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1、神十太空授课一、教学目标：1、 了解在太空中与地球有的区别，存在失重现象。2、 根据科学知识解释一些简单的现象。3、 了解我国航天事业，培养学生爱国主义热情。二、知识拓展：2013年6月20日上午10时11分，随着一声“同学们，你们好”的问候，在距离地面300公里的天宫一号，中国女航天员王亚平开始了迄今为止人类历史上第二次太空讲课。弯弯的柳叶眉、清澈的双眸、甜美的笑容，王亚平昨天的出镜让人眼前一亮，立刻“秒杀”亿万网友。在王亚平近乎“魔术”般手下，圆周运动的单摆、不变轴向的陀螺、晶莹剔透的水膜、红扑扑的水球，中国第一堂太空授课在趣味与惊奇中完美展现。太空授课计划最终在神十实现。神十太空授课创下
2、了两个第一：中国载人航天工程史上第一次发自太空的授课，中国学生第一次通过直播画面观看来自太空的五个失重实验。实验一：悬空打坐、180度旋转王亚平：现在我们是在远离地面三百多公里的天宫一号实验舱里向大家问好。同学们都知道失重是太空环境中最独特的现象，那我们的指令长先来给大家表演几个高难度动作吧。聂海胜：好，没问题，那我就给大家表演几个。王亚平：我还有大力神功呢，怎么样，很厉害吧。在太空失重环境中，我们各个都像是身轻如燕的武林高手。实验二：打开“箱子”测质量悬空打坐、大力神功，这两招专属武林高手们的“功夫”，经过三名航天员在太空的演绎，引来了同学们的阵阵喝彩。航天员表演之后给同学们提出了疑问：在地
3、面上，人们一般用天平、台秤等测量物体受到的重力，从而计算物体的质量。那么，失重环境下该如何测质量呢？天宫一号上配备有质量测量仪，这个质量测量仪就是设置在天宫一号舱壁的一个支架形状的装置，看上去像飞船舱壁上的一个箱子。拉开“箱子”后，聂海胜把自己固定在支架一端，王亚平轻轻拉开支架，一放手，支架便在弹簧的作用下回复原位。装置上的屏上显示出数字：74.0，这表示聂海胜的实测质量是74千克。在给同学们解释了应用原理之后，王亚平还给同学们布置了一道课后思考题：除了运用牛顿第二定律，还有什么办法可以在失重环境下测量物体的质量呢？【解读】在地面上，弹簧秤提供的弹力跟重力是平衡的，不同质量的物体挂在弹簧秤上弹
4、簧伸长不一样，即重量是不一样的。在太空，因为微重力环境，两个不同质量的物体在弹簧秤上，两个弹簧指标是平齐的。因为没有重量的概念，弹簧秤就没有读数。天宫一号里的“质量测量仪”，运用了牛顿第二定律，即物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，这一定律在太空和地面都是成立的。据了解，这个原理在航天活动中比较常用。例如，航天器在运行中会耗损，质量会发生变化，就影响轨道控制的精确度。这时，可开启推力器，并同时测量航天器的加速度，从而准确掌握航天器的质量。实验三：神奇单摆做圆周运动物理课上常见的实验装置单摆受力后，是左右摇摆还是圆周运动？这个稍有物理常识的人都很容易回答的问题放在太空就
5、变得超乎想象了。在第二个实验中，支架上细绳拴着一颗明黄色的小钢球，这就是物理课上常见的单摆。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置放手，小球并没有出现地面上常见的往复摆动，而是停在了半空中，拴小球的细线呈弯曲状静止，将其拉高后，结果并没有发生变化。接下来，王亚平用手指沿切线方向轻推小球，小球就开始绕着支架的轴心做圆周运动，即使中心轴的角度发生改变，小球也仍然做同样的运动。而同样的动作在地面对比试验中，就需要施加足够的力，给小球一个较大的初速度，才能使它绕轴旋转。【解读】小球单摆是一个经典的运动模型。在地面上小球单摆具有等时性，比如摆钟。在太空中由于小球失重，只剩下一个绳子的拉力，理论上说，单摆上的小球
