資源簡(jiǎn)介

(共23張PPT)
第九章 壓強(qiáng)
跨學(xué)科實(shí)踐
船閘
第3節(jié)
01
了解船閘的力學(xué)原理
02
根據(jù)船閘的工作原理，設(shè)計(jì)、制作一個(gè)船閘，體會(huì)物理知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用.
攔河大壩的修建給水利灌溉帶來(lái)極大的便利，但也給水運(yùn)帶來(lái)不便。如何解決這個(gè)問題呢？
一、船閘的力學(xué)原理
1.閱讀教材第54頁(yè)～55頁(yè)，了解船閘的工作原理。
(1)它是利用__________的特點(diǎn)來(lái)工作的。
連通器
(2)船從下游駛向上游時(shí)，如圖，閥門____
打開、閥門____關(guān)閉，水從閘室流向下游，當(dāng)
它的水面與下游相平時(shí)，閘門___打開，船駛?cè)?br/>閘室。
閥門____關(guān)閉、閘門____關(guān)閉，閥門___打開，
水從上游流向閘室，當(dāng)閘室的水面與上游相平時(shí)，
閘門____打開，船駛?cè)肷嫌巍?br/>A
B
A
A
A
B
B
(2024·深圳南山區(qū)期末)船閘是利用連通器的原理進(jìn)行工作的。如圖所示，上游一艘客輪準(zhǔn)備通過(guò)船閘進(jìn)入下游。客輪進(jìn)入閘室前，應(yīng)(　　)
A.關(guān)閉下游閘門D，打開下游閥門B
B.關(guān)閉下游閘門D，打開上游閥門A
C.打開下游閘門D，關(guān)閉下游閥門B
D.打開下游閘門D，關(guān)閉上游閥門A
B
二、設(shè)計(jì)、制作一個(gè)船閘
1.活動(dòng)準(zhǔn)備
·礦泉水瓶（多個(gè)，根據(jù)船閘規(guī)模決定）
·硬紙板（用于制作隔板等）
·剪刀、細(xì)線、膠水、尺子、鉛筆、紙等制作工具
·水槽（用于模擬水道）
·小船模型或塑料玩具船（用于測(cè)試船閘功能）
2.活動(dòng)步驟
(1)設(shè)計(jì)階段
①分組討論：將學(xué)生分成若干小組，每組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)一個(gè)船閘模型。
②繪制草圖：各小組根據(jù)討論結(jié)果繪制船閘模型的草圖，包括上下游閘門、閘室、閥門等結(jié)構(gòu)。
(2)制作階段
①切割礦泉水瓶：根據(jù)設(shè)計(jì)草圖，用剪刀將礦泉水瓶剪成所需的形狀和大小，作為船閘的上、下閘門和閥門。
②制作隔板：用硬紙板裁剪并折疊成合適的形狀，用膠水將塑料閘門和閥門固定上，作為船閘的隔板。
③組裝模型：將隔板與水槽按照設(shè)計(jì)草圖組裝起來(lái)，形成一個(gè)完整的船閘模型。
(3)測(cè)試階段
①在水槽中注入適量的水，模擬水道環(huán)境；
②將小船模型放入水槽中，并調(diào)整船閘模型的位置，使小船能夠順利進(jìn)入閘室；
③操作船閘模型：模擬船閘的開啟和關(guān)閉過(guò)程，觀察閘室內(nèi)的水位變化以及小船如何通過(guò)船閘進(jìn)入下一個(gè)水道。
3.活動(dòng)交流
①各小組分享制作過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和遇到的困難，以及解決困難的方法。
②討論船閘模型在實(shí)際應(yīng)用中的可能性和局限性。
③教師總結(jié)活動(dòng)成果，強(qiáng)調(diào)水利工程的重要性和學(xué)習(xí)物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)的必要性。
小軍要制作一個(gè)船閘，通行船只吃水深度不高于0.3 m，如圖所示是他畫的設(shè)計(jì)草圖。
從上游流向閘室
(1)圖中水的流動(dòng)情況是　　　　　　　　(選填“從上游流向閘室”或“從閘室流向下游”)，根據(jù)船閘的工作過(guò)程推測(cè)，圖中小船是從_____
　　　 　(選填“上游開往下游”或“下游開往上游”)。
下游
開往上游
【解】閘室水位范圍是 ，由 可得，水對(duì)閘室底部的
最小壓強(qiáng)
，
水對(duì)閘室底部的最大壓強(qiáng)
