动手实验:“蛟龙”探海

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  制作难度:★☆☆☆☆
  想象力指数:★★★☆☆
  我们很难能够有机会观看“蛟龙号”在大洋深处的浮浮沉沉,如果我们自己动手做一个简易的“蛟龙号”呢?这其实很容易办到,只需带盖塑料瓶、小号玻璃瓶、油性蜡笔、透明胶带等。你可以随心所欲地控制“蛟龙号”的浮沉,而且随着手对塑料瓶用力的力度变化,我们还能控制它悬浮在液体中的任一位置。不过,操作起来还是有点难度。
  
  要准备的工具和材料:
  一只带盖塑料瓶、一只小号玻璃口服液瓶(能放入塑料瓶内)、几支油性蜡笔、一张小纸片、一卷透明胶
  带、一大杯水、一把剪刀
  
  我们按照下面步骤来:
  1.用油性蜡笔在小纸片上写下“蛟龙号”,用透明胶带将小纸片固定在倒置的小玻璃瓶上(绘画功底好的同学可以绘制“蛟龙号”)。
  2.在“蛟龙号”中灌入适量的水(约瓶容量的1/2),记下“蛟龙号”里的水位置(因为几乎都不可能一次成功,方便失败后调整)。
  3.把装有水的“蛟龙号”用食指堵住瓶口,倒扣进水里。经过多次调试瓶中水量,使其恰好能浮在水面上(用手轻点“蛟龙号”底部,“蛟龙号”即会沉入水中,后又缓缓浮上)。
  4.塑料瓶装满水后将调试好的“蛟龙号”放入,然后盖紧瓶盖。
  5.用力挤压塑料瓶,“蛟龙号”下沉;撤去压力,可看到“蛟龙号”上浮:用力得当,可使“蛟龙号”停止在水中任意位置。实验心得:
  ●“蛟龙号”瓶中灌入水量和玻璃瓶质量相反,玻璃瓶质量越大,装入水量越少,我在操作中,装入水量约为玻璃瓶容量的1/2(玻璃瓶中的水不要太多,否则“蛟龙号”会沉入水底)。
  ●要想让“蛟龙号”听话地停在你想要的任意一个位置,就请注意塑料瓶中的水尽量装得满一些,残留的气体越少,实验效果越好。
  ●“蛟龙号”内部必须有一定量的气体,实验中要控制好整个“蛟龙号”的平均密度,使外界压强较小时,整个“蛟龙号”的平均密度稍稍小于周围液体的密度。
  ●“蛟龙号”的浮沉是在外加压强作用下,靠改变它的重力来实现的(体积不变)。这是一个经典而又引人深思的实验,它能直观地演示出物体在下沉、悬浮、漂浮时,重力与浮力之间的关系,有助于同学们理解“物体的浮沉条件”这个知识点。
  ●浸没在液体里的物体的浮沉条件,是指决定物体浸没在液体里处于什么运动状态的条件。根据“力是改变物体运动状态的原因”,只能从物体受到的重力和浮力这两个因素来判断它是下沉、悬浮或上浮、直到漂浮。原理解读:
  我们仔细观察下“蛟龙号”的核心部分——小玻璃瓶。玻璃瓶其实就是一个浮沉子。浮沉子原名“笛卡尔潜水器”,是法国科学家笛卡尔为示范浮力定律而发明。它是玻璃制的小瓶体,下端开有小孔,水可通过小孔进出瓶体。浮沉子一般都是通过外部压强的变化,改变其内部气体体积,改变其平均密度,进而达到控制其沉浮的目的。根据帕斯卡定律,实验中当我们用力挤压塑料瓶体时,塑料瓶内水的压强增大,使塑料瓶中水的压强大于小玻璃瓶中的压强,水就会被压入玻璃瓶中,玻璃瓶和玻璃瓶中水的总重力增大(为了跟课本里的“潜水艇两侧有水舱,向水舱充水时,潜水艇逐渐加重”的说法保持一致,可以把浮沉子里的水重当成它总重的一部分),当重力大于浮力时,玻璃瓶就下沉。当撤去手对塑料瓶的压力时,塑料瓶内水的压强减小,玻璃瓶中的压强大于塑料瓶中水的压强,水就会从玻璃瓶中流出,玻璃瓶和玻璃瓶中水的总重力减小,当重力小于浮力时,玻璃瓶就上升。当手对塑料瓶施加的压力适当时,玻璃瓶便悬浮在水中的任意深度。你还可以:
  ●这个小制作你做成功了吗?你能用手压挤塑料瓶控制小玻璃瓶停留在水中某一深处吗?此时小玻璃瓶里的水面跟它上浮和下潜时有何不同?
  ●探究潜水艇的浮沉原理:通过适当用力压塑料瓶向玻璃瓶(潜水艇水舱)中充水或松手向外排水来改变玻璃瓶(潜水艇)的自重,使其下沉或上浮。
  ●不用手压挤瓶壁,你还有哪几种方案能够改变玻璃瓶在水中的运动状态?(提示:使用浸满热开水或冷水的毛巾,包住塑料瓶上面部位试一试。)
  ●现在你知道浮沉子是怎么一回事了吗?用你做的浮沉子和你的好朋友们做的浮沉子比一比,大家互相交流一下,相信你还会有新的收获!
  ●动动脑筋,你还可以设计出新式浮沉子吗?你能分析出浮沉子的沉浮受到哪些力的作用吗?
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