資源簡介

(共39張PPT)
第5節 實踐
調研我國造船與航海方面的成就
第九章 浮力
看一看 想一想
山東艦是中國首艘自主建造的國產航母，基于對前蘇聯庫茲涅佐夫級航空母艦、中國遼寧號航空母艦的研究，由中國自行改進研發而成，是中國真正意義上的第一艘國產航空母艦。那么：萬噸的鋼鐵巨霸是如何實現水面漂浮工作的呢？
看一看 想一想
同學們你小時候做過這樣的小紙船嗎？它是如何實現在水中遨游的呢？
有沒有用樹葉做過小船？你是怎樣做的？它是如何漂浮在水面呢？
一、問題緣起
問題緣起：
船是人類偉大的發明，是重要的水上交通運輸工具，船的發展史也從某方面體現了人類的科技進步。下面我們一起來探索我國在造船與航海方面的成就。
二、活動方案
本活動涉及與浮力、船舶設計、水上交通、船業史實等有關的知識。
任務一：
查閱資料，了解我國古代和近年來船舶的發展及成就。
我國古代船舶的發展及成就
1.新石器時代：祖先廣泛使用獨木舟和筏，筏是舟船發明前第一種水上運載工具，由新石器時期我國東南部的百越人發明，為我國航海業奠定了基礎。
任務一：我國古代船舶的發展及成就
2.秦漢時期：秦始皇在統一南方戰爭中組織過能運輸 50 萬石糧食的大船隊，還曾派大將率樓船艦隊攻打楚國。
漢朝以樓船為主力的水師十分強大，一次戰役能出動樓船 2000 多艘，水軍 20 萬人。艦隊中有 “先登”“蒙沖”“赤馬”“檻” 等各種作戰艦只。
任務一：我國古代船舶的發展及成就
3.三國時期：孫吳所據江東造船業發達，吳國戰船最大上下五層，可載 3000 名戰士。吳國滅亡時，被晉朝俘獲官船 5000 多艘。南朝時江南能建造 1000 噸大船，祖沖之還造了裝有槳輪的 “車船”。
任務一：我國古代船舶的發展及成就
4.明代：鄭和下西洋的寶船采用福船型，高大如樓，底尖面闊，首尾高昂，首尖尾方，兩側有護板，船艙為水密隔艙結構，是當時航行于南海和西洋航線最先進的海船，也是古代世界最大的木帆船。
任務一：我國古代船舶的發展及成就
6.清朝：初期在海洋經濟推動下有一定發展，推出領航船、維新船等。但后期由于閉關鎖國政策，船舶制造業逐漸衰退，與西方差距拉大，直到 20 世紀初仍停留在傳統造船技術水平。
任務二：我國近年來船舶發展史
1.新中國成立初期 - 1960 年：依靠自身力量恢復發展舊船舶工業，借助蘇聯技術援助為海軍生產艦艇，初步建立發展基礎。開展船用材料、設備國產化工作，革新焊接和船體分段建造技術，建立科研機構和高校。
任務二：我國近年來船舶發展史
2.1961 年 - 1977 年：在蘇聯中斷援助等困難下，基本建成船舶工業造修船體系。成功仿制和自行研制多種軍用艦艇，新建、擴建多座萬噸級以上船臺和船塢，成立中國艦船研究院和上海船舶研究設計院，進行三線建設。
任務二：我國近年來船舶發展史
3.1978 年 - 1999 年：改革開放初期，創新體制，推動學習生產設計技術和轉換造船模式，提升造船生產能力。1995 年進入建造、塢修 30 萬噸級超大型船舶國家行列，引進國外先進船型設計技術，1992 年造船年產量突破 100 萬載重噸，1995 年超過德國成為世界第三造船國家。
任務二：我國近年來船舶發展史
