利用物理现象培养初中生科学探究的兴趣
带电后的气球会发生一些奇妙的现象,教师可用来引发学生探究摩擦起电的有关知识。具体做法如下:用干燥的丝线将气球悬挂起来,再用干燥的尼龙布摩擦气球表面,使气球带电,用摩擦过气球的尼龙布靠近气球,布会吸引气球(异种电荷相互吸引)。让用尼龙布摩擦过的另一个气球靠近它,气球又会受到排斥。当把带电的气球靠近人的头部,会看到毛发竖立。
在探究浮力的大小与哪些因素有关时,教师也可以让学生当一回魔术师。课前布置学生在家里做如下的实验:取一只玻璃杯装适量的水,把鸡蛋放入清水中,观察鸡蛋在水中的位置。然后不断往水中加盐,并且轻轻搅拌,观察鸡蛋是否会悬在水中,再继续加盐,直到鸡蛋上浮至液面。当学生亲自体验了魔术的过程,接下来是急于知道迷底,便会带着浓厚的兴趣进入探究阿基米德原理的学习活动中。
(三)创设与学生原有看法相矛盾的实验,激发学生的探究兴趣
学生在学习中自然会把生活经历中的对一些现象的看法迁移到学习中,这种迁移的有些是有助于学习新的物的物理知识,以形成正确结论。但是,有时这种迁移会妨碍学生学习新知识,教师需要在教学中创设一些跟学生原有看法相矛盾的实验现象,跟学生原有看法相撞击,使学生对以往的看法产生质疑,碰撞出学生探究科学真相的火花。纵观物理学的发展史,对已有的经验看法产生质疑,往往是产生重大科学发现的契机。例如伦琴射线的发现,卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构,这样的事例举不胜举。
例如教师可以布置学生在家里做“纸锅烧水”的实验,学生发现装有水的纸锅在火上不会燃烧,这与学生原有的看法(纸遇见火就会燃烧)相矛盾。进而引导学生探究其中的科学道理,然后让学生尝试举出该现象在实践中的应用实例(例如在火灾现场逃生或等待救援时,可用浸水的毛巾被披在身上或用水把衣服浸湿以防止被火烧伤。火箭发射塔下面的防热水池,等等)。培养学生将科学知识应用于日常生活、社会实践的意识。
再如,为了探究浮力产生的原因,可以做如下小实验。把一只塑料饮料瓶的瓶底剪去做成一漏斗形状容器,让一只乒乓球轻轻堵住瓶口。向瓶内倒水,可以看到浸在水中的乒乓球虽然排开一定量的水,但并不浮起来(图1)。用瓶盖或手将瓶口堵住,让从夹缝流出的水聚集在乒乓球底,这时乒乓球向上浮起来(图2)。这个实验的独特作用是让学生从“知”的环境中发现“未知”,使他们原有的认识结构(物体受到浮力)与面临的现实(浮力消失)。产生矛盾,造成的心理上的不平衡,从而产生探求新知识(浮力产生的原因)的强烈愿望。
(四)用物理实验现象模拟一些抽象的物理理论,增强学生的探究兴趣
初中生由于物理知识的局限性,对于有些复杂的理论暂时难以理解,这时,教师可自制教具,通过实验现象直接说明,起到事半功倍的效果。
学生在了解了我国的载人航天工程,探月工程等在太空探索方面取得的重大成就后,对火箭的飞行原理很感兴趣,为了给初中生解释清楚反冲运动,教师可制作“气压水火箭”。具体做法如下:取一只壁较厚实的塑料饮料瓶,在瓶盖上钻一小孔后加装一只自行车气门咀。给瓶子里装入适量的水(体积为瓶子容积的1/4至1/3),拧紧瓶盖,用打气筒通过气门咀给瓶里打气),使瓶内充满压缩空气。然后把瓶子竖直倒立于一自制圆环形支架上,用手拨出气门咀中心的气门芯后,瓶内的水在压缩空气的压力作用下高速向下喷出,同时水产生向上的反冲力推动瓶子象火箭一样向上飞去,飞行高度可达几米高。这样的实验形象直观地模拟了反冲运动,使学生容易理解火箭飞行时的力学原理。
再如,学生在刚开始学习电路时对“局部短路”难以理解,教师可先通过演示实验现象说明,理论解释留给学生在学习完欧姆定律后自行探讨。
(五)课后作业要贴近生活、走向社会,侧重于实践活动
