资源简介

(共25张PPT)
9.3 跨学科实践：船闸
教科版（2024）物理八年级下册
第九章 压强
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.查阅资料，了解我国长江三峡水利枢纽工程中船闸是怎样利用连通器特点让轮船通行的。
2.根据船闸的工作原理，设计、制作一个船闸，体会物理知识在工程实践中的应用。
三峡大坝是三峡水电站的主体工程，也是当今世界上最大的水利枢纽建筑之一。三峡大坝具有强大的水力发电和抗旱、防洪等功能。大坝上、下游落差100多米，船舶怎样才能顺利通过这么大落差的大坝呢？
工程师在三峡大坝左侧的山体中修建五级船闸，解决了这个问题
船闸的力学原理
世界上最大的人造连通器——三峡船闸
我国的三峡工程是当今世界上最大的水利枢纽建筑之一。工程师利用三峡五级船闸解决了有巨大落差的上下游的航运问题。
船闸通过向两端有闸门控制的航道内灌水和泄水来升降水位，以方便船舶通航。长江上的轮船是通过控制闸门和阀门，调节“连通器”水位高低，一级一级地跨越三峡大坝的。
知识回顾
如果连通器里装有相同的液体，液体不流动时，连通器各部分容器中液面的高度总是相同的。
船闸的工作原理
三峡船闸的基本原理是连通器，船闸由闸室和上、下游闸门以及上、下游阀门组成。三峡船闸的主体结构段全场1 621 m，是世界上最大的船闸。船只在船闸重要经过5个闸室使船体逐次升高（或降低）。
图解物理
打开上游阀门A，闸室和上游水道构成了一个连通器。
闸室水面上升到和上游水面相平后，打开上游闸门C，船驶入闸室
三峡船闸
打开下游阀门B，闸室和下游水道构成了一个连通器
闸室水面下降到跟下游水面相平后，打开下游闸门D，船驶向下游。
闸门的开合
每个闸门水位变化超过20 m，因而三峡船闸的闸门非常高达，其手机“人”字闸门每扇门高近40 m，宽近20 m。倘若水压在闸门上，即使有10万人每人都用1 000 N的力来顶着门，也抵挡不住水的压力。这扇矩形闸门的开合，是利用液压技术实现的。
（1）“人”字闸门
“人”字闸门的每扇门由两部分组成，顶部相交形成一个“人”字形，闸门的倾斜设计有助于分散水流的冲击力，提高整体结构的稳定性。“人”字闸门工作时，两扇门叶构成三铰拱以承受水的压力；
水道开放时，两扇门叶位于边壁的门龛内，
不承受水流动方向的巨大压力。“人”字闸门
通过液压系统进行开闭操作。该系统提供必
要的动力，以克服水压并移动沉重的闸门。
门龛
水流向
左门叶
右门叶
（2）液压技术
利用液压技术控制闸门开合，液压系统是利用密闭且不可压缩的液体来传递压强的装置，即加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。如图所示，施加于小活塞的压强大小不变地被液体传递给大活塞，大活塞便可以产生一个与其横截面积成正比的力。
力
面积
更大的
受力面积
更大
的力
设计、制作一个船闸
活动准备
矿泉水瓶（多个，根据船闸规模决定）
硬纸板（用于只做隔板等）
剪刀、细线、胶水、尺子、铅笔、A4纸等制作工具
水槽（用于模拟水道）
小船模型或塑料玩具船（用于测试船闸功能）
活动步骤
（1）设计阶段
分组讨论：将学生分成若干小组，每组负责设计一个船闸模型。
绘制草图：各小组根据讨论结果绘制船闸模型的草图，包括上下游闸门、闸室、阀门等结构。
活动步骤
（2）制作阶段
切割矿泉水瓶：根据设计草图，用剪刀将矿泉水瓶剪成所需的形状和大小，作为船闸的上、下闸门和阀门。
制作隔板：用硬纸板裁剪并折叠成合适的形状，用胶水将塑料闸门和阀门固定上，作为船闸的隔板。
组装模型：将隔板与水槽按照设计草图组装起来，形成一个完整的船闸模型。
活动步骤
（3）测试阶段
在水槽中注入适量的水，模拟水道环境。
将小船模型放入水槽中，并调整船闸模型的位置，使小船能够顺利进入闸室。
操作船闸模型：模拟船闸的开启和关闭过程，观察闸室内的水位变化以及小船如何通过船闸进入下一个水道。
活动交流
各小组分享制作过程中的经验和遇到的困难，以及解决困难的方法。
讨论船闸模型在实际应用中的可能性和局限性。
教师总结活动成果，强调水利工程的重要性和学习物理、数学等学科知识的必要性。
三峡船闸是目前世界上最大的双线五级船闸，如图所示是船闸的示意图，船闸是利用了________原理工作的。从图中可以看出，轮船由下游经过船闸驶往上游。船在下游进入闸室后，应先关闭阀门_____和闸门D，再打开阀门_____，当闸室中水位与上游水位_____时打开闸门C，船就可以驶入上游。
连通器
经典例题
B
A
相平
2.设计、制作一个船闸
1.活动准备
2.活动步骤：（1）设计阶段；（2）制作阶段 ；（3）测试阶段
3.活动交流
1.船闸的力学原理：
基本原理：连通器
船只经过船闸从下游驶往上游的过程
闸门的开合：（1）“人”字闸门； （2）液压技术
1.三峡船闸是世界最大的人造连通器。如图是轮船通过船闸的示意图。此时上游阀门A打开，下游阀门B关闭。下列说法正确的是( )
A.闸室和上游水道构成连通器，水对阀门B两侧的压力相等
B.闸室和上游水道构成连通器，水对阀门B右侧的压力大于左侧的压力
C.闸室和下游水道构成连通器，水对阀门B右侧的压力大于左侧的压力
D.闸室和下游水道构成连通器，水对阀门B两侧的压力相等
B
答案：B
解析：上游阀门A打开，下游阀门B关闭，闸室和上游水道构成连通器，对于阀门B来说，右侧的水深大，水对右侧的压强大，所以水对阀门B右侧的压力大，故ACD错误，B正确。
故选B。
2.如图（a）所示，建造水电站时要在河道中修筑大坝。如图（b）所示，大坝的下部应当比上部更为厚实，主要原因是水的压强随_______的增大而增大；为了估算建造大坝所需混凝土的质量可应用_______知识；如图（c）所示，大坝边上的船闸是_______应用的实例。
深度
密度
连通器
答案：深度；密度；连通器
解析：液体的压强随深度的增加而增大，为让大坝能承受更大的水压，拦河大坝要设计成下宽上窄的形状。
为了估算建造大坝所需混凝土的质量，可先估测混凝土的体积，混凝土密度相对固定，再利用 估算混凝土的质量。
大坝边上的船闸在工作时，闸室分别与上游和下游构成连通器。

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