中学物理校本课程

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设计和运行都需要物理学的知识，例如重力、惯性、动能和势能等。在本课中，我们将通过研究过山车的运行原理，了解其中的物理规律。第二课物理学与运动运动是生活中不可缺少的一部分，而物理学正是研究运动的科学。在本课中，我们将探究物理学与运动之间的关系，了解运动的基本概念和物理规律。通过实验和观察，我们将深入了解速度、加速度、力和能量等物理概念，并掌握运动规律的应用。第三课物理学与声音声音是我们日常生活中不可或缺的一部分，而物理学正是研究声音的科学。在本课中，我们将探究声音的基本特征和物理规律。通过实验和观察，我们将了解声音的产生、传播和接收等过程，掌握声音的频率、波长和声强等基本概念，并深入了解声音的应用。第四课物理学与光学光是我们日常生活中不可或缺的一部分，而物理学正是研究光的科学。在本课中，我们将探究光的基本特征和物理规律。通过实验和观察，我们将了解光的反射、折射和干涉等基本现象，掌握光的波长、频率和速度等基本概念，并深入了解光的应用。总之，物理学是贯穿于我们生活中的一门科学，而校本课程生活中的物理则是将物理学与生活相结合，让学生在实践中深入了解物理规律，培养科学探究事物规律的精神，促进学生的全面发展。运动包含了许多物理学原理，过山车的设计巧妙地运用了这些原理。体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果是非常奇妙的。这次和物理学的互动不需要动脑子，只需要收紧腹肌，保护好肠胃。当然，如果身体条件和心理承受能力有限，无法亲身体验过山车带来的种种感受，可以站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。过山车的小列车在开始旅行时是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的"发动机"将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到"山丘"的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低是因为过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要"等待"质量中心越过高点被引力推动。到达“疯狂之圈”时，过山车会突然向上转弯，乘客会感到被挤压到轨道上，因为此时产生了表观的离心力。实际上，这是由于铁轨与过山车相互作用产生了一种向心力，这种环形轨道略带椭圆形，目的是为了平衡引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，它会慢下来，但如果弯曲的程度较小，这种现象会减弱。过山车完成行程后，机械制动装置会安全地使其停下来，减速的快慢由气缸控制。自行车是一种常见的交通工具，包括普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车和电动自行车等。它结构简单，方便实用。自行车的设计原理包括手把连接前轮的转向机制、剎车把手、前剎片、接地的轮胎、轮轴中央的滚珠轴承和黄油、踏板、前后齿轮和后齿轮传动系统、坐垫下方的弹簧避震器和一些新型自行车装有油压避震器。手把连接前轮的转向机制是利用轮轴的运用，女装车手把大多比较宽，因为把轮的半径加大可以更省力，骑起来更优雅。剎车把手是一个简单的杠杆，使用者用很小的力就可对剎车片产生很大的压力。前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在接地点产生向后的摩擦力来使车体减速。轮轴中央用滚珠轴承加黄油来减少摩擦，提高传动效率。踏板是轮轴的运用。前后齿轮是利用链条传动的齿轮系统，因为前大后小，所以费力而省时，可以把车子加速到很快。后齿轮传动给后轮是一种作用力施在轴上的轮轴系统。有些坐垫下方是以弹簧为避震器，另一些新型自行车则装有油压避震器，是帕斯卡原理的运用。