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第5节 实践
调研我国造船与航海方面的成就
第九章 浮力
看一看 想一想
山东舰是中国首艘自主建造的国产航母，基于对前苏联库兹涅佐夫级航空母舰、中国辽宁号航空母舰的研究，由中国自行改进研发而成，是中国真正意义上的第一艘国产航空母舰。那么：万吨的钢铁巨霸是如何实现水面漂浮工作的呢？
看一看 想一想
同学们你小时候做过这样的小纸船吗？它是如何实现在水中遨游的呢？
有没有用树叶做过小船？你是怎样做的？它是如何漂浮在水面呢？
一、问题缘起
问题缘起：
船是人类伟大的发明，是重要的水上交通运输工具，船的发展史也从某方面体现了人类的科技进步。下面我们一起来探索我国在造船与航海方面的成就。
二、活动方案
本活动涉及与浮力、船舶设计、水上交通、船业史实等有关的知识。
任务一：
查阅资料，了解我国古代和近年来船舶的发展及成就。
我国古代船舶的发展及成就
1.新石器时代：祖先广泛使用独木舟和筏，筏是舟船发明前第一种水上运载工具，由新石器时期我国东南部的百越人发明，为我国航海业奠定了基础。
任务一：我国古代船舶的发展及成就
2.秦汉时期：秦始皇在统一南方战争中组织过能运输 50 万石粮食的大船队，还曾派大将率楼船舰队攻打楚国。
汉朝以楼船为主力的水师十分强大，一次战役能出动楼船 2000 多艘，水军 20 万人。舰队中有 “先登”“蒙冲”“赤马”“槛” 等各种作战舰只。
任务一：我国古代船舶的发展及成就
3.三国时期：孙吴所据江东造船业发达，吴国战船最大上下五层，可载 3000 名战士。吴国灭亡时，被晋朝俘获官船 5000 多艘。南朝时江南能建造 1000 吨大船，祖冲之还造了装有桨轮的 “车船”。
任务一：我国古代船舶的发展及成就
4.明代：郑和下西洋的宝船采用福船型，高大如楼，底尖面阔，首尾高昂，首尖尾方，两侧有护板，船舱为水密隔舱结构，是当时航行于南海和西洋航线最先进的海船，也是古代世界最大的木帆船。
任务一：我国古代船舶的发展及成就
6.清朝：初期在海洋经济推动下有一定发展，推出领航船、维新船等。但后期由于闭关锁国政策，船舶制造业逐渐衰退，与西方差距拉大，直到 20 世纪初仍停留在传统造船技术水平。
任务二：我国近年来船舶发展史
1.新中国成立初期 - 1960 年：依靠自身力量恢复发展旧船舶工业，借助苏联技术援助为海军生产舰艇，初步建立发展基础。开展船用材料、设备国产化工作，革新焊接和船体分段建造技术，建立科研机构和高校。
任务二：我国近年来船舶发展史
2.1961 年 - 1977 年：在苏联中断援助等困难下，基本建成船舶工业造修船体系。成功仿制和自行研制多种军用舰艇，新建、扩建多座万吨级以上船台和船坞，成立中国舰船研究院和上海船舶研究设计院，进行三线建设。
任务二：我国近年来船舶发展史
3.1978 年 - 1999 年：改革开放初期，创新体制，推动学习生产设计技术和转换造船模式，提升造船生产能力。1995 年进入建造、坞修 30 万吨级超大型船舶国家行列，引进国外先进船型设计技术，1992 年造船年产量突破 100 万载重吨，1995 年超过德国成为世界第三造船国家。
任务二：我国近年来船舶发展史
4.2000 年 - 2010 年：提升能力、扩大规模，实现跨越式发展。2002-2005 年全国造船产量翻番，2006 年超过欧洲总和，2008 年超过日本位居世界第二，2010 年超过韩国跃居世界第一，建成多个现代化总装船厂，能够建造几乎所有类型民用船舶。
5.2010 年 - 2024 年：2010 年成为世界第一造船大国后持续保持优势。2008 年金融危机后在逆境中展现韧性，加速向高端化、大型化转型，沪东中华 “大鹏昊” 船打破高端船型市场壁垒，在邮轮、vlcc、vlec 等高端船型领域取得突破。2024 年上半年，造船完工量 2502 万载重吨，同比增长 18.4%；新接订单量 5422 万载重吨，同比增长 43.9%；手持订单量 17155 万载重吨，同比增长 38.6%，14 种船型新接订单量位居全球首位。
任务三：航海家郑和下西洋为世界的航海史作出的贡献
1.开辟多条新航线：郑和船队开辟了众多新航线，构建起庞大的海上交通网络。例如从中国经东南亚、印度洋，远达阿拉伯半岛及非洲东海岸等。这些航线为后续的航海活动提供了重要参考，像后来欧洲航海家探索东方航线时，便借鉴了郑和航线的部分信息。
