沪科版初中物理八年级全一册-1.3站在巨人的肩膀上课件(共43张PPT)

(共43张PPT)
第三节 站在巨人的肩膀上
一、复习巩固
1.物理学的发展可以划分为哪几个阶段？
2.各阶段的代表人物？
3.各阶段代表人物的主要贡献？
思考下列几个问题：
一、导入新课
观察下列高科技的图片
◎知道物理学研究的内容和物理知识的一些现代
应用；
◎掌握科学探究的主要环节；
学习目标
二 新课教学
◎体会物理学家的科学精神与伟大胸怀。
重点
难点
重点难点
掌握科学探究的主要环节；
继承和发扬科学家的科学精神。
（一）知识园地——硕果累累
物理学就是研究自然界的物质、相互作用和运动规律的自然科学。
阅读教材了解物理学的定义。
二 新课教学
1、物理学体系的形成
思考：
归纳：
人类已经进入到信息化时代，物理学的知识和研究方法已被广泛应用到现代通信、交通、航天、材料及能源等领域。
2、物理学知识的应用
阅读教材了解物理学的知识和研究方法应用到了哪些领域。
思考：
归纳：
（1）航天技术
航天技术的发展，人类不仅实现了飞翔之梦，而且还能登上月球、遨游太空，继续探索浩瀚宇宙的秘密。
旅行者1号于1977年在美国佛罗里达发射升空， 旅行者一号上携带的能量大部分需要供给自身的多种设备需要，一部分会用于自身的微调与速度调整。
旅行者1号的任务是探测木星和土星，在向着着两颗大行星前进的过程中会被它们的引力拖曳，进入它们轨道。完成任务后，加速被抛射出去，速度微升。在经过木星和土星的加速后，这时它的速度就不会在提升了。相反它会被身后的太阳和行星等引力拖住，它们在引力场中动能不断减小抵消引力做功。但是随着旅行者1号飞得越来越远，太阳等对它的影响越来越小。最后它会保持着固定的速度在漆黑的星际空间中”自由自在“的前进，这样的速度和方向如果没有意外，旅行者一号将会花上73600年的时间经过半人马座比邻星。
旅行者1号宇宙飞船
旅行者1号宇宙飞船
旅行者1号宇宙飞船拍摄的土星照片
1980年11月13日，美国宇宙飞船“旅行者１号”在距土星124.237公里处掠过土星。20日飞离土星区域，继续在太阳系中飞行。这艘飞船重１吨，利用原子能，不载人。它在土星附近飞行时自动发回了1万多张关于土星以及它的环和卫星的彩色照片和各种数据。
　 过去认为土星的六条光环整齐匀称地展现在宇宙空间。通过这次“旅行者1号”的实地探测，发现它比原来所知道的要复杂得多。在它的环平面内有数百条、甚至数千条大小不等的环，它们大多是对称的环绕着土星的。　　
这次探测结果证明：土星环是由无数的微粒组成的，直径为7.6厘米到９米之间，它们以很大的速度围绕着土星运转。此外还发现这些微粒是导电体，并且能放出无线电讯号，其功率高达数百万瓦。这一过程似乎同地球上产生的雷暴雨的过程相似。
　“旅行者1号”的探测还证明，土星卫星——土卫六不像过去人们认为的那样是太阳系里最大的卫星，它的直径只有４８２８公里，而木星的卫星——木卫三的直径是５１５０公里，所以土卫六只好退居第二。
　 土卫六是太阳系中目前所知的唯一有大气的卫星，组成土卫六大气的主要是氮，约占９８％，甲烷还不到１％。同时还含有少量的乙烷、乙烯、乙炔和氢等。
人类第一次登上月球
人类第一次登月是在美国东部时间1969年7月20日下午4时17分42秒，阿姆斯特朗将左脚小心翼翼地踏上了月球表面，这是人类第一次踏上月球。
装载着阿波罗11号的土星5号火箭于1969年7月16日13时32分(UTC ，当地时间9时32分)在肯尼迪航天中心发射升空，12分钟后进入地球轨道。在环绕地球一圈半后，第三级子火箭点火，航天器开始向月球航行。
30分钟后，指令/服务舱从土星5号分离，在转向后与登月转接器中的登月舱连接。月球转移轨道射入(TLI )将航天器射向月球。阿波罗11号于7月19日经过月球背面，很快点燃了主火箭并进入了月球轨道。在环绕月球的过程中，三名宇航员在空中辨认出了计划中的登月点。
神舟飞船与“天宫一号”对接成功
天宫一号是中国第一个目标飞行器和空间实验室，于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射。它的发射标志着中国迈入中国航天“三步 走”战略的第二步第二阶段。
