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2019-2020年八年級物理全冊 第一章 打開物理世界的大門 第一節(jié) 走進神奇教學素材 滬科版 要點點擊 1、 通過一些典型事例讓學生體會到自然界中的神奇是讓人驚嘆的。 2、 通過生活中一些不起眼的小事讓學生感受到生活中的神奇，而這些神奇則是人類智慧的結(jié)晶。 3、 通過解釋一些神奇現(xiàn)象，讓學生知道通過學習科學，這些神奇是可以得到解釋的。 快樂自主研學 自然中的神奇完全來自于大自然，沒有任何人工制造或利用的痕跡。這些神奇是驚心動魄的。而生活中的神奇，人們已司空見慣，然而當仔細探究時，卻能發(fā)現(xiàn)在這些并非驚心動魄的神奇中蘊藏了人類非凡的智慧。 以下是一些自然中的神奇照片。 1、宇宙起源和彗星 宇宙起源假說之一：大爆炸理論。宇宙在零時刻時密度為無窮大的物質(zhì)，后來隨著時間的推移，這物質(zhì)發(fā)生了一系列的變化，由此便逐漸形成了現(xiàn)在這樣的世界。地球只是圍繞太陽旋轉(zhuǎn)且在自轉(zhuǎn)的行星。除地球外，還有其他行星，如：水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。彗星一般是由頭和尾組成。頭的中心是彗核，彗核的外面包著彗發(fā)，彗發(fā)的外面再包著彗云。彗尾有直的，也有彎的，或者是兩者的混合。彗尾長短不一，最長的有幾億千米，有的彗星則沒有彗尾。彗核是彗星的主要部分。它是固體，呈球形，含大量的冰，還含有干冰、塵埃、甲烷、氨和少量的金屬等。由于含冰最多，所以有“骯臟的雪球”之稱。這雪球差不多是整個彗星的重量，直徑最大的有100km，最小的只有幾百米。 中國民間將彗星叫做“掃帚星”?！板纭痹谥袊Z言中有掃帚的意思，在古希臘語言中有“毛發(fā)”的意思。世界公認中國是對彗星觀察和記錄最早的國家。中國古書《淮南子兵略訓(xùn)》中記錄了公元前1057年的一次彗星，它就是后來命名為“哈雷”的彗星?！肮住卞缧鞘歉鶕?jù)埃德蒙哈雷的名字命名的。哈雷出生于1656年的英國，曾在圣赫勒納島建立一痤臨時天文臺，以此觀察天象。哈雷最廣為人知的貢獻是他對“哈雷”彗星出現(xiàn)時間的準確預(yù)言，哈雷的預(yù)言在其死后17年準確應(yīng)驗：1759年、1835年1910年哈雷彗星如期出現(xiàn)。 2、太陽 太陽是一顆自己能發(fā)光、發(fā)熱的氣體星球。太陽表面叫“光球”，光球外面是色球?qū)?，色球?qū)拥耐鈬侨彰釋印＿@三個層面合起來構(gòu)成了太陽的大氣層。光球上經(jīng)常出現(xiàn)一些漩渦狀的氣流，像一個淺盤，它的中間凹進去好幾百千米，這些漩渦狀氣流像大小不等的、形狀很不規(guī)則的黑窟窿，這就是天文學家所說的“太陽黑子”。其實太陽黑子并不是黑色的，一般也有四五千攝氏度，但是與光球相比，它的溫度要低1000~xx℃。在更加明亮的光球襯托下，它就成為看起來沒什么亮光的、暗黑的黑子了。當太陽黑子群具有漩渦結(jié)構(gòu)時，這預(yù)示著太陽將發(fā)生劇烈的變化。龍卷風形成前，天空會出現(xiàn)一片雷雨云，其中一個區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會快速旋轉(zhuǎn)，然后形成漏斗狀的云向下延伸，到達在面，就會掀起大片的塵土及其他物體。 太陽的直徑為140萬km，是地球直徑的109倍。