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(共23张PPT)
第九章 压强
跨学科实践
船闸
第3节
01
了解船闸的力学原理
02
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.
拦河大坝的修建给水利灌溉带来极大的便利，但也给水运带来不便。如何解决这个问题呢？
一、船闸的力学原理
1.阅读教材第54页～55页，了解船闸的工作原理。
(1)它是利用__________的特点来工作的。
连通器
(2)船从下游驶向上游时，如图，阀门____
打开、阀门____关闭，水从闸室流向下游，当
它的水面与下游相平时，闸门___打开，船驶入
闸室。
阀门____关闭、闸门____关闭，阀门___打开，
水从上游流向闸室，当闸室的水面与上游相平时，
闸门____打开，船驶入上游。
A
B
A
A
A
B
B
(2024·深圳南山区期末)船闸是利用连通器的原理进行工作的。如图所示，上游一艘客轮准备通过船闸进入下游。客轮进入闸室前，应(　　)
A.关闭下游闸门D，打开下游阀门B
B.关闭下游闸门D，打开上游阀门A
C.打开下游闸门D，关闭下游阀门B
D.打开下游闸门D，关闭上游阀门A
B
二、设计、制作一个船闸
1.活动准备
·矿泉水瓶（多个，根据船闸规模决定）
·硬纸板（用于制作隔板等）
·剪刀、细线、胶水、尺子、铅笔、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）
2.活动步骤
(1)设计阶段
①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。
②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。
(2)制作阶段
①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。
②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。
③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。
(3)测试阶段
①在水槽中注入适量的水，模拟水道环境；
②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；
③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。
3.活动交流
①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。
②讨论船闸模型在实际应用中的可能性和局限性。
③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。
小军要制作一个船闸，通行船只吃水深度不高于0.3 m，如图所示是他画的设计草图。
从上游流向闸室
(1)图中水的流动情况是　　　　　　　　(选填“从上游流向闸室”或“从闸室流向下游”)，根据船闸的工作过程推测，图中小船是从_____
　　　 　(选填“上游开往下游”或“下游开往上游”)。
下游
开往上游
【解】闸室水位范围是 ，由 可得，水对闸室底部的
最小压强
，
水对闸室底部的最大压强
，因此水对闸室底部的压强变化范围是
。
(2)小军设计的船闸上游水位为1.5 m，下游水位为0.5 m，则船闸工作时，水对闸室底部的压强变化范围是多少？(水的密度ρ＝1×103 kg/m3，g取10 N/kg)
(3)下列材料是制作闸门的备选材料，综合考虑，最适于用作小军的船闸闸门材料的是　　　　　　。
材料 薄木板 薄铝合金板 薄钛合金板
硬度 一般 较高 很高
最大承压能力/kPa 12 60 110
单价/(元·m-2) 20 102 530
薄铝合金板
1.(2024·晋中期中)灵渠作为世界上最早的有闸运河，船闸对于河流的通畅功不可没。降水的季节河道具有一定落差，低水位易导致航船爬升困难，人们开始在灵渠上修建具有船闸功能的设施——陡门，如图所示。通过陡门的开启与封闭，调节水位，保证船只不受水位落差影响而顺利通行。陡门利用了　　　 的原理，当陡门开启后上、下游的水位会
　　 。
连通器
相平
2.(2024·焦作期末)船闸是劳动人民智慧的结晶，如图所示，当上游船只驶往下游时，先打开　　　 ，水从　　 流入　　 ，待闸室水面和上游水面相平时，再打开上游闸门C，船驶入闸室，关闭_______________
　　 ，打开阀门B，水从　　 流入　　 ，待闸室水面和　　 水面相平时，再打开下游闸门D，船驶向下游。
阀门A
上游
阀门A和上游闸
闸室
门C
闸室
下游
下游
3.阿迪同学暑假参观三峡工程，他对船闸很感兴趣，于是查阅了相关资料：
三峡船闸全线总长6 442 m，其中船闸主体结构段全长1 621 m，是世界上最大的船闸。船只在船闸中要经过5个闸室使船体逐次升高(或降低)(如图所示)。每个闸室水位变化超过20 m，因而三峡船闸的闸门非常高大，其首级人字闸门每扇门高约40 m，宽约20 m，厚3 m，闸门是用密度约为5×103 kg/m3的材料制成的。(g取10 N/kg)
(1)如图丁表示船只通过船闸的情况。①、②、③、④表示四幅图的序号。根据图中的信息，做出以下判断：这四幅图表示船只从下游驶往上游，则按时间的先后排列的顺序是　　　　　(填序号)。
④②③①
丁
答案　1.2×108 N　2×106 Pa
(2)若把首级人字闸门竖放在水平地面上，求出每扇闸门的重力和竖放时对地面的压强。
三峡双线五级船闸，规模举世无双，是世界上第二大的船闸。它全长6.4公里，其中船闸主体部分1.6公里，引航道4.8公里。三峡大坝坝前正常蓄水位为海拔175米高程，而坝下通航最低水位62米高程，这就是说，船闸上下落差达113米，船舶通过船闸要翻越40层楼房的高度。已入选中国世界纪录协会世界第二大的船闸世界纪录。
解析　由题图可知，轮船要由上游通过船闸到达下游，应关闭上游闸门C、下游闸门D及下游阀门B，打开上游阀门A，使闸室和上游水道构成一个连通器，当闸室水面上升到和上游水面相平后，打开上游闸门C，船可以平稳地驶入闸室，故选B。
解析　每扇闸门的体积V＝40 m×20 m×3 m＝2 400 m3，
每扇闸门的质量m＝ρV＝5×103 kg/m3×2 400 m3＝1.2×107 kg，
每扇闸门的重力G＝mg＝1.2×107 kg×10 N/kg＝1.2×108 N，
每扇闸门竖放时对地面的压力F＝G＝1.2×108 N，
受力面积S＝20 m×3 m＝60 m2，
每扇闸门竖放时对地面的压强p＝＝2×106 Pa。

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