课后习题要选取把物理知识与实际生活、社会生产相结合的题目。适当增加探究实践活动,包括:家庭小实验、小观察、小制作,体验性活动,社会调查等,培养学生的动手实践能力。在实践中发现问题,解决问题,不断增强学生对实践中物理问题的好奇心和探究欲望。例如,学生在家里结合手电筒,利用铅笔芯制作滑动变阻器;用100瓦废灯泡灯丝一段(或废日光灯管的灯丝),探究金属的电阻与温度的关系;让学生制作潜水艇模型;到校外调查人们使用电池的种类及废弃电池的处理情况,上网查找电池中所含化学物质对环境的危害,探讨对废电池可行的环保处理方案;等等。
综上所述,只要教师在教学中恰当地选取、创设有关的物理现象,引发学生提出问题,从而进一步进行科学探究,使学生多参与探究实践活动,长期坚持,使学生能保持对自然界、对未知世界的好奇心,培养学生对科学探究的兴趣。
航空航天技术 为航空航天活动的顺利进行而创立的一系列高级复杂的施工作业程序。
它涉及人力资源配置,设备仪器搭配与安装使用等艰深的学术作业。是国家,民族,乃至整个人类发展的高度追求。
在现代航空和航天工程中电子系统是重要的系统之一。 它按功能分为通信、导航、雷达、目标识别、遥测、遥控、遥感、火控、制导、电子对抗等系统。
各种系统一般包括飞行器上的电子系统和相应的地面电子系统两部分,这两部分通过电磁波传输信号合成为一个系统。和这些电子系统有关的电子理论和技术有通信理论、电磁场理论、电波传播、天线、检测理论和技术、编码理论和技术、信号处理技术等,而微电子技术和电子计算机技术则是提高各种电子系统性能的基础。
它们的发展使飞行器上的电子系统进一步小型化和具有实时处理更大量数据的能力,进而使飞机的性能(机动能力、火控能力、全天候飞行、自动着陆等)大为提高,航天器的功能(科学探测、资源勘测、通信广播、侦察预警等)日益扩大。 一、航空航天飞行器上电子设备的特点是: ①要求体积小、重量轻和功耗小;②能在恶劣的环境条件下工作;③高效率、高可靠和长寿命。
在高性能飞机和航天器上,这些要求尤为严格。飞机和航天器的舱室容积、载重和电源受到严格限制。
卫星上设备重量每增加1公斤,运载火箭的发射重量就要增加几百公斤或更多。导弹和航天器要承受严重的冲击过载、强振动和粒子辐射等。
一些航天器的工作时间很长,如静止轨道通信卫星的长达7~10年,而深空探测器的工作时间更长。因此,航空航天用的电子元器件要经过极严格的质量控制和筛选,而电子系统的设计需要充分运用可靠性理论和冗余技术。
二、航空航天电子技术的主要发展方向是: ①充分利用电子计算机和大规模集成电路,提高航空航天电子系统的综合化、自动化和智能化水平;②提高实时信号处理和数据处理的能力和数据传输的速率;③发展高速率和超高速率的大规模集成电路;④发展更高频率波段(毫米波、红外、光频)的电子技术;⑤发展可靠性更高和寿命更长的各种电子元器件。
月18日 14:22 中国于一九七八年走上改革开放的道路。改革开放激发了各行各业的活力,使中国的生产力不断得到发展。一个个新兴城市拔地而起。一项项重大科技成果得到制造和开发。一个个大型工程得到峻工。一个个超大型企业正在迅速成长。中国长得高了,长得壮了。不再是二十世纪四五十年代那种积贫积弱,不再是六七十年代那种贫困落后!
而今日早晨神六飞船的成功的发射升空,是改革开放以来,我国社会发展的又一重大成果!
是改革开放,我们国家恢复了高考,培养了一大批在创新素质和能力的优秀知识分子,在老一辈科技人员的知识已经明显老化的情况下,这些中青年知识分子毅然挑起重担,承担起航空航天的开发研究的重任。是改革开放,大大增强了中华民族的自力更生能力,为神州飞船的研制奠定了坚实的物质基础。是改革开放,使中国人民用更加开阔的视野看世界,主动吸收世界科学技术最新成果,推动我们的航空航天事业的新发展。是改革开放,从根本上否认了“知识分子是臭老九”、“知识越多越反动”的错误口号,落实了尊重知识、尊重人才的政策,为知识分子的工作提供了良好的环境,促进了航空航天专家才能的发挥。是改革开放,进一步树立了中国人民的自信,推动了载人航天工程重大决策的制定。
改革开放是二十多年来中国社会进步发展的根本动力。同样,也是中国航天事业不断取得新的成果的根本动力!
