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(共32張PPT)
第3節 跨學科實踐：船閘
第九章 壓強
舉世矚目的我國三峽大壩如圖1 所示，其上、下游水位差最高可達113 米，船只通航要依靠三
峽雙線五級船閘。三峽船閘是世界上最
大的船閘，共由5 個閘室組成。它全長
6 .4 公里，其中船閘主體部分1 .6 公里，
引航道4 .8 公里，規模舉世無雙。
追溯起源
中國是建造船閘最早的國家。船閘的歷史發展：
(1)秦始皇三十三年(公元前214 年)所修建的靈渠上的陡門就是利用單門船閘以調整門前后的水位差，達到船舶克服水位差實現通航的目的。
(2)宋代雍熙年間在西河建造了設有輸水設備的陡門，是現代船閘的雛形。
(3)1293 年， 郭守敬在通惠河上建立了24 座船閘， 使運糧船可逆流而上，這一創舉對古代北京城的發展有重要的推動作用。
(4)上世紀80 至90年代，我國相繼建成“萬里長江第一壩”葛洲壩等一系列船閘，使我國船閘的水平迅速邁進國際先進行列。
(5)三峽大壩中的船閘，便是世界上總水頭最高、技術最復雜的船閘工程。
任務一 了解船閘
1. 船閘 船閘是通過閥門控制輸水系統向閘室充水、向外泄水，實現閘室水位的升降，幫助船舶克服水位差過壩的一種過船建筑物。也就是“制造”一段河流更易于船舶通過，形象比喻為“船舶走樓梯”。
2. 船閘結構 船閘由閘室、閘首、閘門、輸水系統、閥門、引航道等部分組成。其中輸水系統和閥門是實現船閘過船功能的核心，直接關系船閘能否安全、高效運行。(具體示意圖如圖2 所示)
3. 分類 船閘按照所處位置可分為海船閘、河船閘和運河船閘。船閘根據沿船閘軸線方向的閘室數目可分為單級船閘和多級船閘，以單級船閘使用最廣。
任務二 船閘的力學原理
1. 工作原理 船閘是利用連通器的工作原理工作的。
2. 工作過程 結合船閘的基本結構圖(如圖3 所示)，分析船從下游駛向上游的過程。
(1)如圖甲：閥門A 打開，B 關閉，閘室和下游水道構成了一個連通器，水從閘室流向下游。當閘室水面與下游相平時，下游閘門打開，船駛入閘室。
(2)如圖乙：關閉閥門A 和下游閘門，打開閥門B，閘室和上游水道構成了一個連通器，水從上游流向閘室。
(3)如圖丙：閘室中水面與上游相平時，打開上游閘門，船駛往上游。同時關閉上游閘門和閥門B。
深度思考 船是怎樣從上游駛向下游的？
深度理解
①將閥門A 關閉, 閥門B 打開，閘室和上游水道構成了一個連通器，水從上游流向閘室。當閘室水面與上游相平時，打開上游閘門，船駛入閘室。
②關閉上游閘門和閥門B，打開閥門A，閘室和下游水道構成了一個連通器，水從閘室流向下游。
③當閘室中水面與下游相平時，打開下游閘門，船駛往下游。同時關閉下游閘門和閥門A。
3. 三峽船閘
(1) 工作原理 連通器的工作原理。
(2)工作過程 以從下游駛往上游為例，三峽船閘共有五級船閘，當船行駛到最低一級(第五級)船閘時，船閘的進口會關閉，這時開始充水。當水位漲到一定高度(與第四級船閘內水面高度齊平)時，船進入第四級船閘，又開始充水，以此類推，直到船通過第一級船閘，最后到達上游。
(3)“人”字閘門與液壓技術
①“人”字閘門：
三峽船閘的“人”字閘門有2 4 扇。如圖4 所示，“人”字閘門的厚度在3 m 左右，重量在850 t 左右，它的面積近似2 個籃球場的大小。“人”字閘門
以三鉸拱的作用承受水壓力，常用作承受
單向水頭、在靜水條件下啟閉的工作閘門。
當人們將它關閉的時候，上游方向的水就會往下流，因為它的門面向上游凸出，從而使得“人”字閘門越壓越緊。憑借這一優勢，使得“人”字閘門關閉后，它的縫隙寬度僅為0 .2 mm，這一區域的滲水量不到0.03m3 /s。
②液壓技術：
船閘運行過程中，閘門要在3 6 m 深的水中轉動，需要克服約2.7×106 N 的阻力。這扇巨型閘門的開合，是利用液壓技術實現的。液壓啟閉機的推拉桿像兩只巨大的手臂，平穩安全、靈活自如地使兩扇閘門在30 多米深的水中開啟、關閉。
(4)用途：有效防范洪澇災害，利用河水灌溉農田、水力發電等功能。