太陽沒有固態(tài)表面，不會像地球那樣整體自轉(zhuǎn)。太陽里外的密度是不一樣的。它的外殼大部分是氣體，密度很小，但是越往里面，物質(zhì)密度越大。 3、雷鳴與閃電 閃電是云層和云層之間或云層與地面之間的一種放電現(xiàn)象，而放電時所發(fā)出的巨大聲響就是雷鳴。雷電一般出現(xiàn)在積雨云里。積雨云常常是由于上下層空氣發(fā)生強烈的對流運動而產(chǎn)生的。夏天午后，近地面的空氣被太陽烤得很熱，熱空氣上升，在高空遇到冷空氣就容易產(chǎn)生積雨云。在積雨云中或云塊之間存在著大量的正、負電荷，空氣對流得愈厲害，云翻滾得愈猛烈；云的上下部聚集的電荷就愈多，在云塊之間或大地之間就會產(chǎn)生很強的電場和電位差；當電場強度很大時，就能把阻隔在云之間或云與大地之間的空氣擊穿而產(chǎn)生放電現(xiàn)象，發(fā)出耀眼的光芒，這就是閃電。在閃電經(jīng)過的通道上，空氣溫度猛烈陡增，空氣受熱和水滴汽化后會猛烈膨脹，發(fā)出巨響，這就是雷鳴。這種自然現(xiàn)象曾經(jīng)長期使古人恐懼不安，他們以為觸怒了天神。 4、地球、地震和火山 古時候，由于觀察手段所限，認為天是圓的地是方的。后來，人們發(fā)現(xiàn)船只在離岸航行時先消失船身，后消失桅桿。由于這樣的一些事例，人們逐漸認識到地球是圓的。地球由外向內(nèi)分三層，由地殼、地幔和地核組成，類似于雞蛋的蛋殼、蛋白和蛋黃。地殼是地球的外衣，也叫巖石圈；地幔介于地殼和地核之間，其體積占地球總體積的83.3%，有上地幔和下地幔之分；在距地面2900km以下為地球的核心——地核。地殼運動使巖層扭曲而形成斷層，斷層形成時，會引發(fā)地震。在地層深處，巖石因高溫而熔化成黏稠的液狀，稱為巖漿。這些巖漿噴出地面所形成的山就稱為火山。 5、龍卷風 龍卷風有時稱為旋風，外形近似漏斗，它通過地表或海面時，產(chǎn)生的破壞力極大，是人類所知的最激烈和最具破壞性的天然風暴。龍卷風內(nèi)部強大的上升氣流有時可將汽車或樹木舉起，帶到數(shù)百米外。它快速移動的漏斗狀旋風對建筑物的破壞尤其嚴重。當龍卷風通過房子時，建筑物周圍的空氣會被吸起，使屋外的空氣壓力小于屋內(nèi)，造成房子爆炸。龍卷風形成前，天空會出現(xiàn)一片雷雨云，其中一個區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會快速旋轉(zhuǎn)，然后形成漏斗狀的云向下延伸，到達在面，就會掀起大片的塵土及其他物體。 6、拉鏈 拉鏈只是一個小小的發(fā)明，但是整個世界都離不開它。它被美國《科學世界》雜志評選為20世紀的十大發(fā)明之一。1893年前后，美國工程師惠特科母、賈德森利用凹凸齒錯合原理，設(shè)計出一種可快速滑動的關(guān)啟系統(tǒng)，申請了專利，這就是早期的拉鏈。拉鏈這種連接方式與傳統(tǒng)的連接概念完全不同。人們習慣用扣子系衣服，用帶子拴鞋，這些連接方式都不是完全封閉的，費時也不牢固。人們發(fā)現(xiàn)拉鏈的確是一種方便好用的東西。拉鏈的品種層出不窮，其使用的材料除了金屬外，還發(fā)展到了塑料。人們不僅將其應(yīng)用于衣服、提包上，其他行業(yè)也使用它。 7、圓珠筆 美國人勞得是世界上第一個想到用小圓珠代替筆尖書寫的人，并于1888年得到圓珠筆的發(fā)明專利。由于他發(fā)明的圓珠筆比起1884年發(fā)明的自來水筆較為遜色，所以50余年后，圓珠筆又有了新的進展?