巧用球形冷凝管做潛水艇

杜俊玲

（石家莊市第四中學，河北 石家莊050011）

1 引 言

九年級物理教科書第14章第6節(jié)浮力應用中，為了讓學生理解浮沉條件在生活中的應用，例舉了輪船、潛水艇、氣球和飛艇這些實例，但都是從受力分析的角度學習，學生沒有真實感受.筆者在教學中發(fā)現(xiàn)化學實驗中提煉純水用的球形冷凝管和潛水艇的的結構相似，冷凝管有雙層結構，把它的兩端用橡皮塞堵住，中間的每一個球形通道就像潛水艇的每一個控制艙室，而且互相連通，而流經(jīng)冷卻水的外層就像潛水艇的水柜.

2 潛水艇的原理

潛水艇的基本構造是外殼和耐壓殼.耐壓殼內(nèi)壓是1.01×105Pa，可以住人、放置設備、氣瓶等；外殼與耐壓殼間的空間用來充放水，潛水艇的體積不變，因此它在水中所受浮力的大小不變，所能改變的是潛水艇的自身重量，根據(jù)阿基米德定律，當水柜充水量較少時，重力小于浮力，潛水艇上升；當水柜充水量較多時，重力大于浮力，潛水艇下潛.

3 模型的制作及使用

器材的準備：化學實驗室的球形冷凝管（如圖1所示）、注射器、橡皮泥、橡皮塞、幾個鐵螺母、1根適當長度的軟膠管.

制作過程如下：

1）取1只冷凝管兩端用橡皮塞堵上，中間就形成了封閉的控制艙室.

2）冷凝管上面的小孔接1根長度適當?shù)能浤z管與注射器相連，注射器的選擇一定要和冷凝管的水艙的容積相當，保證冷凝管的水艙（即潛水艇的水柜）充滿水后能下潛到水面下.

3）由于進水口在一端，進水時會一頭下沉，為了避免此現(xiàn)象的發(fā)生，在冷凝管下腹部加配重，使?jié)撍У闹匦脑跐撍赂共?，用橡皮泥包幾個鐵螺母就可以，加的重物要合適，保證不進水時潛水艇能浮出水面，同時也可增加浮沉時的可見度.

圖1 潛水艇模型

演示時，將冷凝管放入水槽中，使它水平浮在水面，用注射器抽氣，冷凝管中水就增多，向冷凝管中壓氣，冷凝管中水就減少，控制進入冷凝管內(nèi)的水量，冷凝管就會在水中下沉、上浮、懸浮.模型用于演示時，更注意把裝置的某些部分與潛水艇的構造作類比，如中間的球形通道就像潛水艇的每個控制艙室，而且互相連通，外層流經(jīng)冷水的部分就像潛水艇的水柜，注射器向試管中壓氣，相當于壓縮空氣排出水柜中的水，這樣便于學生觀察想象和理解.