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.筆者在教學中發現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根長度適當的軟膠管與注射器相連，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，為了避免此現象的發生，在冷凝管下腹部加配重，使潛水艇的重心在潛水艇下腹部，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.