，F(xiàn)代的圓珠筆是由匈牙利人比羅兄弟于1938年獨立設(shè)計發(fā)明的。他們改進了圓珠筆芯的墨水供給系統(tǒng)，利用毛細作用使圓珠濕潤。美國商人雷諾茲看到了比羅的圓珠筆，為了不侵犯比羅的專利權(quán)，他參考了勞得的發(fā)明，把比羅的圓珠筆利用毛細作用供給墨水改為利用重力供給。1949年，美國化學家西奇配制了一種黏度很高、快速干燥的圓珠筆專用油墨。到1951年，世界上圓珠筆的銷量超過了自來水筆。 探索與實踐 感受氣壓 取一個空的鋁質(zhì)易拉罐及一盆冷水，罐口纏上鐵絲并固定并將鐵絲擰成柄狀（要有一定的長度和強度），往易拉罐中加入少量的水，放在酒精燈上加熱至沸騰，并繼續(xù)加熱數(shù)十秒，迅速（持鐵絲柄）將易拉罐倒扣到冷水中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 注意：此時易拉罐在氣壓的作用下被壓扁且發(fā)出巨大的響聲，實驗者應(yīng)有思想準備，以防驚惶中碰到其它實驗儀器而被燙傷甚至引起火災(zāi)。本實驗有一定的危險性，建議在老師的指導(dǎo)下進行。 生活擴展 摩擦三兄弟 摩擦三兄弟就是指靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦，它們都是摩擦家族的成員。說起摩擦，大家一定不陌生，因為摩擦是我們生活中司空見慣的現(xiàn)象，我們每時每刻都在和摩擦打交道.我們走路、吃飯、洗衣服依靠摩擦；各種車輛的行使依靠摩擦，機器運轉(zhuǎn)離不開摩擦；就是建造房子也離不開摩擦。 　　假如沒有了摩擦，世界將會變成什么樣？真是不可想象?？梢哉f，摩擦是我們?nèi)祟愲x不開的好朋友。但是在很多場合，摩擦三兄弟扮演著"不受歡迎"的角色。 　　在現(xiàn)代汽車中，20％的功率要用來克服摩擦；飛機上的活塞式發(fā)動機因摩擦損耗的功率要占10％，就是最先進的渦輪噴氣發(fā)動機也要為克服摩擦損耗2％的功率。世界上有數(shù)以萬計的汽車、數(shù)以萬架的飛機，這樣每年要有多少燃料被白白浪費掉，真是可惜。 　　但更為嚴重的是，摩擦還會造成機器零部件的磨損。據(jù)報道，英國在這方面損失每年要超過20億美元。摩擦除了導(dǎo)致磨損之外，還會使航空和航天器過度發(fā)熱，這更是現(xiàn)代科技遇到的又一難題。 　　當飛機著陸的時候，閘閥和閘輪會摩擦產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象，這樣的高溫使機閘材料變軟、變質(zhì)，一幅價格昂貴的閘瓦和閘輪，往往只使用了幾次就報廢了。 　　當宇宙飛船返回地面的時候，由于高速船體與空氣之間的摩擦，會使整個船體成為一個通紅的火球，為了保護飛船里的宇航員和各種儀器設(shè)備，人們不得不付出昂貴的代價，用耐高溫的特種合金制造船體，并且還在外面加裝了耐高溫材料。 　　為了能駕馭摩擦，讓摩擦三兄弟為人類更好地服務(wù)，人們一直進行著艱苦的研究和探索。早在15世紀，達芬奇就開始了對摩擦的研究。到17、18世紀，法國形成了一股摩擦研究熱，庫侖根據(jù)達芬奇的想法完成了摩擦起因的凹凸說。到了18世紀上半葉，有人又創(chuàng)立了分子說。進入20世紀后又出現(xiàn)了粘合說。 　　可以說有關(guān)摩擦起因的爭論還在進行著，凹凸說、分子說和粘合說都持之有理，言之有據(jù)，究竟怎樣圓滿地解釋摩擦的起因，還一直是一個很活躍的研究課題。 