10.5 跨学科实践：潜艇 课件-2025-2026学年八年级教科版物理下册

该初中物理课件以潜艇沉浮原理为核心，通过“鸡蛋的沉浮”实验导入，对比鸡蛋与潜艇控制沉浮的方式差异，搭建从自然现象（鱼鳔）到人工技术（排水吸水改变重力）的学习支架，帮助学生衔接前后知识。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过潜艇模型制作比赛（设计、制作、展示）引导学生解决材料选择、配重计算（如用F浮=ρ液V排g确定配重范围）、稳定性改进（降低重心）等问题，结合黄旭华事迹渗透科学态度与责任。学生能提升实践与推理能力，教师可依托此资料开展跨学科实践教学。

跨学科实践：潜艇 1 2 一、潜艇的沉与浮 思考：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？ 3 从鱼儿潜水得到启示，人们设计出有“鳔”的潜艇。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。 4 潜艇在水面时，如果重力大于浮力，则潜艇会自动下沉。随着浸没在水中的体积增大，浮力增大，潜艇会达到新的平衡状态。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。 5 当潜艇潜入深水时，必须精确地调整潜艇水舱中水的多少，从而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。 6 军用潜艇是国家海军的重要海上作战武器。工程师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。 二、军用潜艇 7 8 三、潜艇模型制作比赛 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。 确定设计目标 设计潜艇模型 制作潜艇模型 展示交流 9 为了完成潜艇模型的设计，我们将大问题拆分成小问题进行研究。小问题如下： （1）潜艇模型分为生活舱、水舱、配重三个部分，分别选择哪些材料去制作？ （2）潜艇模型需要调至悬浮状态，如何确定合适的配重？ （3）如何让潜艇模型不翻倒、更稳定？ 三、潜艇模型制作比赛 确定设计目标 设计潜艇模型 制作潜艇模型 展示交流 10 问题1：潜艇模型分为生活舱、水舱、配重三个部分，分别选择哪些材料去制作？ 生活舱 水舱 配重 11 问题1：潜艇模型分为生活舱、水舱、配重三个部分，分别选择哪些材料去制作？ 生活舱 水舱 配重 12 问题1：潜艇模型分为生活舱、水舱、配重三个部分，分别选择哪些材料去制作？ 生活舱 水舱 配重 13 问题2：潜艇模型需要调至悬浮状态，如何确定合适的配重？ 悬浮：F浮 = G艇身 + G配重 故：G配重 = F浮 － G艇身 G艇身 + G配重 F浮 14 （以500 mL饮料瓶生活舱和100 mL注射器水舱为例） F浮= ρ液V排 g =1.0×103 kg/m3×600×10-6 m3×10 N/kg = 6 N ② G艇身： 计算可得配重质量范围：432.9 g ~ 532.7 g G未装水=0.673 N G装满水=1.671 N 问题2：潜艇模型需要调至悬浮状态，如何确定合适的配重？ 15 问题3: 如何让潜艇模型不翻倒、更稳定？ 降低重心可提高物体的稳定性，故将配重居中固定于生活舱内底部，并将水舱居中固定于生活舱底部，这样会更加稳定。 16 评价项目 分值 自评 设计图清晰美观 10   潜水艇能成功控制沉浮 30   潜水艇能调至悬浮状态 20   材料易得、成本低 10   美观、和谐度与特色 10   组织分工合理 10   展示介绍清晰 10   1. 自评环节。 确定设计目标 设计潜艇模型 制作潜艇模型 展示交流 17 需要解决的问题 解决的方法 密闭生活舱、水舱及配重分别选择哪些材料去制作？ 已知容积的饮料瓶、注射器，用密度较大的物质例如小钢珠、沙石等作为配重 如何确定合适的配重？ 计算潜艇模型所受的浮力，测量水舱未装水时艇身的重力、水舱装满水时艇身的重力，则配重范围为： F浮–G装满水 ＜ G配重 ＜ F浮–G未装水 如何让潜艇模型不翻倒、更稳定？ 将配重和水舱居中固定于底部，降低重心 2. 回顾设计的过程中，我们经历和解决了哪些问题，还可以如何改进？ 18 是否还有别的方法可以得到潜艇模型所受的浮力？ 2. 回顾设计的过程中，我们经历和解决了哪些问题，还可以如何改进？ 19 称量法： F浮 = G – F = 6.37 N 2. 回顾设计的过程中，我们经历和解决了哪些问题，还可以如何改进？ 20 3. 项目拓展。 若想将潜艇模型实现自动化，可结合遥控电动机、电动马达等将潜艇模型改进为更智能的遥控潜水艇。 21 $