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课件网) 第5节 跨学科实践：潜艇 第十章 流体的力现象 潜艇(图1)，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。潜艇按体积可分为大型( 主要为军用)、中型或小型( 袖珍潜艇、潜水器) 和水下自动机械装置等。 它是海军的主要舰种之一，它具有良好的隐蔽性，较大的自给力、续航力和较强的突击威力，可用于攻击陆上战略目标和大、中型水面舰船、潜艇，袭击海岸设施和陆上重要目标，以及布雷、侦察、遣送特种人员登陆等。潜艇也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。 追溯起源 潜艇的发展经历了一个漫长的过程。早期的潜艇只能采用人力推进，在军事作战中用途有限。随着工业革命的深入发展，蒸汽机被应用到了潜艇上，装上了蒸汽机的潜艇机动性大大增强。1897 年，“现代潜艇之父”约翰·霍兰制造出以汽油发动机和蓄电池电动机作为双推进动力系统的“霍兰”号，开启了潜艇发展的新时代。项目实践 教材全点拨 任务一 潜艇的沉与浮 1. 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。 2. 潜艇的沉浮 (1)潜艇的沉浮原理:潜艇的水舱类似于鱼的鱼鳔,潜艇通过调节其内部的水量来控制自身重力,实现下沉和上浮。 (2)具体分析 ①潜艇下潜时，吸收海水，自身重力增大，所受重力大于浮力； ②潜艇上浮时，排出海水，自身重力减小，所受重力小于浮力。 深度思考控制潜艇的沉浮与教材中控制鸡蛋的沉浮采取的方式有什么不同？ 深度理解 如图3 所示，鸡蛋的重力不变，通过改变杯中液体的密度，从而改变鸡蛋所受浮力的大小，进而控制鸡蛋的沉浮；浸没在水中的潜艇所受浮力不变，靠水舱的吸水和排水来改变自身的重力, 从而改变重力与浮力的大小关系, 进而控制潜艇的沉浮。 (3)潜艇的工作过程 ①潜艇平衡的调整：水面上的潜艇在一定范围内具有自 动调整平衡状态的能力，而水下的潜艇不具备自行调整 平衡的能力。 ②潜艇正常工作的关键：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。 深度思考 同学们想一想潜艇正常工作的关键是什么？ 深度理解 关键是精确控制潜艇的重力。 潜水艇是靠改变_____来实现下潜和上浮的。如图4 所示是同一艘潜水艇在水下上浮和下潜时的情景，其中图___正在下潜，潜水艇受到的浮力F甲_____(填“>”“<”或“=)F乙；现有某新型淡水科考潜水艇，体积为2 000 m3，该潜水 艇悬浮在水下8 m 深处时受到 的浮力大小为_____N。(ρ 淡水 =1×103 kg/m3，g 取10 N/kg) 例 1 自身的重力 乙 = 2×107 解析：潜水艇是通过改变水舱中的水的重力来改变自身重力，从而实现上浮和下潜的。要使潜水艇下潜，应使潜水艇所受的浮力小于潜水艇的重力，所以水舱中水较多时潜水艇下潜，故图乙为潜水艇下潜时的情景。 图甲、乙中潜水艇浸没在水中，排开水的体积都等于潜水艇的体积，潜水艇的体积不变，排开水的体积不变，根据F 浮=ρ 液gV 排可知，潜水艇所受的浮力大小不变，所以潜水艇受到的浮力F 甲=F 乙。该潜水艇悬浮在水下8 m 深处时受到的浮力F 浮=ρ 淡水gV 排=ρ 淡水gV=1×103 kg/m3× 10 N/kg×20 00m3=2×1 0 7 N。 1.[中考·广州] 潜水艇从海水高密度区驶入低密度区 ... ...