毋须讳言,当前中国的社会发展,还存在着许多问题。经济发展水平不高,人民的物质文化生活水平不高,人的权利和自由得不到充分尊重。对于社会发展中存在的问题,说到底,要靠进一步推进改革开放。任何走回头路的做法,都是没有出路的。
我们完全有理由相信,在改革开放中不断变得更加自信和成熟的中国人民,必定能突破当前社会发展中的复杂矛盾,使中国的现代化建设取得更大成果。我们也完全有理由相信,中国的航空航天事业,必定能在改革开放中不断成长,为人类和平利用太空,做出更大贡献!
航空航天基本知识 我们知道,人类的家园是地球,而地球的外面覆盖着一层大气,如果没有水和大气以及适宜的温度和环境,生物是很难生存的。
通常,在人们的眼中,“天”很高,要想冲出厚厚的大气层,进入太空非常非常困难。其实,与地球相比,大气层是很稀薄的。
人们知道,地球的直径大约为12700千米,而大气层的厚度只有100 -800千米。如果将地球比作一个苹果的话,那么,我们可以把大气层看成是苹果的皮,可这层“苹果皮”本身却是变化多端的。
比如最贴近地球表面的一层,叫作对流层,其高度从海平面起一直到大约11000米止,其顶界是随纬度、季节等情况而变化的,在赤道地区为17000米,在中纬度地区(如北京、天津地区)为11000米,在地球两极地区则为7000-8000米。 对流层的主要特点是,空气温度随着高度的增加而降低,因而又称为变温层,平均而言高度每上升1000米,气温约下降6.5℃。
与此同时,气压也随高度的增加而降低。由于地球引力的作用,在 5500米的高度范围内,包含了大气总量的一半,而整个对流层,大约占了全部大气质量的四分之三。
由于几乎所有的水蒸气都集中在这一层大气内,再加上大量的微粒,因而,这里也是风云变幻最为剧烈的一层。从大约11000米的高度起,直到30500米左右,其大气温度基本不变,平均保持在-56.5℃上下,因此被称为同温层(实际情况是:在25000米以下,气温随高度的升高而上升。
在同温层顶,气温约升至-43至-33℃)。同温层的气温之所以具有这样的特点,是因为该层大气离地球表面较远,受地面温度的影响较小,并且其顶部存在着臭氧,能够直接吸收太阳的辐射热等。
同温层所包含的空气质量大约占整个大气的四分之一弱。在这一层大气内,没有上下对流,只有水平方向的风,所以又叫作平流层。
另外,该层大气几乎不存在水蒸气,基本上没有云、雾、雨、雹等气象变化的现象,这对飞行器的平稳飞行是非常有利的。不过,由于空气密度很小,飞机在这一高度层上又不适宜机动飞行。
人类的航空活动差不多都集中在对流层和同温层内。为了保证飞机和发动机的工作效率,飞机飞行的高度一般不超过30千米的界限。
从30千米到80-100千米的高度范围,被称为中间层。这一层空气的特点是:以 45千米为界,温度先升后降。
由于大量的臭氧存在,其气温先由同温层顶的-33℃提高到17至40℃左右;从45千米起,随着高度的升高,气温又开始下降,一直降低到-65.5℃至-113℃。 中间层的空气已经很稀薄了,其空气质量约只占整个大气层的1/3000。
在80千米高度上,空气的密度只有地面的五万分之一;而在100千米高度上,空气的密度仅为地面的一千万分之八。由于空气非常稀薄,并且气体开始呈现电离现象,因此,人们一般把飞行高度达到80—100千米的飞行器,看成是不依靠大气飞行的航天器。
1967年10月,美国试飞员约瑟夫•沃尔克驾驶X-15A火箭飞机飞出了 7297千米/小时的惊人速度,创造了有人驾驶飞机速度的世界纪录。而且,他还曾多次飞到了80千米以上的高空,成为美国第一个“驾驶飞机的宇航员”。
按照美国航空航天局规定:飞行高度超过80千米的飞行员即可称为宇航员. 在中间层之上直至800千米高空的范围,称作电离层。其特点是:含有大量的带正电或负电的离子,空气具有导电性。
并且,其温度随高度的增大而迅速升高,在200千米高度时,气温可达400℃。所以,这里又被人们叫作“暖层”。