天空為什么是藍色？ 誰都知道，空氣是無色的，那為什么天空在晴朗時，卻是藍色的呢？為了解答這個問題，我們不妨做一個小實驗： 用一只長方形的玻璃缸，盛大約2/3的水，向水中撒少許泥沙粉末攪拌，使溶液渾濁。選擇一個晴朗的上午，大約7、8點鐘。陽光基本上平行射向玻璃缸的一端，光線通過渾濁的水，在另一端透射過來。這時你可以發(fā)現(xiàn)一個很有趣的現(xiàn)象：長玻璃缸中的水呈現(xiàn)出淡藍色，而另一端射出來的光線卻呈淺紅色和橙黃色。為什么出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象呢？ 原來，玻璃缸中出現(xiàn)淡藍色與天空出現(xiàn)蔚藍色的其中原理是一樣的。地球的表面包圍著一個大氣層，空氣中含有許多微小的塵埃、冰晶和水滴等。在太陽光紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色光中，波長較長的光，紅光、橙光等輻射到大氣中，遇到空氣中塵埃時，透射力最強，不會發(fā)生散射現(xiàn)象，能透過大氣的微粒直射向地面。而波長較短的紫光、藍光等很容易被懸浮在空氣中的微粒向四面八方散射開來。散射現(xiàn)象改變了太陽輻射的方向，使天空變的亮堂起來。散射力越強，天空越藍。雷雨電閃一過，天空頓時異常湛藍，令人 心曠神怡。傍晚，陽光要穿過厚厚的大氣層，藍光、紫光幾乎被散射掉了，剩下紅光、橙光透過大氣射入我們的眼睛。所以，傍晚時分，我們會看到紅彤彤的太陽。 這就是天空為什么是藍色的道理。 龍卷風的形成 生活在海邊的人，常有機會看到一種奇特的天氣現(xiàn)象：天空中濃密的雷雨云中，有時會伸出來一條黑色的尾巴。古代，人們對這種神秘的自然現(xiàn)象無法解釋，都把它說成是“龍”，稱作“龍吸水”。實際上，它是一股猛烈的旋風，和“龍”毫無關(guān)系。不過，世代相傳，氣象學上也就稱其為“龍卷風”了。 　　龍卷風發(fā)生在水面上，稱之為“水龍卷”，俗稱“龍吸水”。1898年5月16日所觀察到的水龍卷可能是記錄中最高的了。這是在大洋洲的澳大利亞紐斯韋爾的伊頓測得的。由經(jīng)緯儀所顯示的水龍卷高度達1528.3米，水龍卷的直徑為3米。 　　發(fā)生在大陸上的龍卷風，稱為“陸龍卷”，俗稱“掉龍掛”，一般也叫龍卷。世界上最大的一次龍卷風出現(xiàn)在1925年3月18日的美國。當風暴以每秒30米的速度越過密蘇里、伊利諾、印第安納等州時，造成2600多人傷亡，財產(chǎn)損失達4000萬美元。 　　龍卷風是一種很強的小范圍旋風。一般在幾十米到幾百米之間。維持時間也僅幾分鐘到幾十分鐘，最多不超過幾小時。但由于它是一種高速旋轉(zhuǎn)體，中心氣壓極低，風力很大。風速每秒可達100米－200米，而12級臺風風速也只有每秒33米。所以，它是一種嚴重的災(zāi)害性天氣。 　　那么，龍卷風是怎樣形成的呢？它主要是在陽光強烈的照射下，由于地表受熱不均勻，引起空氣上下強烈對流。如果上升的空氣中含水汽較多，到高空往往發(fā)展成強烈的雷雨云，這種云的頂部和底層，溫差懸殊，云底10℃以上，云頂在－34℃以下，這樣，冷空氣急速下降，而熱空氣猛烈上升，上下層空氣交替擾動，便會形成許多小旋渦，逐漸轉(zhuǎn)動擴大，上下激蕩更為猛烈，終于形成了大旋渦。它先是繞水平軸旋轉(zhuǎn)，然后這個水平軸的旋渦漸漸彎曲，并從云底慢慢下垂，形成一個漏斗狀的、迅速旋轉(zhuǎn)的龍卷風。