，潜艇的主机舱管路发生破损，艇长立即发出命令:“损管警报!向所有水柜供气!”。不到10秒钟，应急供气阀门打开，所有水柜开始供气；1分钟内，上百个阀门关闭，数十种电气设备关闭；2分钟后,全艇各舱室封舱完毕,但“掉深”依然继续。3分钟后，“掉深”终于停止，深度计开始缓慢回升。372潜艇闯过鬼门关,化险为夷，创造了我军乃至世界潜艇史上的奇迹。(取海水的密度为1×103kg/m3，g取10N/kg) 绝境重生的372舰艇 知识探究 军用潜艇 3 (3)“向所有的水柜供气”的目的是____________________________________。 (4)潜艇“掉深”有所减缓,但不会立即停止，这是因为潜艇具有______ 。 (5)某潜水艇总质量为2.6×103t，体积为3×103m3，要使它从海面潜入海水中，至少要向水柜充入_____m3的海水。 排出水柜内的水,减小自身重力,使潜艇快速上浮 惯性 400 (1)潜艇遇到“海中断崖"时，潜艇所处海水密度突然_____(选填“变大”或“变小”)。所受的浮力突然_____ (选填“大于”“小于’或“等于”)重力，潜艇会失去平衡而急剧下沉。 (2)潜艇下潜至300m深度时受到海水的压强等于标准大气压的_____ 倍。(1标准大气压取1×105Pa) 小于 变小 30 潜艇的制作比赛 4 潜艇的制作比赛 收集身边的材料，设计出一艘属于自己的潜艇。 【项目提出】 【项目设计】 1.制作要求 ①人员工作生活区和水舱独立分开。 ②人员工作生活区大于水舱。 2.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。 潜艇的制作比赛 4 3.原理： 潜艇通过______________实现自由沉浮。 改变自身的重力 4.产品设计： 利用硬质塑料瓶制作潜艇，塑料瓶厚度不计，两个舱之间密封不连通，水舱与注射器通过塑料软管相连，移动注射器活塞可以实现潜艇的沉浮，模型如图。 潜艇的制作比赛 4 5.材料选择： 带盖的大饮料瓶两个 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。 生活舱和设备舱 水舱 潜艇的制作比赛 4 【项目实施】 制作过程： 将学生分成若干小组，每组负责设计一个船闸模型...... ①制作生活舱和设备舱： 将两个大矿泉水瓶剪开，并保留两个有瓶盖的部分;在两个有瓶盖的部分分别加入等量的配重物并用黏土固定；用透明胶将两个部分固定在一起，作为生活舱和设备舱。 潜艇的制作比赛 4 ②制作水舱： 切割两个小矿泉水瓶开，保留两个没有瓶盖的部分在留下的两个部分分别加入等量配重物并用黏土固定；用透明胶将这两个部分固定在一起，作为水舱；在其底部开一个洞做排、进水口，水舱侧部开一个洞并插入与注射器相连的软管再用黏土固定。 ③连接进水排水阀门： 在水舱底部开一个洞做排、进水口，水舱侧部开一个洞并插入与注射器相连的软管再用黏土固定。 潜艇的制作比赛 4 测试阶段： ①将制作好的潜水艇模型放入水槽或大水盆中。 ②通过挤压吸管向瓶内加水，观察潜水艇模型的下沉现象，并记录数据。 ③通过放松吸管让瓶内的水流出，观察潜水艇模型的上浮现象，并记录数据。 教师指导活动：提醒学生注意观察潜水艇模型在加水和排水过程中的浮沉变化。 潜艇的制作比赛 4 【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，交流存在的问题和需要改进的地方。 ②下面是某组同学的作品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。 1. 某次军事演习中，执行深海作业的潜艇悬浮在海水中(如图)。要使潜艇下潜，应对水舱_______注水(选填“注水”或“排水”)，在下潜过程中，潜艇受到的浮力_______(选填“变大”“变小”或“不变”)。 课堂练习 4 注水 不变 课堂练习 4 2. 如图所示为小组同学制作的潜艇模型，通过橡胶管从烧瓶中吸气或向烧瓶中吹气，可使烧瓶的浮沉情况发生改变，要使“潜艇”从图示位置下沉(橡胶管在水中的体积忽略不计)，正确的方法是( ) A. 使用橡胶管向“潜艇”内吹气，“潜艇”自重变小 B. 使用橡胶管向“潜艇”内吹气，“潜艇”所受的浮力变大 C.使用橡胶管从“潜艇”吸气，“潜艇”自重变大 D.使用橡胶管从“潜艇”吸气，“潜艇”所受的浮力变小 C 课堂练习 4 3．如图所示，某物理小组利用体积为170cm3的潜艇模型(忽略进气、排气管的体积)，探究潜艇在水中如何实现上浮或下沉。下列说法中正确的是（　　）　　　(ρ水＝1.0×103kg/m³，g取10N/kg) A．模型浸没在水中受到的浮力为17N B．向内推注射器活塞，模型内气体的压强减小 C．要让悬浮的模型上浮，应使模型排水 D．潜艇的上浮或下沉是通过改变自身体积实现的 C $$