为什么自行车刚开始骑动时手把会不自觉转动呢？这是由于惯性的作用，当骑车人开始踩踏板时，车轮开始转动，但车体还没有跟上，所以手把会不自觉转动。这种现象可以通过调整前轮的角度来解决。使车子停下来。2．杠杆原理自行车的刹车、变速等机构都是利用杠杆原理来实现的。例如，变速机构中的前后齿轮就是一对杠杆，通过改变两个杠杆的长度比例，实现不同速度的骑行。3．能量转化自行车的骑行过程中，人的肌肉通过脚踏板转化为机械能，推动车轮转动。同时，车轮的运动也会产生动能，使车子继续前进。刹车时，动能转化为热能，摩擦产生的热量使刹车块和车轮温度升高。二、热学知识自行车的刹车块在刹车时会摩擦产生热量，这就涉及到热学知识。热量的传递方式有三种：传导、对流和辐射。自行车的刹车块和车轮之间的热传递主要是通过传导和对流来实现的。三、光学知识自行车的灯光、反光镜等部件都涉及到光学知识。例如，灯光的亮度和照射范围与灯泡的功率、反光材料的质量等因素有关。反光镜的镜面弧度和大小也会影响其成像效果。总之，自行车中涉及到的物理知识非常广泛，了解这些知识不仅可以帮助我们更好地使用自行车，还可以增加我们对物理学的理解和认识。1.自行车的摩擦力和惯性当自行车前进时，后轮受到的摩擦力向前，提供动力；前轮受到的摩擦力向后，产生阻力。而当自行车靠惯性前进时，前后轮受到的摩擦力均向后，阻力增加。2.压强方面充足气的自行车轮胎着地面积大约为100cm²，成年人骑自行车时，自行车对地面的压力大约为650N，压强可计算为6.5×10⁴Pa。在车轴拧螺母处加垫圈、做扁而平的脚踏板和车座，都可以增大受力面积，减小压强。3.轮轴方面自行车的车把、脚踏板与中轴、飞轮都是省力杠杆，发挥轮轴的作用。4.杠杆方面自行车的刹车把也是省力杠杆。5.惯性方面当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然向前走，因为它有惯性。在紧急情况下，先捏紧后刹车再捏紧前刹车或同时捏紧前后刹车，可以防止人因惯性向前飞出。6.能量转化方面下坡时人和自行车的重力势能转化为动能，速度越来越快；上坡前紧蹬几下可以增加动能，上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些。自行车车梯上的弹簧，弹性势能转化为动能，使车梯自动弹起。7.声学方面自行车的金属车钤发声是由于铃盖在不停振动，而汽笛发声是由于气体不断振动。8.齿轮传动方面线速度和角速度的关系为v=ωR，齿轮的半径R越大，线速度v越大。在夏天，为了避免自行车爆胎，轮胎内的气体不能充得太满。因为气体的压强会随着温度的升高而增加，当压强超过轮胎的承受能力时，就会发生爆胎的情况。自行车后面的反光镜是由三个相互垂直的平面镜组成的立体直角，利用其内表面作为反射面。无论光线从哪个角度射向尾灯，反光镜都能将光线反射回去，使后面的人更容易看到自行车。在夜间，当汽车灯光照射到自行车尾灯上时，反射光强度远大于一般的漫反射光，足以让汽车司机观察到自行车。有些自行车上装有小型发电装置，通过摩擦转动发出的电能供给车灯工作，起到照明作用。拔河比赛的胜负并不仅仅取决于哪一队的力气更大。根据牛顿第三定律，对于拔河的两个队，甲对乙施加了多大拉力，乙对甲也同时产生一样大小的拉力。双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。增大与地面的摩擦力才是关键。穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子和增加队员体重都能增大摩擦系数，使摩擦力增大。此外，人们的技巧也决定了胜负，比如脚蹬地和向后仰等，都是为了增大地面对脚底的摩擦力，夺取比赛的胜利。滑水运动员站在滑板上不会沉下去，是因为滑板的体积大，浮力足够支撑滑水运动员的重量。同时，滑水运动员的重心位于滑板的中央，使得滑板和运动员的重心保持平衡，不会倾斜下沉。滑水运动的原理滑水运动员在滑水时，会向后倾斜身体，双脚向前用力蹬滑板，使滑板和水面形成一个夹角。当游艇通过牵绳拖着运动员时，运动员就会通过滑板对水面施加一个斜向下的力。牵引力越大，运动员对水面施加的力也越大。