初二年级的同学们接触物理学科已经一年了,学习了包括声、光、热、电等很多物理知识,对物理这门学科有了一定的认识。但事实上,物理学的魅力我们只见到了冰山一角。有人作过一项统计,自20世纪中叶以来,在诺贝尔化学奖、生物及医学奖,甚至经济学奖的获奖者中,有一半以上的人具有物理学的背景;反过来,却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。国外有专家十分尖锐地指出:没有物理修养的民族是愚蠢的民族!
物理学的发展推动着社会的进步,我们中学生是祖国的未来,社会的希望,推动中国科技进步的重任就落在我们的肩上。所以,学好物理,做一个有物理修养的人就成了我们应当承担的责任。在课堂上,我们已经领略了物理学与我们的生活有着密不可分的联系,而科技发展的最前沿也同样与物理学关系密切。例如同学们熟知的中国神舟号宇宙飞船,她是我国近几年航天事业飞速发展的结晶,她使我国成为世界上第三个能够独立将人送上太空的国家。如此高科技的事物让普通人看起来神秘而又遥远,可是学过物理知识之后,她的神秘面纱将被你一层一层揭开。事实上,我们在中学阶段所学的物理知识已经足以解决关于神舟飞船的很多问题。
问题一:飞船是如何升上天空的
其实解决这个问题并不难,不过需要你在平时善于观察和思考。同学们想一想你自己在原地跳跃的时候身体为什么会向上弹跳起来,你是如何做到的?对了,在跳跃的时候你的双脚在用力蹬地,确切的说是向下蹬地,同时你的身体会向上升,这在初三年级的物理课本中叫做“力的作用是相互的”。你的双脚用力向下蹬地,同时地面就会用力向上把你的身体弹起来。明白了这一点之后你就可以试着解释为什么充满了气的气球在漏气的时候一边喷气一边向前飞去。著名的动画人物“铁臂阿童木”也是利用这个道理在天上自由自在的飞的。
搭载着宇宙飞船的运载火箭和我们前面所说的气球以及阿童木一样,在点火之后,向下喷射着高温的气体,同时自己借助反作用力升上天空。
问题二:飞船为什么能在太空飞
当然,飞船不是像鸟一样扇动翅膀翱翔于太空的,事实上如果鸟类真有那么大力气飞到几百千米高空的话,它们会发现那里根本没有托起它们身体的空气,所以扇动翅膀是没用的。我们都知道在地面上,一切物体都会在离开支撑物后最终向下落去,就像手里托着的粉笔在被抛出去后最终要落到地面上,树上熟了的苹果离开树后会落到地面等等,这一点被著名的物理学家牛顿称为万有引力。如果有一个300千米高的巨人将飞船举到太空然后松开手会怎么样呢?
