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(共32张PPT)
第3节 跨学科实践：船闸
第九章 压强
举世瞩目的我国三峡大坝如图1 所示，其上、下游水位差最高可达113 米，船只通航要依靠三
峡双线五级船闸。三峡船闸是世界上最
大的船闸，共由5 个闸室组成。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，规模举世无双。
追溯起源
中国是建造船闸最早的国家。船闸的历史发展：
(1)秦始皇三十三年(公元前214 年)所修建的灵渠上的陡门就是利用单门船闸以调整门前后的水位差，达到船舶克服水位差实现通航的目的。
(2)宋代雍熙年间在西河建造了设有输水设备的陡门，是现代船闸的雏形。
(3)1293 年， 郭守敬在通惠河上建立了24 座船闸， 使运粮船可逆流而上，这一创举对古代北京城的发展有重要的推动作用。
(4)上世纪80 至90年代，我国相继建成“万里长江第一坝”葛洲坝等一系列船闸，使我国船闸的水平迅速迈进国际先进行列。
(5)三峡大坝中的船闸，便是世界上总水头最高、技术最复杂的船闸工程。
任务一 了解船闸
1. 船闸 船闸是通过阀门控制输水系统向闸室充水、向外泄水，实现闸室水位的升降，帮助船舶克服水位差过坝的一种过船建筑物。也就是“制造”一段河流更易于船舶通过，形象比喻为“船舶走楼梯”。
2. 船闸结构 船闸由闸室、闸首、闸门、输水系统、阀门、引航道等部分组成。其中输水系统和阀门是实现船闸过船功能的核心，直接关系船闸能否安全、高效运行。(具体示意图如图2 所示)
3. 分类 船闸按照所处位置可分为海船闸、河船闸和运河船闸。船闸根据沿船闸轴线方向的闸室数目可分为单级船闸和多级船闸，以单级船闸使用最广。
任务二 船闸的力学原理
1. 工作原理 船闸是利用连通器的工作原理工作的。
2. 工作过程 结合船闸的基本结构图(如图3 所示)，分析船从下游驶向上游的过程。
(1)如图甲：阀门A 打开，B 关闭，闸室和下游水道构成了一个连通器，水从闸室流向下游。当闸室水面与下游相平时，下游闸门打开，船驶入闸室。
(2)如图乙：关闭阀门A 和下游闸门，打开阀门B，闸室和上游水道构成了一个连通器，水从上游流向闸室。
(3)如图丙：闸室中水面与上游相平时，打开上游闸门，船驶往上游。同时关闭上游闸门和阀门B。
深度思考 船是怎样从上游驶向下游的？
深度理解
①将阀门A 关闭, 阀门B 打开，闸室和上游水道构成了一个连通器，水从上游流向闸室。当闸室水面与上游相平时，打开上游闸门，船驶入闸室。
②关闭上游闸门和阀门B，打开阀门A，闸室和下游水道构成了一个连通器，水从闸室流向下游。
③当闸室中水面与下游相平时，打开下游闸门，船驶往下游。同时关闭下游闸门和阀门A。
3. 三峡船闸
(1) 工作原理 连通器的工作原理。
(2)工作过程 以从下游驶往上游为例，三峡船闸共有五级船闸，当船行驶到最低一级(第五级)船闸时，船闸的进口会关闭，这时开始充水。当水位涨到一定高度(与第四级船闸内水面高度齐平)时，船进入第四级船闸，又开始充水，以此类推，直到船通过第一级船闸，最后到达上游。
(3)“人”字闸门与液压技术
①“人”字闸门：
三峡船闸的“人”字闸门有2 4 扇。如图4 所示，“人”字闸门的厚度在3 m 左右，重量在850 t 左右，它的面积近似2 个篮球场的大小。“人”字闸门
以三铰拱的作用承受水压力，常用作承受
单向水头、在静水条件下启闭的工作闸门。
当人们将它关闭的时候，上游方向的水就会往下流，因为它的门面向上游凸出，从而使得“人”字闸门越压越紧。凭借这一优势，使得“人”字闸门关闭后，它的缝隙宽度仅为0 .2 mm，这一区域的渗水量不到0.03m3 /s。
②液压技术：
船闸运行过程中，闸门要在3 6 m 深的水中转动，需要克服约2.7×106 N 的阻力。这扇巨型闸门的开合，是利用液压技术实现的。液压启闭机的推拉杆像两只巨大的手臂，平稳安全、灵活自如地使两扇闸门在30 多米深的水中开启、关闭。
(4)用途：有效防范洪涝灾害，利用河水灌溉农田、水力发电等功能。
