巧用球形冷凝管做潜水艇

杜俊玲

（石家庄市第四中学，河北 石家庄050011）

1 引 言

九年级物理教科书第14章第6节浮力应用中，为了让学生理解浮沉条件在生活中的应用，例举了轮船、潜水艇、气球和飞艇这些实例，但都是从受力分析的角度学习，学生没有真实感受.笔者在教学中发现化学实验中提炼纯水用的球形冷凝管和潜水艇的的结构相似，冷凝管有双层结构，把它的两端用橡皮塞堵住，中间的每一个球形通道就像潜水艇的每一个控制舱室，而且互相连通，而流经冷却水的外层就像潜水艇的水柜.

2 潜水艇的原理

潜水艇的基本构造是外壳和耐压壳.耐压壳内压是1.01×105Pa，可以住人、放置设备、气瓶等；外壳与耐压壳间的空间用来充放水，潜水艇的体积不变，因此它在水中所受浮力的大小不变，所能改变的是潜水艇的自身重量，根据阿基米德定律，当水柜充水量较少时，重力小于浮力，潜水艇上升；当水柜充水量较多时，重力大于浮力，潜水艇下潜.

3 模型的制作及使用

器材的准备：化学实验室的球形冷凝管（如图1所示）、注射器、橡皮泥、橡皮塞、几个铁螺母、1根适当长度的软胶管.

制作过程如下：

1）取1只冷凝管两端用橡皮塞堵上，中间就形成了封闭的控制舱室.

2）冷凝管上面的小孔接1根长度适当的软胶管与注射器相连，注射器的选择一定要和冷凝管的水舱的容积相当，保证冷凝管的水舱（即潜水艇的水柜）充满水后能下潜到水面下.

3）由于进水口在一端，进水时会一头下沉，为了避免此现象的发生，在冷凝管下腹部加配重，使潜水艇的重心在潜水艇下腹部，用橡皮泥包几个铁螺母就可以，加的重物要合适，保证不进水时潜水艇能浮出水面，同时也可增加浮沉时的可见度.

图1 潜水艇模型

演示时，将冷凝管放入水槽中，使它水平浮在水面，用注射器抽气，冷凝管中水就增多，向冷凝管中压气，冷凝管中水就减少，控制进入冷凝管内的水量，冷凝管就会在水中下沉、上浮、悬浮.模型用于演示时，更注意把装置的某些部分与潜水艇的构造作类比，如中间的球形通道就像潜水艇的每个控制舱室，而且互相连通，外层流经冷水的部分就像潜水艇的水柜，注射器向试管中压气，相当于压缩空气排出水柜中的水，这样便于学生观察想象和理解.