答案是飞船会因为地球的引力最终摔落到地面上,这就像是有一根橡皮筋连接在飞船和地球之间,橡皮筋总要把飞船拉回到地面。但是如果这个巨人手捉住橡皮筋把飞船绕着地球抡起来那飞船就不会再落下来了,这是因为被抡起来的飞船绕着地球作圆周运动,结果产生了一种叫做“离心力”的假象力,这个力就像一个支撑面一样使飞船悬浮在太空中。
用一根绳子系住一个重物,让后拉住绳子的一端把重物抡起来,让它绕着你的手转圈,这是你的手就会感到绳子在用力拉拽你的手,这就是由于重物的离心力造成的。
问题三:太空生活中有那些有趣的现象
太空生活中有趣的现象太多了,比如同学们经常在电视画面看到宇宙飞船中的一切能自由移动的物品包括人都悬浮在半空中,这被称为失重。我们在地面上也能体会到失重状态,那种感觉很刺激甚至会让人尖叫,因为处于失重状态的人会失去双脚站立在地面上时的安全感。那就是你在翻滚过上车上飞速俯冲时的状态,或者是你在蹦极的时候下落时的状态。因为失重,所以在飞船生活中站立和倒立的感觉是一样的,因为那里没有真正意义上的上和下,甚至睡觉的时候也不分正和倒;因为失重,所以在飞船中吃饭,喝水甚至刷牙都要非常小心,因为嘴里的东西如果飞出来会弄得船舱内到处都是,吸进肺里可不是闹着玩的;因为失重,所以航天员在太空吃饭喝水格外费力,因为吞咽的时候不能借助地球的引力。
失重不仅改变了人在地球上的日常生活习惯,而且还会使人的器官发生变形。长脸变成了圆脸,大眼睛变成了小眼睛。肌肉也会变得松弛,尤其是腿部肌肉,因为得不到走路的锻炼,甚至会慢慢地萎缩。由于失重,脊柱不再承受人体向下的压力,椎骨间隙拉大,所以,身高可以增加2-5厘米。当然,你从太空返回地球之后,增加的这部分身高还会因为地球的引力而消失。
除了失重,太空生活还有一个特点很具有挑战性,那就是白昼和黑夜的更替太快了。飞船航天飞行期间90分钟一个昼夜周期,最长的黑夜仅仅是37分钟。飞船由地球阳面进入阴面时,就如同由白天进入黄昏黑夜一样。一个航天员曾经这样描述宇宙间的一天:早晨,计算机控制的钟唤醒我们起床。醒来拉开窗帘看宇宙空间,阳光灿烂,天色真美。可是不大一会儿,太阳没有了,天暗下来了,黑夜来临了,我们想又该睡觉了吧。真是有趣极了,一会儿是早晨,一会儿是黑夜……
在太空,如果我们透过飞船的舷窗仰望天空,结果你会发现太阳的周围就是漆黑的夜空,而不是地球上见到的蓝色的天空。对于这一点,我们之前所学的光的散射的知识可以很好的解释,同学们可以试着自己去理解一下。当然,等你想明白之后,别忘了和其他同学分享你的思维成果。
问题四:为什么宇航员要穿上厚重的航天服
这个问题有两个重要的原因。第一,宇宙空间有很强的宇宙射线,宇宙射线的照射会改变生物体的某些遗传特性。比如,宇宙设想可以让本来果实很小的南瓜发生变异,变得硕大无比,让花发生变异开出黑色的花朵等等。它也可以让人体细胞在分裂的时候发生变异,结果变成癌细胞,对人的健康构成威胁。宇航服的特殊材料可以阻挡绝大部分的宇宙射线,保护宇航员的身体。
第二,宇宙空间没有空气,众所周知,人类在没有空气的环境中是没法生存的,宇航服内部充满了空气,宇航员在里面就和生活在地面附近一样。
问题五:飞船是如何返回地面的
飞船能够返回地面还是要靠地球给飞船的引力,当确认飞船要返回地面时,飞船会接到指令减慢自己的速度,最终速度小到一定程度时,飞船开始返回地面的旅程。
同学们都见过流星,和流星一样,飞船返回地面时要以极高的速度进入大气层。流星在下落的时候由于与空气的摩擦会被烧毁,而飞船由于表面用了特殊的材料而不会被烧毁,这一点在学习物态变化的时候我们就已经知道了。但是即便是不被烧毁,飞船如果保持它的速度撞向地面,同样会被撞得四分五裂。所以飞船在下落的过程中要经过多次减速,减速主要是靠4面大小不同的降落伞来实现的,这其中最后一面主伞的面积足有一个足球场大。飞船的速度由太空中的7.5千米每秒减至不到10米每秒,最后再由反冲发动机点火,将速度减至足以安全着陆。
结束语:同学们,神秘的太空,深深地吸引着我们。我们要展开想像的翅膀尽情的翱翔,借助科学的武器去撩开它神奇的面纱,我们更要努力学习,在不久的将来,为祖国的太空事业作出巨大的贡献,让"中国"这个名字在太空闪亮……