6、无论放在哪个位置都不会动，小球会飘浮在空中。但在实验中，小球提高到一个位置时，发生了晃动。即在太空中，如果给了小球一点初速度，小球就能在绳子的牵引下做圆周运动，如果摩擦小，这种圆周运动是匀速的。据了解，太空中的一个小动作，甚至呼吸，天宫一号设备的运转都可能造成小球运动。实验四：陀螺轴向不变向前飞为了证实高速旋转的陀螺在太空失重条件下的定轴特性，王亚平取出一个红黄相间的陀螺，把它静止悬放在空中。用手轻推陀螺顶部，陀螺翻滚着飞向远处，轴向也发生了改变，期间，聂海胜也对陀螺进行了干扰。紧接着，王亚平取出一个一模一样的陀螺，通过道具让它旋转起来并悬浮在半空中，这时候再用手轻轻一推，旋转的陀螺只是轻晃一
7、下，并不翻滚，而只是保持着固定的轴向，向前飞去。【解读】旋转的陀螺体现出很好的定轴性，定轴性遵守角动量守恒原理，即在没有外力矩作用的情况下，物体的角动量会保持恒定。据了解，现实生活中有很多体现，比如子弹从枪膛里出来时高速旋转，这样保持稳定性和准确性。不论在太空还是在地球，都遵守角动量守恒原理。在地面上，陀螺需要支撑物实现转动，而陀螺与支撑物之间的摩擦产生的干扰力矩等因素改变了陀螺的角动量，使其旋转速度逐渐降低，不能很好地保持旋转的方向，最终停下。在太空中，给静止的陀螺一个初速度，就会向前翻转。给正在转动的陀螺一个初速度，轴向几乎不变。据了解，利用角动量守恒定律，可以实现卫星的定向控制。而有些轿
8、车上，就安装了测量车身纵向和横向摆动的陀螺传感器，可以实现车身稳定度的控制。实验五：普通水变身“魔法水球”为了进一步证实液体在太空的表面张力，王亚平用金属圈重新做了一个水膜，然后用饮水袋慢慢向水膜上注水，不一会儿，水膜就变成了一个亮晶晶的大水球，水球中还有一串小气泡。聂海胜取出一支注射器，抽出水球中的小气泡。王亚平用注射器向水球内注入空气，在水球内产生了两个标准的球形气泡，气泡既没有被挤出水球也没有融合到一起，水球也没有爆裂。紧接着，王亚平又用注射器把少许红色液体注入水球，红色液体慢慢扩散开来，透明的水球就变成了粉红色。【解读】航天员向水膜上不断注入水时，这些水就能够均匀分布在水膜周围逐渐形成
9、水球。太空中去除了重力对物体形态的制约之外，由于分子间的相互作用，液体表面张力很明显，液体的表面积会缩到最小，也就变成了水球。在地面上由于有密度差，如果注入红色液体，扩散会有一个总体的趋势，就像鸡尾酒里的层次分明。但在太空中没有密度差，扩散就比较均匀。三、 学练结合：1.航天员在完全失重的太空轨道舱中进行体育锻炼，下列活动中可采用的是（）A举哑铃B在跑步机上跑步C用弹簧拉力器健身D引体向上2.自由落体运动的探究：从高处释放一个物体，在重力作用下物体竖直向下运动，我们把这种运动称为自由落体运动、下面是用一些特殊的器材，测得的实心小钢球自由落体作的一组实验记录：（1）分析实验数据，可得物体自由下落的高度h与下降所需时间t的关系是： （2）根据记录数据记录作出物体自由下落高度h与下落时间平方t2的图象：（3）根据图象，估计物体下降0.5s下降的高度为 （4）若不计空气阻力，质量不同的两个物体都从相同的高度落下，所需时间 （“相同”或“不相同”），这说明做自由落体运动的物体从相同的高度落下所需时间与质量 （“有关”或“无关”）（5）当钢球下落0.1s时，假设钢球所受重力突然消失，则钢球做 运动