2. 拓展已知世界范围：极大地拓展了当时中国及世界对海洋和陆地的认知范围。使中国详细了解了东南亚、南亚、西亚及非洲等地的地理风貌，《郑和航海图》记录了沿途大量地理信息，为世界地理知识的积累做出贡献，让世界对东方有了更多认识。
3. 先进技术的展示与传播：郑和船队展示了当时中国先进的航海技术，如牵星术（利用星辰定位）、罗盘导航、天文航海等。牵星术能通过观测星辰高度确定船舶的地理位置，罗盘则为航海提供精确方向指引。这些技术传播到沿线国家，促进了当地航海技术的发展。
任务三：航海家郑和下西洋为世界的航海史作出的贡献
4. 推动贸易发展：郑和下西洋促进了中国与众多国家和地区的贸易往来。带去了中国的丝绸、瓷器、茶叶等精美商品，带回了香料、珠宝、药材等异域特产，在东南亚的满剌加等地建立贸易据点，为国际贸易搭建平台，刺激了海上贸易的繁荣，推动了世界贸易网络的发展。
5. 文化交流融合：郑和船队每到一处，积极传播中华文化，同时也吸收当地文化。传播了中国的礼仪制度、儒家思想、建筑艺术、科技发明等，促进了不同文化间的相互了解与融合，为世界文化的多样性发展做出贡献。
二、活动方案
任务四：了解不同类型船舶
查阅资料，了解不同类型船舶的设计特点及其对浮力等知识的应用。选择一个参考样例，做一艘有动力的小船，综合考虑船体造型、材料选取、驱动装置等方面
任务四：了解不同类型船舶
1.客船 设计特点：上层建筑高大，设有较多层甲板以提供足够的居住和活动空间。配备完善的安全设备，如救生艇、救生衣、消防设备等，以及齐全的生活设施，如餐厅、娱乐室等。航速较快，一般设有减摇鳍来提高航行的稳定性。
浮力应用：通过较大的干舷保证足够的储备浮力，以应对风浪、碰撞等意外情况导致的船舶下沉。在设计时，根据载客量和船舶尺寸，精确计算船体排水体积，确保船舶在满载时能获得足够的浮力来支撑船舶及所载人员、货物的重量。
任务四：了解不同类型船舶
2.集装箱船 设计特点：为单层甲板结构，货舱开口宽大，便于集装箱的装卸。船底为双层底和双层船壳舷侧结构，顶部设置抗扭箱结构，以保证船体强度和抗扭强度。货舱内设有格栅式货架，用于固定集装箱。
浮力应用：利用双层底和双层舷侧结构增加船体的排水体积，从而提高浮力。在装载集装箱时，需要根据船舶的稳性和浮力情况，合理安排集装箱的堆放位置，确保船舶的重心在合适的位置，保证船舶的稳定性和浮力平衡。
任务四：了解不同类型船舶
3.散货船 设计特点：常装设止移板，舱口围板高大。货舱横剖面成棱形，四角的三角形舱为压载舱。船型肥大，多为单向运输，一般为单层或双层船壳结构。
浮力应用：棱形的货舱设计既方便货物的装卸和防止货物移动，又能在一定程度上增加排水体积，提供浮力。通过调整压载舱内的压载水，可以改变船舶的吃水和稳性高度，使船舶在不同的载货量和航行条件下都能保持合适的浮力和稳定性。
任务四：了解不同类型船舶
4.油船 设计特点：新建中型以上油船一般采用双层底及双层船壳结构，无起货设备和大舱口，仅有圆形或椭圆形小舱口。采用纵骨架式结构，纵向水密舱壁把油舱划分为并列的两列或三列油舱，机舱布置在船尾。
浮力应用：双层底和双层船壳结构增加了船体的排水体积，提高了船舶的浮力和抗沉性。在装卸油过程中，通过精确控制各油舱的液位，保持船舶的重心和浮力平衡，防止船舶倾斜或发生危险。同时，设置多个油舱和隔离空舱，也有助于在部分油舱受损时，仍能保证船舶有足够的浮力和稳定性。
了不起的中国造船业
任务五：做一艘有动力的小船
1.船体造型
设计思路：采用流线型船体，以减少在水中行进时的阻力，确保航行速度与稳定性。船头设计为尖形，利于破水前行；船身中部较为宽阔，提供足够浮力承载驱动装置与电池；船尾稍窄，方便安装螺旋桨推进器。
具体尺寸：船长 30 厘米，船身最宽处 12 厘米，船高 8 厘米。
任务五：做一艘有动力的小船
2.材料选取
船体材料：选择轻薄且防水性好的塑料板或 PVC 板。其优点在于重量轻，增强浮力；同时具备良好的防水性能，可确保船体在水中不会因进水而沉没。厚度选取 3 - 5 毫米为宜，既能保证船体结构强度，又不会过于厚重。
动力装置材料：电机：选用小型直流电机。电池：配套使用锂电池；螺旋桨：采用塑料材质螺旋桨，与电机轴适配，尺寸根据电机功率选择，一般直径 3 - 5 厘米。
