第8章 探究与实践--宇航员的训练 一、教学内容分析 本课题属研究型课程，在物理学中涉及力的合成问题，在数学中涉及向量的加减运算问题，学生运用向量和三角知识探究和解决问题，在研究学习领域，应该说是一类比较简单的问题． 二、教学目标 1．巩固基础知识和基本技能，拓展思维空间，提高应用能力；
2．经历自主搜集、整理和利用资料的实践过程，领悟发现、提出、抽象、简化、解决、处理问题的整个思维过程，培养大胆猜想、勇于创新的精神；
3．在解决实际问题的过程中，学生的合作与交流、智慧的产生与撞击、结果的鉴别与表述，激发学习兴趣，提高广泛的能力和学科素养． 三、教学重点 查阅科普资料，了解科学常识，思考科学问题，建立向量模型，解决提出的问题，经历探究问题的过程，激发研究和创新的意识． 四、探究过程（课外开展活动、不需要在课堂上进行） 1．查阅相关资料，了解月球、火星、宇航员训练等科普知识 （1）关于月球月球俗称月亮，是地球的唯一的天然卫星，也是离地球最近的天体．月球距离地球平均为384,401公里．这段距离约为地球赤道周长的10倍．月球轨道呈椭圆形，近地点平均距离为363300公里,远地点平均距离为405500公里．月球直径为3476公里,约为地球直径的3/11．月球表面面积大约是地球表面面积的1/14，比亚洲面积稍小．月球的体积只相当于地球体积的1/49．月球质量约等于地球质量的1／81.3．月球物质的平均密度为每立方厘米3.34克,只相当于地球密度的3/5．月球表面上自由落体的重力加速度是地球表面上自由落体的重力加速度的1/6．月球上的逃逸速度约为每秒2.4公里,为地球上的逃逸速度的1/5左右．月球在环绕地球作椭圆运动的同时，也伴随地球围绕太阳公转，每年一周．月球不但处于地球引力作用下，同时也受到来自太阳引力的影响，所以具有十分复杂的轨道运动．月球本身不发光也不透明，但能反射太阳光．由于日、地、月三者的相对位置不断变化，因此，地球上的观测者所见到的月球被照这部分也在不断变化，从而产生不同的视形状．这叫月相．月相的变化是有规律的．月相变化的周期性，给人们提供了一种计量时间的尺度．阴历或农历月就是以月相为基础，星期也是由此演化而来． A B C E D θ （2）关于火星火星是一个冷酷的,没有生命的世界,表面75是由硅酸盐,褐铁矿等铁氧化物构成的沙漠,一片橙红和棕红色的戈壁景象．火星上一天的长度几乎和地球相同;自转轴倾角也和地球差不多,因此火星上也有四季的变化．当地球和火星运行到太阳的同一侧并差不多排列在一条直线时,称为火星冲日,由于火星的椭圆轨道偏心率较大,每隔15-17年有一次与地球特别接近的冲,称为大冲,是观测火星的最佳时刻．火星表面重力加速度是地球的38,难以束缚很多气体分子,因而大气非常稀薄,主要成分是二氧化碳,约占95．赤道附近中午温度20摄氏度左右,昼夜温差超过100摄氏度．火星表面不存在液态水，但从发现的数千条干枯河床来看，火星从前曾经有过水．两极地区有随季节变化的极冠,北极冠主要由水冰构成,南极冠是由二氧化碳干冰组成．火星极冠中的水若全部融化,火星表面将覆盖一个平均10米厚的水层．火星赤道半径为3397.2公里,是地球的53,体积为地球的15,质量为地球的10.8,平均密度为3.94克/cm3. （3）宇航员如何训练（略） 2．问题的提出 地球的重力加速度与月球以及其它星球的重力加速度是不同的，为了使宇航员适应不同重力的环境，宇航员训练部建造了如图的训练装置一个可滑动的连杆与人的腰部联结，人在一个固定的斜面上行走，连杆与斜面始终保持平行，此时人对斜面的作用力相当于人在星球上的重力． A E B C D O θ 图2 1已知月球的重力加速度是地球上的重力加速度的，在模拟月球重力对宇航人员的作用时，求角θ的大小． 2 如果θ68o,先查出火星的重力加速度的数据，并判断该装置能否训练去火星的宇航员 3．问题的解决 解（1）人对斜面的作用力是由人的重力和连杆的拉力合成的，所以， 即（其中表示人的质量） 在中，， （2）当时，同理可知（这里表示火星表面的重力加速度）接近， 所以从近似的角度来讲，如果θ68o,该装置能训练去火星的宇航员． [说明] 有些学生求得后，结果不等于，认为该装置不能训练去火星的宇航员．有些学生通过查阅资料，得到火星表面重力加速度是地球的,从而求得，结果与有较大误差，也认为该装置不能训练去火星的宇航员．对此，同学们会进行争论，这是好事，他们或许去进一步考证更精确资料，以确定“能与不能”． A B m1 m2 m O 4、作业布置 1．如图，在同一水平高度（足够的高）有两个定滑轮A、B，用一条足够长的绳子跨过它们，并在两端分别挂有质量为和的物体（），另在这两个定滑轮之间的一段绳子的O点处悬挂质量为 的另一物体，假定，且系统保持平衡（滑轮半径、绳子质量均忽略不计）． 探究（1）的大小是否改变（2）之间有何关系 2．继续查阅有关航天员的相关资料，并进行大胆设想 五、教学设计说明 本专题给出的实际背景有一定的实际意义和新意，能激起一些学生的研究兴趣，专题涉及到简单的物理知识（力的合成与分解）和数学知识（向量的加法），课题中提出的问题比较简单，探究和解决起来也比较容易（获取相关数据后，学生可在25分钟内解决），如果学生仅限于解决专题中给出的问题，其意义并不大．因此，研究和解决本专题，不需要在课堂上进行，学生可在课余时间，通过对本专题的研究，查阅相关资料，阅读科普知识，思考科学问题，培养科研兴趣，激发创新热情．然而，要解决作业1中提出的问题，学生就须要一定的数学素养，也许，此问题更有利于激发学生的研究兴趣．