4.2000 年 - 2010 年：提升能力、擴大規模，實現跨越式發展。2002-2005 年全國造船產量翻番，2006 年超過歐洲總和，2008 年超過日本位居世界第二，2010 年超過韓國躍居世界第一，建成多個現代化總裝船廠，能夠建造幾乎所有類型民用船舶。
5.2010 年 - 2024 年：2010 年成為世界第一造船大國后持續保持優勢。2008 年金融危機后在逆境中展現韌性，加速向高端化、大型化轉型，滬東中華 “大鵬昊” 船打破高端船型市場壁壘，在郵輪、vlcc、vlec 等高端船型領域取得突破。2024 年上半年，造船完工量 2502 萬載重噸，同比增長 18.4%；新接訂單量 5422 萬載重噸，同比增長 43.9%；手持訂單量 17155 萬載重噸，同比增長 38.6%，14 種船型新接訂單量位居全球首位。
任務三：航海家鄭和下西洋為世界的航海史作出的貢獻
1.開辟多條新航線：鄭和船隊開辟了眾多新航線，構建起龐大的海上交通網絡。例如從中國經東南亞、印度洋，遠達阿拉伯半島及非洲東海岸等。這些航線為后續的航海活動提供了重要參考，像后來歐洲航海家探索東方航線時，便借鑒了鄭和航線的部分信息。
2. 拓展已知世界范圍：極大地拓展了當時中國及世界對海洋和陸地的認知范圍。使中國詳細了解了東南亞、南亞、西亞及非洲等地的地理風貌，《鄭和航海圖》記錄了沿途大量地理信息，為世界地理知識的積累做出貢獻，讓世界對東方有了更多認識。
3. 先進技術的展示與傳播：鄭和船隊展示了當時中國先進的航海技術，如牽星術（利用星辰定位）、羅盤導航、天文航海等。牽星術能通過觀測星辰高度確定船舶的地理位置，羅盤則為航海提供精確方向指引。這些技術傳播到沿線國家，促進了當地航海技術的發展。
任務三：航海家鄭和下西洋為世界的航海史作出的貢獻
4. 推動貿易發展：鄭和下西洋促進了中國與眾多國家和地區的貿易往來。帶去了中國的絲綢、瓷器、茶葉等精美商品，帶回了香料、珠寶、藥材等異域特產，在東南亞的滿剌加等地建立貿易據點，為國際貿易搭建平臺，刺激了海上貿易的繁榮，推動了世界貿易網絡的發展。
5. 文化交流融合：鄭和船隊每到一處，積極傳播中華文化，同時也吸收當地文化。傳播了中國的禮儀制度、儒家思想、建筑藝術、科技發明等，促進了不同文化間的相互了解與融合，為世界文化的多樣性發展做出貢獻。
二、活動方案
任務四：了解不同類型船舶
查閱資料，了解不同類型船舶的設計特點及其對浮力等知識的應用。選擇一個參考樣例，做一艘有動力的小船，綜合考慮船體造型、材料選取、驅動裝置等方面
任務四：了解不同類型船舶
1.客船 設計特點：上層建筑高大，設有較多層甲板以提供足夠的居住和活動空間。配備完善的安全設備，如救生艇、救生衣、消防設備等，以及齊全的生活設施，如餐廳、娛樂室等。航速較快，一般設有減搖鰭來提高航行的穩定性。
浮力應用：通過較大的干舷保證足夠的儲備浮力，以應對風浪、碰撞等意外情況導致的船舶下沉。在設計時，根據載客量和船舶尺寸，精確計算船體排水體積，確保船舶在滿載時能獲得足夠的浮力來支撐船舶及所載人員、貨物的重量。
任務四：了解不同類型船舶
2.集裝箱船 設計特點：為單層甲板結構，貨艙開口寬大，便于集裝箱的裝卸。船底為雙層底和雙層船殼舷側結構，頂部設置抗扭箱結構，以保證船體強度和抗扭強度。貨艙內設有格柵式貨架，用于固定集裝箱。
