2.通过调节物体受到的F浮或G物,可以调节物体的浮沉。
3.应用
(1)轮船:
把物体作为“空心”的办法来增大浮力,使浮力等于船和货物的总重来实现漂浮。
(2)潜水艇:
依靠改变自身重力来实现在水中的浮沉。
(3)气球和飞艇:
ρ气<ρ空气,使它受到的F浮>G物而升空。
第3节 物体的浮沉条件及应用
“酒精度数测量计”的制作
利用直尺制作一个杠杆,在左右两侧分别挂上钩码。
将左端钩码浸没于纯酒精中,调整右端钩码至杠杆在水平位置平衡,在右端钩码处作标记A,表示100度,如图甲所示。
再将左端钩码浸没于清水中,调整右端钩码至杠杆在水平位置平衡,在右端钩码处作标记B,表示零度,如图乙所示。
将A、B之间的距离分成100等份,每一等份就表示1度;如果分成50等份,每一份就表示2度。
将左端钩码位置固定,这就制成了可以测量白酒度数的“酒精度数测量计”。
使用:
将左端钩码浸没于被测白酒中,调整右端钩码至杠杆在水平位置平衡,钩码所在刻度就是被测白酒的度数。
本节课的教学是围绕着“密度大的物体是如何实现漂浮或悬浮的”这么一个问题进行的。
教学活动加强了对物体的受力分析,从二力合成和平衡的角度分析得出浮沉条件。
由阿基米德原理公式的变形F浮=ρ液gV排得到物体浮沉与密度的关系之后,马上提出如何使铁块漂浮的问题,学生自然会想到减小密度的方法。
通过对密度公式的分析得出轮船和潜艇的浮沉原理。
这样的安排,使知识点之间过渡自然,层层递进,利于学生接受。
据此得到“空心”这一实现密度大的物体漂浮或悬浮的重要方法,解决了前面提出的问题,这样前后呼应,在逐层解决问题的过程中完成了教学任务。
吃水线知识的教学是教学内容的有益补充,也让学生认识到了科学技术在社会生活中的影响,体现“STS”思想。
从氢气球到飞艇
1783年8月27日,在法国巴黎近郊,突然有一个又大又圆的怪物从天而降,并且放出一股硫黄气味,当地居民看到它都目瞪口呆了,以为是“恶魔”降临了。
有个年轻的小伙子壮起胆子向那巨大的圆球射了一枪,“啪!
”怪物马上变扁了。
这时,从怪物旁走出了一个人。
这个从天而降的人是个大学物理教授,叫沙尔。
他用浸涂橡胶的丝织品第一次制成了氢气球,这是他的一次空中实验。
氢气球在空中飘了20多千米,落到了居民身边。
氢气是一种比空气轻的气体,18世纪末有不少科学家注意到了氢的特性,并且试着用氢气来填充气球,升入高空。
气体也有浮力。
在大气中,密度小于空气的物体就上浮。
氢的密度是0.09千克/米3,空气的密度是129千克/米3,所以,充氢气的气球会在空气中上浮。
氢气球使人类实现了升入天空的梦想。
但是人们乘着它升到天空只能随风飘荡,“听天由命”。
能不能由人来控制气球的航向呢?
“怪物”出现的第二年,1784年,法国人罗伯特兄弟的大“飞鱼”上天了。
这是世界上的第一次飞艇实验。
罗伯特兄弟认为,气球在大气中沉浮、飞行和鱼儿在水中游弋的原理是一样的。
他们做了一个巨大的鱼形气球:
长15.6米,最大直径是9.6米,气囊容积为940米3,充满氢气后可以得到大约10000牛顿的升力。
7月6日,第一次试飞开始了。
气囊里充进氢气之后,飞艇顺利地上升了。
然而,情况发生了变化,罗伯特兄弟发现,气球愈向上升,那气囊胀得愈大,这样下去,气囊就有爆炸的危险!
这是为什么呢?
这时罗伯特兄弟才意识到,愈向上升,大气压强愈低,外边大气压减小,氢气体积就要膨胀,一旦胀破,他们就会摔死。
在这紧急关头,罗伯特兄弟慌忙刺破气囊放气,终于安全地降落下来。
两个月以后,装有放气阀门的飞艇升上了天空。
吊篮里坐着7个人,他们划着用绸子和木框做的大桨,控制着飞艇的航向,连续飞行了7个小时,走了几千米。
后来,人们在飞艇上安装了发动机,使飞艇成了空中交通工具,在20世纪二三十年代,飞艇曾盛极一时。
潜水艇的构成
核动力战略导弹潜艇示意图
潜水艇主要由艇身、操纵系统、动力系统、武器系统和导航、观察、通讯等设备组成。
由于潜水艇要潜入深水,又需要很快的航速,要求艇身的外壳能承受较大的压力,其外形呈流线型,以减小航行时的阻力。
操纵系统控制着整个艇身的正常航行,控制着各种机械和仪器正常工作。
水柜是潜水艇的重要组成部分,艇身的沉浮由水柜中的水量来决定。
根据沉浮条件,当水柜装满水时,就增加潜水艇所受的重力,若重力大于浮力,则艇身下沉。
需要艇身浮出水面时,用压缩气体排出水柜中的水,减小潜水艇所受的重力,使重力小于浮力,艇身即可浮出水面。
潜水艇内的物资可以增加或消耗,弹药也可能会有增减,这都会引起艇身所受重力大小的变化。
另外艇身下潜的深度不同,各处海水的密度也不同,尽管艇身的大小不变,但由于海水密度不同就引起浮力大小的不同。
根据以上重力、浮力的变化,艇身内还有专门用于调节水量的水柜,以适应重力、浮力变化时的需要。
为了使艇身平衡,不倾斜,在艇首和艇尾还装有可调节水量的均衡水柜。
潜水艇的武器系统主要是存储、安装和发射装置,武器的种类有弹道导弹、巡航导弹、鱼雷和水雷。
弹道导弹射程在1000~10000千米,主要攻击陆地上的军事目标。
巡航导弹射程在几百至几千千米,主要用于攻击水面上的舰船,也可以攻击近海岸及陆地上的军事目标。
鱼雷是水中的主要武器,主要用于攻击水面上的舰船。
水雷是一种布防性的武器,通过鱼雷发射管部署在自己海域的防区,阻止敌舰进入该水域。
潜水艇是一种高技术的现代化舰艇,它的设备比较先进,也很复杂。
艇身内所装的导航设备、控制设备、观察设备、通信设备等都是最先进的。
由于它在战略和战术上的很多优越性,普遍受到各国军事家的重视。