，因此水對(duì)閘室底部的壓強(qiáng)變化范圍是
。
(2)小軍設(shè)計(jì)的船閘上游水位為1.5 m，下游水位為0.5 m，則船閘工作時(shí)，水對(duì)閘室底部的壓強(qiáng)變化范圍是多少？(水的密度ρ＝1×103 kg/m3，g取10 N/kg)
(3)下列材料是制作閘門的備選材料，綜合考慮，最適于用作小軍的船閘閘門材料的是　　　　　　。
材料 薄木板 薄鋁合金板 薄鈦合金板
硬度 一般 較高 很高
最大承壓能力/kPa 12 60 110
單價(jià)/(元·m-2) 20 102 530
薄鋁合金板
1.(2024·晉中期中)靈渠作為世界上最早的有閘運(yùn)河，船閘對(duì)于河流的通暢功不可沒。降水的季節(jié)河道具有一定落差，低水位易導(dǎo)致航船爬升困難，人們開始在靈渠上修建具有船閘功能的設(shè)施——陡門，如圖所示。通過(guò)陡門的開啟與封閉，調(diào)節(jié)水位，保證船只不受水位落差影響而順利通行。陡門利用了　　　 的原理，當(dāng)陡門開啟后上、下游的水位會(huì)
　　 。
連通器
相平
2.(2024·焦作期末)船閘是勞動(dòng)人民智慧的結(jié)晶，如圖所示，當(dāng)上游船只駛往下游時(shí)，先打開　　　 ，水從　　 流入　　 ，待閘室水面和上游水面相平時(shí)，再打開上游閘門C，船駛?cè)腴l室，關(guān)閉_______________
　　 ，打開閥門B，水從　　 流入　　 ，待閘室水面和　　 水面相平時(shí)，再打開下游閘門D，船駛向下游。
閥門A
上游
閥門A和上游閘
閘室
門C
閘室
下游
下游
3.阿迪同學(xué)暑假參觀三峽工程，他對(duì)船閘很感興趣，于是查閱了相關(guān)資料：
三峽船閘全線總長(zhǎng)6 442 m，其中船閘主體結(jié)構(gòu)段全長(zhǎng)1 621 m，是世界上最大的船閘。船只在船閘中要經(jīng)過(guò)5個(gè)閘室使船體逐次升高(或降低)(如圖所示)。每個(gè)閘室水位變化超過(guò)20 m，因而三峽船閘的閘門非常高大，其首級(jí)人字閘門每扇門高約40 m，寬約20 m，厚3 m，閘門是用密度約為5×103 kg/m3的材料制成的。(g取10 N/kg)
(1)如圖丁表示船只通過(guò)船閘的情況。①、②、③、④表示四幅圖的序號(hào)。根據(jù)圖中的信息，做出以下判斷：這四幅圖表示船只從下游駛往上游，則按時(shí)間的先后排列的順序是　　　　　(填序號(hào))。
④②③①
丁
答案　1.2×108 N　2×106 Pa
(2)若把首級(jí)人字閘門豎放在水平地面上，求出每扇閘門的重力和豎放時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)。
三峽雙線五級(jí)船閘，規(guī)模舉世無(wú)雙，是世界上第二大的船閘。它全長(zhǎng)6.4公里，其中船閘主體部分1.6公里，引航道4.8公里。三峽大壩壩前正常蓄水位為海拔175米高程，而壩下通航最低水位62米高程，這就是說(shuō)，船閘上下落差達(dá)113米，船舶通過(guò)船閘要翻越40層樓房的高度。已入選中國(guó)世界紀(jì)錄協(xié)會(huì)世界第二大的船閘世界紀(jì)錄。
解析　由題圖可知，輪船要由上游通過(guò)船閘到達(dá)下游，應(yīng)關(guān)閉上游閘門C、下游閘門D及下游閥門B，打開上游閥門A，使閘室和上游水道構(gòu)成一個(gè)連通器，當(dāng)閘室水面上升到和上游水面相平后，打開上游閘門C，船可以平穩(wěn)地駛?cè)腴l室，故選B。
解析　每扇閘門的體積V＝40 m×20 m×3 m＝2 400 m3，
每扇閘門的質(zhì)量m＝ρV＝5×103 kg/m3×2 400 m3＝1.2×107 kg，
每扇閘門的重力G＝mg＝1.2×107 kg×10 N/kg＝1.2×108 N，
每扇閘門豎放時(shí)對(duì)地面的壓力F＝G＝1.2×108 N，
受力面積S＝20 m×3 m＝60 m2，
每扇閘門豎放時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)p＝＝2×106 Pa。

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