浮力應用：利用雙層底和雙層舷側結構增加船體的排水體積，從而提高浮力。在裝載集裝箱時，需要根據船舶的穩性和浮力情況，合理安排集裝箱的堆放位置，確保船舶的重心在合適的位置，保證船舶的穩定性和浮力平衡。
任務四：了解不同類型船舶
3.散貨船 設計特點：常裝設止移板，艙口圍板高大。貨艙橫剖面成棱形，四角的三角形艙為壓載艙。船型肥大，多為單向運輸，一般為單層或雙層船殼結構。
浮力應用：棱形的貨艙設計既方便貨物的裝卸和防止貨物移動，又能在一定程度上增加排水體積，提供浮力。通過調整壓載艙內的壓載水，可以改變船舶的吃水和穩性高度，使船舶在不同的載貨量和航行條件下都能保持合適的浮力和穩定性。
任務四：了解不同類型船舶
4.油船 設計特點：新建中型以上油船一般采用雙層底及雙層船殼結構，無起貨設備和大艙口，僅有圓形或橢圓形小艙口。采用縱骨架式結構，縱向水密艙壁把油艙劃分為并列的兩列或三列油艙，機艙布置在船尾。
浮力應用：雙層底和雙層船殼結構增加了船體的排水體積，提高了船舶的浮力和抗沉性。在裝卸油過程中，通過精確控制各油艙的液位，保持船舶的重心和浮力平衡，防止船舶傾斜或發生危險。同時，設置多個油艙和隔離空艙，也有助于在部分油艙受損時，仍能保證船舶有足夠的浮力和穩定性。
了不起的中國造船業
任務五：做一艘有動力的小船
1.船體造型
設計思路：采用流線型船體，以減少在水中行進時的阻力，確保航行速度與穩定性。船頭設計為尖形，利于破水前行；船身中部較為寬闊，提供足夠浮力承載驅動裝置與電池；船尾稍窄，方便安裝螺旋槳推進器。
具體尺寸：船長 30 厘米，船身最寬處 12 厘米，船高 8 厘米。
任務五：做一艘有動力的小船
2.材料選取
船體材料：選擇輕薄且防水性好的塑料板或 PVC 板。其優點在于重量輕，增強浮力；同時具備良好的防水性能，可確保船體在水中不會因進水而沉沒。厚度選取 3 - 5 毫米為宜，既能保證船體結構強度，又不會過于厚重。
動力裝置材料：電機：選用小型直流電機。電池：配套使用鋰電池；螺旋槳：采用塑料材質螺旋槳，與電機軸適配，尺寸根據電機功率選擇，一般直徑 3 - 5 厘米。
任務五：做一艘有動力的小船
3.驅動裝置
設計原理：利用直流電機帶動螺旋槳旋轉，螺旋槳旋轉時向后推動水，根據牛頓第三定律，水會給螺旋槳一個向前的反作用力，從而推動小船前進。
安裝方式：在船尾合適位置鉆出與電機軸直徑匹配的孔，將電機軸穿過孔，在船內用螺母固定電機。電機軸伸出船尾部分安裝螺旋槳，確保螺旋槳旋轉時不會與船身其他部位干涉。
任務五：做一艘有動力的小船
4.制作步驟： 船體制作：
根據設計尺寸，使用電鋸或美工刀切割塑料板，分別切割出船頭、船身、船尾等部分。用砂紙打磨切割邊緣，使其光滑，避免劃傷手部或影響航行。利用熱熔膠將各部分塑料板拼接成船體，注意保證船體密封性，可在拼接處涂抹防水膠或貼上防水膠帶。在船體內合適位置粘貼泡沫板，增加船體浮力。
任務五：做一艘有動力的小船
4.制作步驟： 驅動裝置安裝：
在船尾確定電機安裝位置，鉆出安裝孔，將電機安裝固定。將螺旋槳安裝在電機軸上，確保安裝牢固。連接電池與電機，可使用焊接或專用插頭連接，注意正負極不要接反。為方便控制，可在電路中安裝一個開關。