深度思考三峡船闸的“人”字闸门有2 4 扇。当人们将它关闭的时候，请你想一想：为什么“人”字闸门会越压越紧？
深度理解
当人们将它关闭的时候，上游方向的水就会往下流，因为它的门面向上游凸出，从而使得“人”字闸门越压越紧。
任务三 设计、制作一个船闸
1. 设计结构 在学习船闸的原理与功能时，只靠课本上的图示进行讲解，同学们往往不易真正理解和掌握。为了解决这个问题，我们模
仿了生活中在河边修
筑的船闸，制作了
“船闸模型”，如图5 所示。
2. 选择材料 有机玻璃(3 ~3 .5 mm 厚)、透明塑料管、微孔泡沫塑料(鞋垫)、玩具船、玻璃胶、乳胶管、水槽、盛水杯、不同颜色的水等。工具包括塑料尺、玻璃刀、剪刀、热胶枪、油石、透明胶带等。
3. 参考船闸模型，结构上要有闸首、闸门、阀门、闸室、输水系统、引航道等，大小可以自定。如图6 绘制船闸模型图纸。
4. 制作 按图纸尺寸大小制作引航道、闸首、闸室，四周要用玻璃胶封严，不能漏水，闸门与引航道间用微孔泡沫塑料填充，门与门之间的接触处用凝固的玻璃胶作边，闸门底边可做个门槛，门槛与闸门之间可用乳胶管垫
着，这样做，闸门关闭时几乎不漏水。阀门开关用铁条焊接，然后用橡皮塞、塑料管共同组成( 或用乳胶管、橡皮塞、夹子组成)。
5. 工作过程展示 通过开闭阀门，调整闸室水位，而后打开相应的闸门，直观地演示船只通过船闸的全过程。
下面是船从上游到下游的演示过程，如果船要从下游到
上游只需按照画面倒过来演示即可。
(1)如图7，船停靠在上游准备到下游去。先打开上游到闸室的阀门，上游的水流入闸室；上游与闸室的水面相平时，打开上游闸门，船通过闸门进入闸室，同时关闭上游的阀门和闸门。
器材上游与闸室下面设计成空心的，节约了实验用水，也充分体现了船闸在实际生活中的应用。
(2)打开闸室到下游的阀门，当下游与闸室水面相平时，打开下游的闸门，船通过闸门到达下游，同时关闭下游的阀门和闸门。
知1－讲
安全提示
制作过程中，要带手套，防止手被玻璃划伤，玻璃胶粘到手上，热胶枪烫伤等。
知1－讲
实验创新点
(1)通过自己动手制作船闸模型，激发同学们学习物理的兴趣。
(2)用不同颜色的水做实验, 一目了然, 让同学们既观察了连通器的特点,又理解了船闸的工作原理。
(3)将阀门和阀门开关变向改装，控制简单灵活。
三峡大坝是我国的宏伟工程。
(1)船闸是利用_______的原理工作的。如图8 甲是轮船开往下游时进入闸室后，欲到下游时的示意图，关闭上游闸门C 和阀门A 后，下一步应先打开_______ ，再打开
_______(后两空均填
“阀门A”“阀门B”“闸
门C”或“闸门D”)。
例 1
连通器
阀门B
闸门D
知1－练
解题秘方：根据连通器的原理来认识船闸的工作原理；
利用连通器中液面相平解释船闸过船现象；根据液体内部的压强随深度的增加而增大来分析大坝设计成上窄下宽的原因。
知1－练
解析：船闸是利用连通器的原理工作的。图甲是轮船从上游进入闸室后，欲到下游时的示意图，关闭上游闸门C和阀门AFO，下一步应先打开阀门B，使闸室内的水通过阀门B 流出，让闸室与下游的水面相平，再打开闸门D，让轮船驶入下游航道。
(2)大坝设计成了上窄下宽的形状(图乙)，原因是_________
____________________。
液体压强
随深度的增加而增大
知1－练
解题秘方：根据连通器的原理来认识船闸的工作原理；
利用连通器中液面相平解释船闸过船现象；根据液体内部的压强随深度的增加而增大来分析大坝设计成上窄下宽的原因。
解析：拦河大坝修建得上窄下宽主要是因为液体压强随深度的增加而增大。
1.[一模· 许昌] 船闸由闸室和上、下游闸门以及上、下游阀门组成。上游有一艘轮船想驶往闸室，此时船闸状态如图所示。则接下来正确的操作步骤是( )
①打开闸门C
②打开阀门A
③关闭阀门B
A．①②③ B．②①③ C．③②① D．③①②
C
跨学科实践：船闸
船闸
原理
连通器
特点、相平条件
模型设计、制作船闸
三峡船闸
工作过程
“人”字闸门与液压技术

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