2011年11月3日凌晨顺利实现与神舟八号飞船的对接任务。中国也由此成为世界上第三个自主掌握空间交会对接技术的国家，标 志着我国掌握了载人航天的三大基本技术，即载人天地往返、航天员出舱活动以及空间交会对接。
　 2003年10月15日9时整，我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。9时9分50秒，“神舟”五号准确进入预定轨道。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。他是我国自己培养的第一代航天员。在太空中围绕地球飞行14圈，经过21小时23分、60万公里的太空行程，他于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回，标志着中国已成为世界上继前苏联／俄罗斯和美国之后第3个能够独立开展载人航天飞行的国家。
“神舟”五号首次进行载人航天飞行
　 2005年10月12日9时整，“神舟”六号飞船顺利升空，实现了2名宇航员多天飞行，他们分别是：聂海胜、费俊龙。“神舟”六号于10月16日凌晨安全返回，使我国载人航天技术进一步成熟。“神舟”六号实现了第一次进行多人多天太空飞行试验，为未来航天员在空间站生活和工作奠定了基础。 第一次实现宇航员进入轨道舱。航天员首次往返轨道舱，进行了失重状态下的关闭返回舱门及检漏试验。第一次进行了真正有人参与的空间科学试验。
“神舟”六号实现进行多人多天太空飞行试验
（2）微观技术
借助显微镜，人类能逐渐深入看清组成物质的不同粒子，探索微观世界。
铱：原子序数77，原子192.22，元素名来源于拉丁文，原意是“彩虹”。1803年英国化学家坦南特、法国化学家德斯科蒂等用王水溶解粗铂时，从残留在器皿底部的黑色粉末中发现了两种新元素—锇和铱。铱在地壳中的含量为千万分之一，常与铂系元素一起分散于冲积矿床和砂积矿床的各种矿石中。自然界存在两种同位素：铱191、铱193。
显微镜下拍摄的铱原子的排列情况
20世纪70年代以来，由于电子显微镜分辨率的不断提高并与电子计算机的结合应用，许多分子生物学的现象，例如DNA的转录、DNA分子杂交等在生物化学中用同位素技术可证实的现象，也可在电子图象中获得直观的证实。
DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。这是因为在DNA分子双螺旋结构的内侧,通过氢键形成的碱基对,使两条脱氧核苷酸长链稳固地并联起来。另外,碱基对之间纵向的相互作用力也进一步加固了DNA分子的稳定性。
电子显微镜技术观察DNA分子
（3）激光技术
1、激光技术在医疗领域中的应用
激光是一方向性强，单色性能好和能高度集中的相干光束，利用透镜能聚焦成非常小的光点，在光点上其能量密度非常高，并且可以在几个微秒或几个毫秒之内发生作用。
激光医学在临床上的应用主要分为三大部分,包括:
①激光在基础医学研究中的应用,主要是通过激光与人体器官组织、细胞和生物分子的相互作用来研究激光的生物效应。
②激光诊断,是以激光作为信息载体,利用激光单色性好的特点,对组织病理形态、病理情况下的功能及找出某些致病因素等方面进行光谱分析。
③激光治疗,是以激光作为能量载体,利用激光对组织的生物学效应进行治疗,多年来,激光技术已成为临床治疗的有效手段,也成为发展医学诊断的关键技术，包括：弱激光治疗，高强度激光手术，激光动力学疗法(光化学疗法)，激光诊断。
激光诊断
激光治疗
激光因具有单色性、相干性、和平行性三大优点，将此应用于材料加工，形成一门新型的加工工业—激光工业。广泛应用于汽车、电子、电器等重要部门。经过不断的研究开发，激光已经广泛应用于切削加工、焊接、表面工程技术、非金属材料和硬质合金加工等方面。
在汽车工业中, 激光加工通常以切割为主。激光切割一般采用基模或低阶模大功率器, 激光束经聚焦后具有极高的功率密度, 可使材料产生汽化或熔化现象。由于金属表面对于波长为1016Lm的CO2激光反射率高, 为了提高切割速度和切割质量, 在切割金属工件往往吹送氧气或压缩空气, 以提高切割效率, 而在切割易燃材料时则吹送氮气等惰性气体以防止燃烧。