根据牛顿第三定律，水面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力。这个反作用力在竖直方向的分力等于运动员的重力时，运动员就不会下沉。因此，滑水运动员只要掌握好技巧，控制好脚下滑板的倾斜角度，就能在水面上快速滑行。“香蕉球”的奥秘罚前场直接任意球时，通常会有防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。足球会在空中沿弧线飞行的原因是，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是拔脚踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。根据物理知识，气体的流速越大，压强越小（伯努利方程）。由于足球两侧空气的流动速度不同，它们对足球所产生的压强也不同，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。乒乓球中，运动员在削球或拉弧圈球时，球的线路也会改变，道理与“香蕉球”一样。电饭锅的工作原理及保养常识电饭锅利用发热板，在铝质锅的底部煮饭。发热板内藏电热线，这电热线是由自动开关控制。发热板的中央有一圆孔，孔内有一感温软磁，它借着弹簧向上顶贴着锅底。这是一种纯铁氧体。它在100℃或以下时，可以被永久磁铁吸引。但当升至103℃时，则失去磁性，不再受永久磁铁吸引。当按下开关按键时，开关横杆把磁铁向上顶贴着感温软磁。这时，发热线接通，开始加热。当锅内的饭开始沸腾，锅内的水逐渐减少。当水开始蒸发，锅内的温度上升至100℃以上。当温度升至103℃时，感温软磁不再受磁铁吸引，开关的杠杆因弹簧的弹力和重力下降，压使接触点分开，发热线断电，如图(b)所示。同时，另一保温电路接通(图中未显示)，保持饭的温度在70℃左右。为了合理使用和保养电饭锅，延长其使用寿命，应注意以下几点：1.使用后，内锅清洗并擦干后再放入电饭锅内。2.锅底部应避免碰撞变形，发热盘与内锅之间必须保持清洁，避免饭粒掉入影响热效率甚至损坏发热盘。3.内锅可用水洗涤，但外壳及发热盘切忌浸水，只能在切断电源后用湿布抹净。4.不宜煮酸、碱类食物，也不要放在有腐蚀性气体或潮湿的地方。5.使用时，应先将蒸煮的食物放入锅内，盖上盖子，再插上电源插头；取出食物之前应先将电源插头拔下，以确保安全。1946年，斯潘瑟作为美国雷声公司的研究员，偶然发现微波溶化了糖果。事实证明，微波辐射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。1947年，第一台微波炉问世。微波炉利用微波的特性制作而成，外壳使用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免对人体健康产生影响。装食物的容器则使用绝缘材料制成。微波炉的核心是磁控管，这个电子管是微波发生器，每秒钟能产生24.5亿次的微波。微波能穿透食物达到5厘米深，并使食物中的水分子运动，产生大量的热能，使食物煮熟。与普通炉灶相比，微波炉烹饪速度快4至10倍，热效率高达80%以上。微波炉是一种快速、方便的烹饪设备，其烹饪时间很短，能够很好地保持食物中的维生素和天然风味。例如，使用微波炉煮青豌豆，几乎可以使维生素C一点都不损失。此外，微波炉还可以消毒杀菌。在使用微波炉时，需要注意不要空转，因为空转时，微波的能量无法被吸收，这样很容易损坏磁控管。另外，人体组织含有大量水分，因此一定要在磁控管停止工作后，再打开炉门，提取食物。微波炉的内部结构主要包括磁控管、波导管、金属内壁、过滤器和转盘等组件。在微波炉的炉腔内部，通过磁控管产生微波，然后通过波导管送入内部，再通过金属内壁反弹，最终照射到食物上。为了防止微波泄漏到外部，门上覆盖有过滤器。转盘的作用是使食物加热更加均匀。微波炉的工作原理是将微波能变为热能对食品进行加热。为了使食物均匀加热，微波炉炉腔内部设有专门的装置。最初生产的微波炉是在炉腔顶部装有金属扇页，即微波搅拌器，以干扰微波在炉腔中的传播，从而使食物加热更加均匀。