任务五：做一艘有动力的小船
3.驱动装置
设计原理：利用直流电机带动螺旋桨旋转，螺旋桨旋转时向后推动水，根据牛顿第三定律，水会给螺旋桨一个向前的反作用力，从而推动小船前进。
安装方式：在船尾合适位置钻出与电机轴直径匹配的孔，将电机轴穿过孔，在船内用螺母固定电机。电机轴伸出船尾部分安装螺旋桨，确保螺旋桨旋转时不会与船身其他部位干涉。
任务五：做一艘有动力的小船
4.制作步骤： 船体制作：
根据设计尺寸，使用电锯或美工刀切割塑料板，分别切割出船头、船身、船尾等部分。用砂纸打磨切割边缘，使其光滑，避免划伤手部或影响航行。利用热熔胶将各部分塑料板拼接成船体，注意保证船体密封性，可在拼接处涂抹防水胶或贴上防水胶带。在船体内合适位置粘贴泡沫板，增加船体浮力。
任务五：做一艘有动力的小船
4.制作步骤： 驱动装置安装：
在船尾确定电机安装位置，钻出安装孔，将电机安装固定。将螺旋桨安装在电机轴上，确保安装牢固。连接电池与电机，可使用焊接或专用插头连接，注意正负极不要接反。为方便控制，可在电路中安装一个开关。
任务五：做一艘有动力的小船
4.制作步骤： 调试与完善：
将小船放入水中，检查船体是否漂浮平稳，若有倾斜可调整泡沫板位置或增减重量。打开开关，观察电机与螺旋桨运转情况，若螺旋桨转动异常，检查安装是否牢固或电机线路是否正常。根据调试情况，对小船进行进一步完善，如调整螺旋桨角度、优化船体外形等，以提高小船航行性能。
任务五：做一艘有动力的小船
任务二：做一艘有动力的小船
5.注意事项：
将在使用电锯、美工刀等工具时，务必注意安全，佩戴防护手套与护目镜，防止意外伤害。连接电路时，确保电池正负极连接正确，避免短路损坏电池或电机。制作完成后，对小船进行多次试航，观察其在水中的稳定性与动力表现，根据实际情况进行调整优化。
三、交流评估
交流评估
分享关于我国造船与航海方面成就的调研报告，从科学性、可读性、信息是否详实等方面进行评价。展示小船模型，评价小船的动力性能、稳定性与艺术性。
四、拓展研究
拓展研究
查阅资料，调研全球变暖可能对航海业的影响，撰写一篇小论文。
1.北极航道开通：全球变暖使北极冰层加速融化，北极航道通航窗口期延长。东北航道沿俄罗斯北部海岸线，连接东亚和欧洲，通航条件改善显著；西北航道穿过加拿大北部海域，连接大西洋和太平洋，商业开发价值也在提升。
四、拓展研究
拓展研究
查阅资料，调研全球变暖可能对航海业的影响，撰写一篇小论文。
2.传统航道变化：海平面上升，一些浅水区和近岸航道深度发生变化，部分港口和海岸线可能被淹没，导致航道缩短或消失。同时，全球变暖引发的厄尔尼诺现象给巴拿马运河带来罕见干旱，水位急剧下降，使得通行船只受阻。
拓展研究
3.极端天气增多：全球变暖导致气候异常，海洋上的飓风、台风、强风暴等极端天气现象频率增加、强度增强。这些极端天气可能导致船只偏离航线、货物受损，甚至发生翻覆事故。
4.海冰与冰山威胁：北极和南极冰川融化，大量海冰和冰山进入航道。海冰可能损坏船只的船体、推进系统等，冰山更是对船只航行构成巨大威胁，增加碰撞风险。
拓展研究
5.海洋生物变化：海洋温度上升和生态环境改变，一些具有攻击性或可能影响船只航行的海洋生物分布范围发生变化，可能出现在原本不会出现的航道区域，干扰船只航行。
6.珊瑚礁白化：高温海水可能导致珊瑚礁白化和海洋酸化等现象，珊瑚礁是船只天然的避风港，它们的白化或死亡意味着船只失去了这些安全的避风港，增加了航行风险。
拓展研究
7.船只维护成本：海洋温度升高，船只的金属部件更易受到腐蚀和损坏，缩短船只使用寿命，增加维修和更换部件的成本。此外，高温还可能导致船只的燃料消耗增加，进一步提高运营成本。
8.港口维护成本：海平面上升，潮汐强度加大，对港口和海岸堤坝产生更大的侵蚀，增加港口设施的维护难度和成本。一些港口为适应航道变化和水位上升，需要进行改造和升级，也增加了投资成本。
拓展研究
9.高温影响：高温海水和极端天气条件，使船员可能出现中暑、脱水等健康问题。
10.心理压力：极端天气和复杂的航行环境，增加了船员的工作难度和心理压力，长期处于这种环境下，可能对船员的心理健康产生负面影响，进而影响航行安全。
八年级物理全一册 沪科版2024
谢谢观看
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