为提升青少年科学素养水平和科技创新能力,激发其好奇心、想象力、探索欲,《金华教育》编辑团队邀请金华市教育教学研究中心组织名师团队,为同学们推出原创科学素养趣味测试题。每期一题,欢迎你来挑战。
本期内容为“蒸汽巨兽对战电磁闪电:谁是甲板弹射王”。
(通过油料燃烧)
(通过通电线圈)
(通过锅炉)
当今世界上航母弹射技术主要有两类,分别是以美国尼米兹级核动力航母为代表的蒸汽弹射和以我国福建舰为代表的电磁弹射。
图1.蒸汽弹射时画面 图2.电磁弹射时画面
美国的尼米兹级核动力航母蒸汽弹射器通过加热锅炉产生高压蒸汽,储存于储气罐中。弹射时,蒸汽被释放至弹射汽缸,推动活塞及连接的滑块沿轨道高速运动,滑块牵引舰载机加速,最终使其达到起飞所需速度。蒸汽弹射器工作后,多余的高温蒸汽通过排放阀直接排入大气,水蒸气因温度骤降液化成小水滴,形成明显白气团,展现“仙气飘飘”的画面(如图1中所示)。蒸汽排放导致管路频繁热胀冷缩,金属密封条需定期更换。
图3.手绘简易蒸汽弹射 图4.手绘简易电磁弹射
中国的福建舰航母电磁弹射利用电磁感应产生的电磁力驱动舰载机加速起飞,核心由储能装置、脉冲发生器和弹射轨道组成。具体过程为:储能装置储存大量电能,脉冲发生器快速释放能量形成强电流,电流产生磁场,与滑块的磁场相互作用。滑块牵引舰载机,将飞机弹射升空。电磁弹射采用中压直流技术,直接通过电力控制能量输出。
请根据以上情境和所学科学知识,回答问题:
1. 请从能量转换角度分析:
(1)在尼米兹级核动力航母蒸汽弹射中,主要的能量转换过程是
核能 ( )能 动能。
(2)在福建舰电磁弹射中,主要的能量转换过程是
化学能 热能 ( )能
( )能 动能。
2.飞机必须达到一定速度才能起飞,由于普通战斗机重量小,所需要的推力比较小,而重量更大的预警机需要更大的推力,才能使其达到起飞速度,对于蒸汽弹射器而言可以如何实现更大的推力?对于电磁弹射器又可以如何操作?在安全的前提下,找到合适的材料组装成简易模拟装置进行验证。
3.由于航空母舰的蒸汽弹射和电磁弹射原理不同,因而建造它们的材料存在较大差异,请根据它们的工作原理分析蒸汽弹射器材料和电磁弹射器材料分别有什么要求。
蒸汽弹射器材料:__________________。
电磁弹射器材料:__________________。
①抗腐蚀②磁导率高③耐高温④耐高压⑤导电性好
⑥能承受频繁热胀冷缩⑦耐强电流冲击⑧硬度强
4.通过学习,请从能量利用率、可弹射飞机的重量范围、安全、维护成本、设备故障率等角度进行分析蒸汽弹射与电磁弹射的优缺点,给各项进行打星,并谈谈你的理由。
小朋友们,国防科技就像超级英雄的铠甲,保护着我们每一天的平安快乐!想不想亲眼看看这些“科技铠甲”的秘密基地?接下来为大家推荐一些博物馆,快拉上爸爸妈妈,一起出发吧!
中国人民解放军海军博物馆(山东青岛)
中国人民革命军事博物馆(北京)
中国航空博物馆(北京)
上海潜艇展览馆(上海)
上期答案:
探究二:木材的“防腐蚀小实验”
(1)木棒A:基本无变化,不易吸水;木棒B和C:吸水膨胀。
(2)桐油能在木材表面形成一层防水、防潮的保护膜,阻止水分和空气进入木材内部,从而有效防止木材腐烂和虫蛀。
探究三:天井的“排水小秘密”
(1)垫高塑料板一端时排水更快,说明在其他条件相同时,有坡度能加速水的流动,利于排水。
(2)能迅速将雨水排走,减少积水对木结构的浸泡,防止木材受潮腐烂,延长建筑寿命。
综合应用
(1)①干燥处理:先将木梁彻底干燥,去除内部水分;②涂刷桐油:在木梁表面涂刷桐油,形成保护层,防止再次受潮;③检查结构:若木梁有变形或损坏,可考虑更换为梯形或月梁结构,增强承重;④改善通风与排水:确保木梁周围通风良好,避免长期处于潮湿环境。
本期专家团队名单:
应航,义乌市小学科学教研员,项目化学习教研员,金华市教坛新秀,浙江省教学活动评审一等奖获得者;
黄锦波,义乌市九州小学教导处副主任,金华市优质课一等奖,浙江省小学科学实验技能大赛一等奖,全国中小学实验教学能手;
傅杨,义乌市九州小学科学组组长,骨干教师,多次参与义乌市科学作业编写工作和义乌市级公开课。
温馨提醒:本期答案和解析将在下期公布,敬请关注。