2、激光技术在工业领域中的应用
激光切割
3、激光技术在农业领域中的应用
激光育种是在其他高科技成果的基础上发展起来的，有微波育种、X射线育种、放射性同位素育种、种子育种等背景下出现的。利用红宝石激光照射胡萝卜等种子，可以有效提高发芽率和出苗率。后经过不断研究，发现一适当计量的激光辐射大都、水稻、小麦、玉米、骨子、蚕豆、蔬菜等种子，可加快农作物生长，增强一直病虫害的能力。
从20世纪60年代开始，美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国就已将激光用于诱变育种。我国激光育种始于1972年，并在粮食作物、经济作物乃至微生物育种、牲畜育种、鱼类育种领域取得显著成果，取得了良好的经济效益和社会效益。应用育种的激光器波长从远红外线到可见光到紫外线等；常用的激光器有CO2、He-Ne、N2、钕玻璃、红宝石、Ar 、YAG等。
激光育种
4、激光技术在现代通讯技术中的应用
激光通信经历了大气通信和光波导(光纤)通信两个重要的发展阶段。早期的激光大气通信曾掀起了世界性的研究热潮，许多经济和技术力量雄厚的发达国家在这个阶段投入了大量的人力、财力和物力，对激光大气通信进行了广泛的研究开发。早期的激光大气通信所用光源多数为二氧化碳气体激光器、YAG固体激光器、He-Ne气体激光器等。二氧化碳气体激光器输出激光波长为10.6μm，此波长正好处在大气信道传输的低损耗窗口，是较为理想的通信用光源。
1975年，世界上第一条光纤通信实验应用线路在美国芝加哥开通，揭开了光纤通信应用的序幕。此后，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信从80年代起在全世界掀起了应用的热潮，并迅速被确认为是地面有线通信最有发展潜力的重要的通信手段，以致得到了一日千里的发展和推广应用。
激光通信
（4）信息技术
信息技术的应用给人类带来了巨大的影响，集成了成千上万个电子元件的芯片，既小又轻。
集成电路是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。
集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。
集成电路
（5）超导技术
超导技术有着广泛的应用前景，人们正在进行深入研究。
某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同：零电阻性、完全抗磁性、约瑟夫森效应。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。超导技术被认为是21世纪最具有战略意义的高新技术。
1、超导材料简介
超导材料
1、零电阻性
超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。
2、完全抗磁性
超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。
3、约瑟夫森效应
两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U，同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。
2、超导材料的特性
3、超导技术的应用
高温超导材料的微波电阻比传统金属材料小3个数量级左右，用高温超导制造的滤波器插入损耗极（插≤0.1dB），通带带边陡峭（较传统滤波器提高5-10倍）、带外抑制性好具有十分理想的滤波性能。
高温超导滤波器
高温超导滤波器
高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。
此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。
超导计算机　
超导计算机
超导同步发电机是未来电站的主力，并争相开展研制工作。发电站的容量随着电力需求的增长而增长，大功率、长距离、低损耗的输电技术对提高输电的经济效益是十分重要的，而超导体具有零电阻的特性，可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗，因此超导输电系统必将带来大的改观。
