专题活动
制作简易潜水艇模型
【思考导入】
2020年10月27日，中国研发的万米载人潜水器“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功下潜突破1万米，达到10 058米，创造了中国载人深潜的新纪录；11月10日8时12分，“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10 909米，刷新中国载人深潜的新纪录。
万米海底，“奋斗者”号是凭借着什么原理在海水中上下潜伏、来去自如的？下面先让我们做一个小实验，初步探究一下这个问题。
准备器材：小气球、玻璃杯（或水桶）、一根筷子
实验过程：在玻璃杯中装入适量水，在小气球中充入适量气体，将它轻轻放入水中，观察小气球的沉浮状况，可以发现，小气球是漂浮在水面上的。这时再用一根筷子轻轻将小气球压入水中，当小气球浸入水中一定深度后，拿走筷子，我们会发现，小气球不再漂浮，而是向下沉去。


思考：为什么会出现这样两种截然不同的现象？
原理：通过本学期的学习，我们已经知道了浮力的计算公式为$F_{浮}=$；随着下潜深度的变化，气球在水中受到的压力越来越大，其中的气体受到压缩，体积越来越小，排开液体的体积也越来越小，因此气球受到的浮力也越来越小。当气球浸入水中的深度达到临界点后，气球受到的浮力小于气球自身的重力，气球就会向下沉去。
那么，如果这时再用筷子将小气球向上夹起，到达临界点之上后，放开筷子，小气球能否重新漂浮？试一试。
【动手实践】

潜水艇在水中自由浮沉，与我们刚才的小实验有一定的相同之处，都利用了阿基米德原理。不同之处在于：小气球的沉浮是通过压缩气体体积，改变排水量；而潜水艇的沉浮是在排水量不变的前提下，改变自身重力。观察左侧的潜水艇沉浮简单示意图，试想一下，如果让你来设计一艘“潜水艇”，你会怎样控制它的沉浮？
现在，让我们来试着自己动手制作一个简单的潜水艇模型。（温馨提示：实践过程中请规范使用工具，注意安全）
准备材料：一个带瓶盖的矿泉水瓶、注射器（无针头，需在成人陪同下获取及使用）、软管、小石块（可用螺丝钉、砝码等具有一定重量的物体代替）、热熔胶、吸管、裁纸刀（或剪刀、圆规等尖锐物品）、水桶
制作步骤：1. 用裁纸刀在瓶盖和瓶底处各打一个小孔。
2. 将软管的一头穿过瓶盖上的小孔，并用热熔胶固定。
3. 在矿泉水瓶的瓶身上绑上一块小石块，将瓶身放入水中，待瓶中空气排尽后拧紧瓶盖。
4. 将软管的另一头与注射器相连，推拉注射器活塞，就能看到“潜水艇”在水中的沉浮了。

思考：瓶底的小孔起到了什么作用？如果瓶身上绑着的东西过重，“潜水艇”还能浮起来吗？
【知识拓展】
科技发展与仿生学
人类发明潜艇，其实是受到了一种海洋生物——鹦鹉螺的启发。鹦鹉螺的螺旋形贝壳内腔中有许多隔片，这些隔片将内腔分隔成若干个壳室，软体只待在最里侧的壳室中，这个壳室被称为“住室”；除住室外的其他壳室叫气室，充填气体或液体。鹦鹉螺的壳中有一条贯通各壳室的室管，可以调节气室内的气体或液体，以控制鹦鹉螺的沉浮。潜水艇的研制便是借鉴了鹦鹉螺的沉浮原理。

除了鹦鹉螺外，还有许多科学发明都利用了仿生学，例如众所周知的雷达，便是从蝙蝠身上得到的灵感。除了潜艇和雷达外，你还知道哪些发明创造利用了仿生学？上网查找资料并和同学、父母讨论，完成下方的表格。

| 发明创造 | “借鉴”的动物 |
| ---- | ---- |
| 潜水艇 | 鹦鹉螺 |
| 雷达 | 蝙蝠 |
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【思考导入】$\rho_{液}gV_{排}$
【动手实践】略
【知识拓展】略