在电离层顶端之外,便是大气的最外层——“散逸层”了。由于地球引力的减弱,气体分子和等离子体与地球已若即若离。
电离层和散逸层的空气密度极低,对太空飞行器的影响已很小,因此,人类大部分的航天活动都是在它们之内(或之外)进行的。 航空与航天的区别: 航空与航天是人们经常接触的两个技术名词,两者虽然仅一字之差,却被称为两大技术门类,这是为什么呢? 您稍加注意即可发现,航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机及吸气发动机,航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭和导弹武器,最能集中体现两者成果的是航空器和航天器。
从航空器与航天器的重大区别上即可看出两个技术领域的显著差异。 第一,飞行环境不同。
所有航空器都是在稠密大气层中飞行的,其工作高度有限。现代飞机最大飞行高度也就是距离地面30多千米。
即使以后飞机上升高度提高,它也离不开稠密大气层。而航天器冲出稠密大气层后,要在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运动规律飞行,其运行轨道的近地点高度至少也在100千米以上。
对在运行中的航天器来讲,还要研究太空飞行环境。 第二,动力装置不同。
航空器都应用吸气发动机提供推力,吸收空气中的氧气作氧化剂,本身只携带燃烧剂。而航天器其发射和运行都应用火箭发动机提供推力,既带燃烧剂又带氧化剂。
吸气发动机离开空气就无法工作,而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。吸气发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使用,而发射航天器的运载火箭都是一次性使用。
虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使用20次,其轨道器液体火箭发动机可以重复使。
利用物理现象培养初中生科学探究的兴趣 带电后的气球会发生一些奇妙的现象,教师可用来引发学生探究摩擦起电的有关知识。
具体做法如下:用干燥的丝线将气球悬挂起来,再用干燥的尼龙布摩擦气球表面,使气球带电,用摩擦过气球的尼龙布靠近气球,布会吸引气球(异种电荷相互吸引)。让用尼龙布摩擦过的另一个气球靠近它,气球又会受到排斥。
当把带电的气球靠近人的头部,会看到毛发竖立。 在探究浮力的大小与哪些因素有关时,教师也可以让学生当一回魔术师。
课前布置学生在家里做如下的实验:取一只玻璃杯装适量的水,把鸡蛋放入清水中,观察鸡蛋在水中的位置。然后不断往水中加盐,并且轻轻搅拌,观察鸡蛋是否会悬在水中,再继续加盐,直到鸡蛋上浮至液面。
当学生亲自体验了魔术的过程,接下来是急于知道迷底,便会带着浓厚的兴趣进入探究阿基米德原理的学习活动中。 (三)创设与学生原有看法相矛盾的实验,激发学生的探究兴趣 学生在学习中自然会把生活经历中的对一些现象的看法迁移到学习中,这种迁移的有些是有助于学习新的物的物理知识,以形成正确结论。
但是,有时这种迁移会妨碍学生学习新知识,教师需要在教学中创设一些跟学生原有看法相矛盾的实验现象,跟学生原有看法相撞击,使学生对以往的看法产生质疑,碰撞出学生探究科学真相的火花。纵观物理学的发展史,对已有的经验看法产生质疑,往往是产生重大科学发现的契机。
例如伦琴射线的发现,卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构,这样的事例举不胜举。 例如教师可以布置学生在家里做“纸锅烧水”的实验,学生发现装有水的纸锅在火上不会燃烧,这与学生原有的看法(纸遇见火就会燃烧)相矛盾。
进而引导学生探究其中的科学道理,然后让学生尝试举出该现象在实践中的应用实例(例如在火灾现场逃生或等待救援时,可用浸水的毛巾被披在身上或用水把衣服浸湿以防止被火烧伤。火箭发射塔下面的防热水池,等等)。