在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。
超导发电机
超导发电机
人们利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。日本人设计一种电动悬挂系统，该系统使用了由液氦冷却的铌等超导 物质做成的超导磁体，在－296℃下它的电阻为零，利用超导磁体的排斥力，从而使轨道与列车之间形成10～15厘米的空隙。
磁悬浮列车与传统列车相比有一系列的优点：克服了传统列车对速度的限制；非接触的运行克服了恶劣气候的障碍；采用非接触运行，没有机械磨损，减少了维修成本；由于没有运动部件，大大提高了系统的可靠性；可节省能源。速度极大提高，增加了运送旅客的能力，具有很大的潜在市场；大幅度地降低了噪声和振动，有利于保护环境。
超导磁悬浮列车
超导磁悬浮列车
超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。
超导输电线路
超导高温电缆
使用高温超导线材的高温超导电缆损耗低，不用绝缘油，没有环境污染，使用方式灵活，可以减少电力运行成本。高温超导电缆比常规电缆所传送的电力要高三到五倍(相同截面时)，可以满足城市不断增长的电力需求。地下高温超导电缆在不能安装架空线路环境中可以代替架空线路。在特殊场合，原有常规地下电缆不能进行扩容时可以用高温超导电缆代替，封闭母线也适合于用高温超导电缆代替。
2、科学探究——其乐无穷
（1）提出问题（2）猜想与假设
（3）制订计划与设计实验
（4）进行实验与收集证据
（5）分析与论证
（6）评估
（7）交流与合作
阅读教材第10页了解科学探究的主要环节
思考：
科学研究的七个环节有哪些基本要求。
（1）提出问题
探究过程
基本要求
根据日常生活、自然现象或实验观察提出与物理学有关的问题。
（2）猜想与假设
收集相关信息，对问题采取发散、集合等方法进行猜想与假设。
（3）制订计划与设计实验
根据探究目的，决定收集证据的范围及要求，明确所需仪器和替代器材，知道控制什么变量，测什么，怎样测。
（5）分析与论证
（4）进行实验与收集证据
使用相关设备、材料进行安全操作，观察实验现象，捕获变化过程及细节，记录相关数据。
进行简单的因果推理；能从表面现象中看出其物理本质；尝试对探究结果进行描述和解释。
（6）评估
有从评估中吸取经验教训的意识；能注意到假设与探究结果间的差异；并尝试改进探究方案。
（7）交流与合作
能用语言、文字、图表、模型等方式表述探究的过程和结果；能倾听和尊重他人提出的不同观点和评议，并交换意见。
思考：
如何具体应用科学研究的七个环节呢？
例如：
“打水漂”是人类最古老的游戏之一，如何将水漂打的既多又远，一直是人们感兴趣的问题，法国科学家经过研究，揭开了打水漂的奥秘。
（1）提出问题
如何将水漂打得既多又远？
（2）猜想与假设
（3）制订计划与设计实验
用飞碟代替石块进行实验，制作了一个 “打水漂机”，实际上是个机械化弹弓，用来发射不同大小的铝制飞碟，射向一个水池，同时用高速摄像机将飞碟在水面弹跳的过程拍下来。
打水漂的质量可能与石块的直径、厚度、速度、以及入水角度和旋转等因素有关。
1、将“打水漂机”向一个水池发射飞碟，高速摄像机
拍摄飞碟在水面弹跳的过程；
2、在实验过程中，研究人员分别改变飞碟的直径、厚度、
速度及入水角度和旋转等因素，并收集数据。
（4）进行实验与收集证据
（5）分析与论证
打水漂的奥秘关键在于角度、速度、形状
（1）当石块入水的角度大于45°它根本就弹不起来，会
直接沉入水中；当石块与水面的夹角为20°时，它
在水面上弹跳的次数最多，这是打水漂的黄金角度；（2）与石块的速度成正比，直径5 cm的铝片以20°角接触
水面时，速度必须达到2.5 m/s以上，否则就会落水；
（3）扁而平的，圆形石块是打水漂最理想的材料。
科学家对收集数据的可靠性进行了评估，最后认为实验结论是可靠的。
（6）评估
（7）合作与交流