目前，则是在微波炉的炉腔底部装一只由微型电机带动的玻璃转盘，把被加热食品放在转盘上与转盘一起绕电机轴旋转，使其与炉内的高频电磁场作相对运动，来达到炉内食品均匀加热的目的。为了确保微波炉的安全，微波炉采用了多重安全连锁微动开关装置作为开关系统。只有当炉门关闭好后，微波炉才能工作，这样就能避免微波泄漏的问题。为了防止微波从炉门与腔体之间的缝隙中泄漏出来，微波炉在炉门四周安装了抗流槽结构或能吸收微波的材料，如硅橡胶门封条。抗流槽是一条异型槽结构，能引导微波反转相位，使微波被逆向的反射波抵消，从而避免微波泄漏。现在大多数微波炉采用抗流槽结构来防止微波泄漏，而很少采用硅橡胶门封条，因为门封条容易破损或老化而造成防泄作用降低。格兰仕微波炉采用了国际上最先进的抗流槽结构和生产工艺，加上多重防微波泄漏技术，使微波泄漏控制技术达到国际先进水平。微波炉的电气电路分为高压电路、控制电路和低压电路三部分。高压电路包括磁控管、高压电容器、高压变压器和高压二极管。磁控管是微波炉的核心部件，它产生并发射微波能量。低压电路包括保险管、热断路器保护开关、连锁微动开关、照明灯、定时器、功率分配器开关、转盘电机和风扇电机等。微波炉一般有两种定时方式，即机械式定时和计算机定时。定时器的基本功能是选择设定工作时间，设定时间过后，定时器会自动切断微波炉主电路。功率分配器用来调节磁控管的平均工作时间，从而达到调节微波炉平均输出功率的目的。连锁微动开关是微波炉的一组重要安全装置，它有多重连锁作用，能在炉门未关闭好或炉门打开时断开电路，使微波炉停止工作。热断路器是用来监控微波炉磁控管或炉腔工作温度的组件。当工作温度超过限制时，热断路器会切断电源，使微波炉停止工作。使用微波炉时，应放置在通风良好的地方，避免附近有磁性物质干扰炉腔内磁场，影响工作效率。同时，与电视机、收音机保持一定距离，以避免影响视听效果。在微波炉内未放置食物时，不应通电工作，以免损坏磁控管。为避免疏忽造成空载运行，可在炉腔内放置一杯水。金属餐具、竹器、塑料、漆器等不耐热的容器，以及凹凸状的玻璃制品，均不宜在微波炉中使用。瓷制碗碟不能镶有金、银花边。盛装食品的容器应放置在微波炉专用的盘子中，不宜直接放置在炉腔内。微波炉的加热时间应根据材料、用量、食物新鲜程度和含水量等因素确定。在不能确定食物所需加热时间时，应以较短时间为宜，加热后再根据食物的生熟程度追加加热时间，避免时间过长导致食物变得发硬、失去香味和色彩。可根据食物种类和烹饪要求调节定时和功率旋钮，详细了解可阅读说明书。带壳的鸡蛋和密封包装的食品不宜直接烹调，以免爆炸。使用微波炉时，应关好炉门，确保连锁开关和安全开关闭合。关掉微波炉后，不宜立即取出食物，应等待1分钟后再取出。炉内应定期清洁，使用湿布和中性洗涤剂擦拭，不要冲洗，勿让水流入炉内电器中。定期检查炉门四周和门锁，如有损坏或闭合不良，应停止使用，以防微波泄漏。不宜贴近微波炉观察窗，以免眼睛受损伤。同时，不宜长时间暴露在微波照射下，以防身体受损。使用微波炉时，应遵循以下九个禁忌：不要使用普通塑料容器；不要使用金属器皿；不要在微波炉内加热带壳的鸡蛋和密封包装的食品；不要让微波炉空载运行；不要在微波炉中加热不宜使用的容器和餐具；不要长时间暴露在微波照射下；不要贴近微波炉观察窗；不要忽视炉门的安全性；不要长时间使用老旧的微波炉。3.避免使用封闭容器：在加热液体时，应使用广口容器，因为封闭容器内食物加热后产生的热量不容易散发，会使容器内压力过高，容易引起爆破事故。即使在煎煮带壳食物时，也要先用针或筷子将壳刺破，以免加热后引起爆裂、飞溅弄脏炉壁或溅出伤人。4.避免超时加热：将食品放入微波炉解冻或加热时，如果忘记取出，超过2小时的时间就应该丢掉，以免引起食物中毒。5.避免将肉类加热至半熟后再用微波炉加热：因为在半熟的食品中，细菌仍会生长。第二次再用微波炉加热时，由于时间短，不可能将细菌全部杀死。冰冻肉类食品应先在微波炉中解冻，然后再加热至熟透。6.避免再冷冻经微波炉解冻过的肉类：因为肉类在微波炉中解冻后，实际上已将外面一层低温加热了，在此温度下细菌可以繁殖。虽然再冷冻可以使其繁殖停止，但不能将活菌杀死。已用微波炉解冻的肉类，如果再放入冰箱冷冻，必须加热至全熟。