动手实验:“蛟龙”探海

来源:用户上传      作者: 菲尔

　　制作时间：3分钟
　　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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