3.4 系统的设计 课件-2022-2023学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2

第四节：系统的设计 湄潭县求是高级中学 学习目标 理解系统设计的基本方法 能综合运用所学知识按要求进行系统设计 能分析、总结、归纳处系统设计的方法 基本含义 是在系统分析的基础上设计出满足预定目标的系统的过程。除了遵循设计的一般过程、原则和标准外，还强调分析思维和综合思维相结合，注重在考虑整体的前提下具体研究解决局部问题。系统设计特别强调： 1.以实现系统整体功能最优为目的。 2.设计好系统的个要素和子系统。 3.综合考虑统各个部分（要素）之间的联系，合理解决它们之间的冲突，注重系统与环境、部分（要素）与整体之间的协调。 4.设计方案的分析、比较和优化。 一、系统设计的基本方法 水火箭设计的总体目标及性能 要求：用一个容量为2L的饮料瓶制作气压式喷水推进火箭。火箭射高(即上升到最高点时的高度 )大于8m，射程大于22m。 水火箭的设计 确定系统设计的总体目标及性能目标 调查研究，对水火箭进行系统分析 1.水火箭飞行的外部环境调查分析 受力状况：重力、空气动力(包括空气阻力)。 天气状况：风向、风速、雨、雪等。 地理环境：发射点高度、目标点高度等。 基本设计分析 1.系统设计的约束条件。 调查研究，对水火箭进行系统分析 2.水火箭飞行的基本原理分析 （1）动力来源。 水火箭发射时，加压的水从箭体尾部高速喷出产生反冲推力，推动水火箭飞行。 （2）飞行轨迹。 在各种力(主要是推力、重力、空气动力)的作用下，水火箭飞行速度不断变化，并形成了一定的轨迹—弹道，如图3-37所示。以上分析可知，增大水火箭飞行的反冲推力，减少水火箭飞行的空气阻力，是提高水火箭飞行效果的关键。 基本设计分析 2.了解系统设计的基本原理。 初步方案设计 制订设计方案 1.确定系统的结构组成。 2.子系统设计及功能确定。 思考: （1）什么形状的箭体能减少水火箭飞行时所受的空气阻力? （2）箭头应设计成什么样的形状?为什么? （3）箭头越轻越好吗? （4）为何要装上箭翼? （5）箭翼的形状、大小怎样才合适?为什么? 系统总体技术设计 合理解决子系统(要素)之间的矛盾冲突，加强系统内部、系统与环境之间的协调配合。 影响水火箭飞行的主要因素分析 1.动力舱内气压、水量与水火箭射程及飞行高度的关系。 动力舱气压越大，水喷射的速度越大，反冲推力也越大，水火箭飞行速度就越快，飞行高度就越高，射程也越远。但如果气压过大，超出舱体的承受能力，就会引起爆裂，必须十分注意安全。 在一定的范围内，动力舱内水越多，水火箭获得的能量就越大，射程就越远，飞行高度也越高。但如果水量过大，当动力舱内、外气压差降至零，喷射停止时，舱体仍残留一定的水量，会增加水火箭的质量，使水火箭受重力的影响提前坠落。所以，只有当水火箭动力舱内的气压与水量恰当时，水火箭才能飞得更高、更远。通过多次实验、比较，获得气压和水最合适量如下表。 组装与测试 按照设计方案组装水火箭并进行飞行测试 系统的优化 1.分析影响系统优化的主要因素，提高系统的整体运行效果。 2.设计方案不断验证和完善。 系统的评价及改进 实验虚化哦 水量/mL 气压/Pa 水平射程/m 2.发射仰角对射程及飞行高度的影响 水火箭发射弹道与抛体运动理论密切相关。在理想的情况下、发射仰角为45°时射程最远。但在实际发射中，必须考虑空气动力和其他因素的影响。当发射仰角太小时，水火箭向上的分力不大、爬升高度不大，由于重力影响，容易坠落、使射程缩短。而当发射仰角太大时，水火箭向上的分力虽大，但向前分力太小，致使出现“高而不远”的情况。实际上最优的发射仰角往往比45°要大。 系统设计的基本方法归纳 明确设计总体目的及要求 调查研究进行基本的设计分析 系统的设计 系统整体组成 子系统的设计 系统总体技术设计 系统的优化 系统的评价 案例分析：简单雨水收集系统方案设计P112-113 二、简单系统的设计 案例分析：气垫船模型设计及制作 目的及要求 通过具体的设计活动，进一步理解和运用系统设计的基本方法，增强运用系统思考和工程思维解决实际问题的能力。 绘制简单的设计图纸。 以小组为单位，分工合作完成。每3-5人为一组，明确任务分工及设计时间进度。 设计过程 设计目标及要求：讨论并列出总体目标和具体性能指标。 调查研究，收集相关资料。 1.了解设计对象可利用的资源、条件。 2.收集、整理有关技术资料。 设计初步方案。 1