7.避免油炸食品：因为高温油会发生飞溅导致火灾。如万一不慎引起炉内起火时，切忌开门，而应先关闭电源，待火熄灭后再开门降温。8.不要将微波炉放在卧室中，同时要注意不要用物品覆盖微波炉上的散热窗栅。9.不要长时间在微波炉前工作：开启微波炉后，人应远离微波炉，或者距离微波炉至少在1米之外。如何清除微波炉顽垢：清洁时，可以先用中性清洁剂稀释水擦拭一遍，然后分别用清水洗过的抹布和干抹布进行最后的清洁。如果仍然不能将顽垢除掉，可以利用塑料卡片之类的工具来刮除，但千万不能用金属片刮，以免伤及内部。最后，记得将微波炉门打开，让内部彻底风干。了解冰箱的构造：冰箱的构造由压缩机、散热器和冷却器组成。气体在这些部件中流动，通过压缩机被加压变为液体，然后通过散热器将热量排到冰箱外部，最后通过冷却器减压，将气体还原为气态。在这个过程中，气体不断地进行气态和液态之间的转换，同时也发生着汽化热的交换作用。冰箱反复进行这种气体→液体→气体的循环过程，以达到冷却的效果。这种进行汽化热交换的气体，叫做“制冷剂”。“氟利昂”是一种用于制冷的气体。然而，由于“特定氟利昂”会破坏臭氧层，所以现在使用“替代氟利昂”的物质。臭氧层的破坏会导致紫外线过多，影响生物生长，甚至引起食物不足。为了保护地球环境，现在出现了“无氟”冰箱，不再使用氟利昂制冷。频繁开关冰箱门会使内部温度上升，导致冰箱需要消耗更多电力来恢复温度。因此，为了节省能源和保护环境，应该避免频繁开关冰箱门。磁浮火车是一种能够高速穿梭于城市之间的交通工具。相比于一般的子弹火车，磁浮火车能够更快地行驶。磁浮火车利用磁力使火车悬浮于路轨之上，但是需要特殊的磁铁才能保持稳定。磁浮火车的原理是利用电磁力悬浮法或电动力悬浮法浮起火车，从而减少火车与路轨之间的摩擦力，实现高速行驶。德国科学家设计了Tranrapid系统，利用电磁力悬浮法使火车浮起，火车底部的电磁铁与导轨相吸，使火车悬浮在导轨上。日本科学家利用电动力悬浮法，当超导磁铁在导槽两边的线圈上运动时，感应出电流，产生磁力，使火车悬浮起来。火车的推动原理是利用导槽两边的推进线圈产生拉力和推力，使列车加速。未来的磁浮火车预计能以高达500km/h的速度行驶，比现在最快的火车速度要高一倍。肿块检测出来，以及检查子宫内膜的厚度和卵巢的大小等。磁浮火车是一种高速列车，它利用磁力悬浮技术来运行。与传统火车相比，磁浮火车速度更快、更安静，但建造导轨的费用较高，限制了它的发展。尽管如此，中国将于2003年推出世界上第一条商用的磁浮铁路，Tranrapid磁浮火车将以200km/h的速度穿梭于上海市中心和浦东国际机场之间，旅程只需10分钟。超声波是一种频率比人类听力范围高的声波，对于不同的动物，它们可听到的声波频率范围也不同。蝙蝠利用超声波来“看”世界，它们发出一连串的超声尖叫声，声波遇到障碍物便会反射，并分析回声的方向和回传时间，从而知道环境的精确图像。人们根据蝙蝠“看”事物的原理，发明了声纳探测器，用来测量水深。医学上，超声波扫描术是超声波最重要的应用之一，它可以帮助医生检查胎儿的大小、生长速度、位置等，同时也用于妇科检查，有效地检测肿块和子宫内膜的厚度等。要，而美国的阿波罗号运载火箭则可达118吨。当前，中国载人航天的运载火箭长征五号，运载能力仅为25吨，仍需继续发展和完善。第二个难题是，保障航天员的安全和健康。太空环境极端恶劣，航天员需要面对高辐射、微重力、极低温等问题。要保证航天员的安全和健康，需要研发出先进的生命保障系统，包括舱内环境控制、食品水源供应、医疗救护等方面。第三个难题是，实现长期太空生活的可持续性。在太空中，人类需要面对的问题不仅仅是短期的安全和健康问题，还有长期的生存和发展问题。需要研发出可持续的生命支持系统、能源系统、环境控制系统等，才能实现人类在太空中的长期生活和发展。航天器是一种高科技的运载工具，它在发射中极少发生事故，因此被认为是优秀的运载工具。为了确保发射时的安全，运载火箭及飞船的关键部件必须是双备份或三备份。在上天前，火箭和飞船必须经过一系列严格的地面测试和模拟飞行，直到没有一丝隐患才能放行上天。据统计，苏／俄近百次发射载人飞船和运载火箭，宇航员使