培养学生将科学知识应用于日常生活、社会实践的意识。 再如,为了探究浮力产生的原因,可以做如下小实验。
把一只塑料饮料瓶的瓶底剪去做成一漏斗形状容器,让一只乒乓球轻轻堵住瓶口。向瓶内倒水,可以看到浸在水中的乒乓球虽然排开一定量的水,但并不浮起来(图1)。
用瓶盖或手将瓶口堵住,让从夹缝流出的水聚集在乒乓球底,这时乒乓球向上浮起来(图2)。这个实验的独特作用是让学生从“知”的环境中发现“未知”,使他们原有的认识结构(物体受到浮力)与面临的现实(浮力消失)。
产生矛盾,造成的心理上的不平衡,从而产生探求新知识(浮力产生的原因)的强烈愿望。 (四)用物理实验现象模拟一些抽象的物理理论,增强学生的探究兴趣 初中生由于物理知识的局限性,对于有些复杂的理论暂时难以理解,这时,教师可自制教具,通过实验现象直接说明,起到事半功倍的效果。
学生在了解了我国的载人航天工程,探月工程等在太空探索方面取得的重大成就后,对火箭的飞行原理很感兴趣,为了给初中生解释清楚反冲运动,教师可制作“气压水火箭”。具体做法如下:取一只壁较厚实的塑料饮料瓶,在瓶盖上钻一小孔后加装一只自行车气门咀。
给瓶子里装入适量的水(体积为瓶子容积的1/4至1/3),拧紧瓶盖,用打气筒通过气门咀给瓶里打气),使瓶内充满压缩空气。然后把瓶子竖直倒立于一自制圆环形支架上,用手拨出气门咀中心的气门芯后,瓶内的水在压缩空气的压力作用下高速向下喷出,同时水产生向上的反冲力推动瓶子象火箭一样向上飞去,飞行高度可达几米高。
这样的实验形象直观地模拟了反冲运动,使学生容易理解火箭飞行时的力学原理。 再如,学生在刚开始学习电路时对“局部短路”难以理解,教师可先通过演示实验现象说明,理论解释留给学生在学习完欧姆定律后自行探讨。
(五)课后作业要贴近生活、走向社会,侧重于实践活动 课后习题要选取把物理知识与实际生活、社会生产相结合的题目。适当增加探究实践活动,包括:家庭小实验、小观察、小制作,体验性活动,社会调查等,培养学生的动手实践能力。
在实践中发现问题,解决问题,不断增强学生对实践中物理问题的好奇心和探究欲望。例如,学生在家里结合手电筒,利用铅笔芯制作滑动变阻器;用100瓦废灯泡灯丝一段(或废日光灯管的灯丝),探究金属的电阻与温度的关系;让学生制作潜水艇模型;到校外调查人们使用电池的种类及废弃电池的处理情况,上网查找电池中所含化学物质对环境的危害,探讨对废电池可行的环保处理方案;等等。
综上所述,只要教师在教学中恰当地选取、创设有关的物理现象,引发学生提出问题,从而进一步进行科学探究,使学生多参与探究实践活动,长期坚持,使学生能保持对自然界、对未知世界的好奇心,培养学生对科学探究的兴趣。
火箭发射的原理当然是著名的牛顿的第三定律。
但是,由于要飞出大气层,所以阻力越小越好,就不用升力单翼,所以发动机提供全部的反重力。需要垂直发射。
能发射卫星的火箭一般为三级,第一级推力很大,垂直上升段可以获得有效的速度和高度。然后火箭开始程序转弯,使速度方向有切地球的分量,这是因为卫星想要不断飞行,必须要有一定速度。
所以,火箭分垂直上升段——获得速度和高度,程序转弯后以弹道轨迹(洲际弹道导弹就同运载火箭同样)飞出大气层,最后,发动机关机,卫星因惯性入轨,同时微型发动机调整轨道。
火箭之所以能这样,是因为它用的火箭发动机是通过喷射气体来得到作用力,故可以有效地利用控制喷射气体方向来转向,这种技术称为矢量推力技术,战机上的(如苏35)的矢量推力比火箭的这种技术迟了很多时间。最早的弹道导弹(远程运载火箭)V2就是有这技术了,它通过四个导流板,将一部分喷射气体偏转,就实现了矢量推力。
现代的矢量推力技术是一种称为摆动喷管的结构,更先进,更精确,推力损失最小。
火箭之所以能够实现推力转弯,是因为它有一套导航系统,通常是无线电或惯性导航系统,这样可以知道即时速度和高度,从而反馈给自动驾驶仪,自动驾驶仪就控制矢量推力系统进行程序转弯
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