深度思考三峽船閘的“人”字閘門有2 4 扇。當人們將它關閉的時候，請你想一想：為什么“人”字閘門會越壓越緊？
深度理解
當人們將它關閉的時候，上游方向的水就會往下流，因為它的門面向上游凸出，從而使得“人”字閘門越壓越緊。
任務三 設計、制作一個船閘
1. 設計結構 在學習船閘的原理與功能時，只靠課本上的圖示進行講解，同學們往往不易真正理解和掌握。為了解決這個問題，我們模
仿了生活中在河邊修
筑的船閘，制作了
“船閘模型”，如圖5 所示。
2. 選擇材料 有機玻璃(3 ~3 .5 mm 厚)、透明塑料管、微孔泡沫塑料(鞋墊)、玩具船、玻璃膠、乳膠管、水槽、盛水杯、不同顏色的水等。工具包括塑料尺、玻璃刀、剪刀、熱膠槍、油石、透明膠帶等。
3. 參考船閘模型，結構上要有閘首、閘門、閥門、閘室、輸水系統、引航道等，大小可以自定。如圖6 繪制船閘模型圖紙。
4. 制作 按圖紙尺寸大小制作引航道、閘首、閘室，四周要用玻璃膠封嚴，不能漏水，閘門與引航道間用微孔泡沫塑料填充，門與門之間的接觸處用凝固的玻璃膠作邊，閘門底邊可做個門檻，門檻與閘門之間可用乳膠管墊
著，這樣做，閘門關閉時幾乎不漏水。閥門開關用鐵條焊接，然后用橡皮塞、塑料管共同組成( 或用乳膠管、橡皮塞、夾子組成)。
5. 工作過程展示 通過開閉閥門，調整閘室水位，而后打開相應的閘門，直觀地演示船只通過船閘的全過程。
下面是船從上游到下游的演示過程，如果船要從下游到
上游只需按照畫面倒過來演示即可。
(1)如圖7，船停靠在上游準備到下游去。先打開上游到閘室的閥門，上游的水流入閘室；上游與閘室的水面相平時，打開上游閘門，船通過閘門進入閘室，同時關閉上游的閥門和閘門。
器材上游與閘室下面設計成空心的，節約了實驗用水，也充分體現了船閘在實際生活中的應用。
(2)打開閘室到下游的閥門，當下游與閘室水面相平時，打開下游的閘門，船通過閘門到達下游，同時關閉下游的閥門和閘門。
知1－講
安全提示
制作過程中，要帶手套，防止手被玻璃劃傷，玻璃膠粘到手上，熱膠槍燙傷等。
知1－講
實驗創新點
(1)通過自己動手制作船閘模型，激發同學們學習物理的興趣。
(2)用不同顏色的水做實驗, 一目了然, 讓同學們既觀察了連通器的特點,又理解了船閘的工作原理。
(3)將閥門和閥門開關變向改裝，控制簡單靈活。
三峽大壩是我國的宏偉工程。
(1)船閘是利用_______的原理工作的。如圖8 甲是輪船開往下游時進入閘室后，欲到下游時的示意圖，關閉上游閘門C 和閥門A 后，下一步應先打開_______ ，再打開
_______(后兩空均填
“閥門A”“閥門B”“閘
門C”或“閘門D”)。
例 1
連通器
閥門B
閘門D
知1－練
解題秘方：根據連通器的原理來認識船閘的工作原理；
利用連通器中液面相平解釋船閘過船現象；根據液體內部的壓強隨深度的增加而增大來分析大壩設計成上窄下寬的原因。
知1－練
解析：船閘是利用連通器的原理工作的。圖甲是輪船從上游進入閘室后，欲到下游時的示意圖，關閉上游閘門C和閥門AFO，下一步應先打開閥門B，使閘室內的水通過閥門B 流出，讓閘室與下游的水面相平，再打開閘門D，讓輪船駛入下游航道。
(2)大壩設計成了上窄下寬的形狀(圖乙)，原因是_________
____________________。
液體壓強
隨深度的增加而增大
知1－練
解題秘方：根據連通器的原理來認識船閘的工作原理；
利用連通器中液面相平解釋船閘過船現象；根據液體內部的壓強隨深度的增加而增大來分析大壩設計成上窄下寬的原因。
解析：攔河大壩修建得上窄下寬主要是因為液體壓強隨深度的增加而增大。
1.[一模· 許昌] 船閘由閘室和上、下游閘門以及上、下游閥門組成。上游有一艘輪船想駛往閘室，此時船閘狀態如圖所示。則接下來正確的操作步驟是( )
①打開閘門C
②打開閥門A
③關閉閥門B
A．①②③ B．②①③ C．③②① D．③①②
C
跨學科實踐：船閘
船閘
原理
連通器
特點、相平條件
模型設計、制作船閘
三峽船閘
工作過程
“人”字閘門與液壓技術

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