任務五：做一艘有動力的小船
4.制作步驟： 調試與完善：
將小船放入水中，檢查船體是否漂浮平穩，若有傾斜可調整泡沫板位置或增減重量。打開開關，觀察電機與螺旋槳運轉情況，若螺旋槳轉動異常，檢查安裝是否牢固或電機線路是否正常。根據調試情況，對小船進行進一步完善，如調整螺旋槳角度、優化船體外形等，以提高小船航行性能。
任務五：做一艘有動力的小船
任務二：做一艘有動力的小船
5.注意事項：
將在使用電鋸、美工刀等工具時，務必注意安全，佩戴防護手套與護目鏡，防止意外傷害。連接電路時，確保電池正負極連接正確，避免短路損壞電池或電機。制作完成后，對小船進行多次試航，觀察其在水中的穩定性與動力表現，根據實際情況進行調整優化。
三、交流評估
交流評估
分享關于我國造船與航海方面成就的調研報告，從科學性、可讀性、信息是否詳實等方面進行評價。展示小船模型，評價小船的動力性能、穩定性與藝術性。
四、拓展研究
拓展研究
查閱資料，調研全球變暖可能對航海業的影響，撰寫一篇小論文。
1.北極航道開通：全球變暖使北極冰層加速融化，北極航道通航窗口期延長。東北航道沿俄羅斯北部海岸線，連接東亞和歐洲，通航條件改善顯著；西北航道穿過加拿大北部海域，連接大西洋和太平洋，商業開發價值也在提升。
四、拓展研究
拓展研究
查閱資料，調研全球變暖可能對航海業的影響，撰寫一篇小論文。
2.傳統航道變化：海平面上升，一些淺水區和近岸航道深度發生變化，部分港口和海岸線可能被淹沒，導致航道縮短或消失。同時，全球變暖引發的厄爾尼諾現象給巴拿馬運河帶來罕見干旱，水位急劇下降，使得通行船只受阻。
拓展研究
3.極端天氣增多：全球變暖導致氣候異常，海洋上的颶風、臺風、強風暴等極端天氣現象頻率增加、強度增強。這些極端天氣可能導致船只偏離航線、貨物受損，甚至發生翻覆事故。
4.海冰與冰山威脅：北極和南極冰川融化，大量海冰和冰山進入航道。海冰可能損壞船只的船體、推進系統等，冰山更是對船只航行構成巨大威脅，增加碰撞風險。
拓展研究
5.海洋生物變化：海洋溫度上升和生態環境改變，一些具有攻擊性或可能影響船只航行的海洋生物分布范圍發生變化，可能出現在原本不會出現的航道區域，干擾船只航行。
6.珊瑚礁白化：高溫海水可能導致珊瑚礁白化和海洋酸化等現象，珊瑚礁是船只天然的避風港，它們的白化或死亡意味著船只失去了這些安全的避風港，增加了航行風險。
拓展研究
7.船只維護成本：海洋溫度升高，船只的金屬部件更易受到腐蝕和損壞，縮短船只使用壽命，增加維修和更換部件的成本。此外，高溫還可能導致船只的燃料消耗增加，進一步提高運營成本。
8.港口維護成本：海平面上升，潮汐強度加大，對港口和海岸堤壩產生更大的侵蝕，增加港口設施的維護難度和成本。一些港口為適應航道變化和水位上升，需要進行改造和升級，也增加了投資成本。
拓展研究
9.高溫影響：高溫海水和極端天氣條件，使船員可能出現中暑、脫水等健康問題。
10.心理壓力：極端天氣和復雜的航行環境，增加了船員的工作難度和心理壓力，長期處于這種環境下，可能對船員的心理健康產生負面影響，進而影響航行安全。
八年級物理全一冊 滬科版2024
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