打水漂实验将帮助物理学家更准确地模仿航天器的回收过程，提高回收的成功率。当航天器从空气稀薄的太空中重返地球进入“浓密”的大气层时，它的运动方式就与打水漂有几分类似，也有一个在大气中“弹跳”的过程。
3、科学精神——永远高扬
1、实事求是、尊重客观规律、不迷信权威、勇于置疑、敢于坚持真理。
阅读课本P9—10页的内容，了解科学家的科学精神，举例说明。
尼古拉·哥白尼是文艺复兴时期的波兰天文学家、数学家、教会法博士、神父。他提出了日心说，否定了教会的权威，改变了人类对自然对自身的看法。当时罗马天主教廷认为他的日心说违反《圣经》，哥白尼仍坚信日心说，并认为日心说与其并无矛盾，并经过长年的观察和计算完成他的伟大著作《天体运行论》。
1533年，60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演，可直到他临近古稀之年才终于决定将它出版。1543年5月24日哥白尼去世的那一天才收到出版商寄来的一部他写的书。
哥白尼的“日心说”更正了人们的宇宙观。哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一位巨人。
2、孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍。
1898年12月26日，玛丽在提交给法国科学院的报告中宣布他们又发现一个比铀的放射性要强百万倍的新元素——镭。
这一发现把当时在物理学领域中信奉了几个世纪的整个理论翻了个底朝天。皮埃尔和玛丽决心以事实来回答这一切怀疑。但是，要提炼出纯镭，必须要有大量的矿物和较大的实验室。沥青铀矿是一种最贵的矿物，他们买不起，后来在奥地利的一位教授的帮助下，他们花掉了全部的存款，变卖了所有值钱的东西，才买到十几麻袋沥青铀矿渣。居里夫妇就在一间破屋里开始了伟大的科学试验。
日月如流水，居里夫妇犹如在梦境里一般，忘却了时间，不论严冬或盛夏，整天紧张地工作着。他们坚持着，整整花了45个月的劳动，经过几万次的提炼，终于成功地获得了10克纯镭。镭发现了，而且不久发现镭有治疗癌的功效。
3、善于合作交流，敢于提出与众不同的见解，也敢于修正或
放弃自己的错误观点。
20世纪20年代的量子力学革命在爱因斯坦和玻尔的研究方向上展开了，而革命后爱因斯坦和玻尔的争论也是关于如何理解这些改变。这场革命对爱因斯坦的第一个冲击是1925年维尔纳·海森堡提出了矩阵力学，因此就彻底地废除了牛顿力学中的经典元素。下一个冲击是1926年马克斯·玻恩提出量子力学应该被理解为没有任何因果联系的概率。最后，在1927年年底，海森堡和玻恩在索尔维会议中宣布革命结束，量子力学已经不需要更多东西了。爱因斯坦相信量子力学已经完成了，爱因斯坦拒绝接受量子力学的革命成果反应出他不能接受不确定性原理：粒子在时空中的位置永远不能被准确地测量，因为量子不确定性的概率不会产生任何确定的结果。他并不是排斥统计和概率本身，而是因为量子力学的理论缺乏足够的理由。而玻尔当时并没有被这些问题所困扰，他强调了观察者的观察的重要性，提出了互补原理来解决这个矛盾。
1.对科学探究中“交流合作”这一环节你的看法是（ ）
A.应该回避，资料保密
B.应该大力提倡，资源共享
C.可有可无，不影响探究
D.有困难时才要交流
B
2.在进行实验与收集证据（或数据）时，要把观察到的重要
现象和数据记录下来，在数据记录时，要尊重事实，不要拼
凑，还要（ ）
A.不可杜撰
B.美化数据，让数据符合实验的分析
C.把不容易显示出的数据，根据要求添加和制作
D.以上说法都不可能
A
3、一元硬币的外观有银白色的金属光泽，一些同学认为它可能是
铁质的，在讨论时，有的同学提出“我们可以先拿磁体来吸一
下”，这时，有位同学手拿一块磁铁吸了一下硬币，就“拿磁
体吸了一下硬币”这一环节而言，属于科学探究中（ ）
A．论证 B．猜想
C．实验 D．分析
4、在进行科学探究的过程中，下列做法中错误的是（ ）
A.不断地发现并提出问题
B.任何实验资料都要保密，不宜交流
C.制定尽可能详细的实验计划
D.大胆的猜想与假设
C
B
1.物理学知识在现代应用所产生的非凡神奇。
2.科学探究的七个主要环节为：
提出问题、猜想或假设、制定计划与设计实验、
进行实验与收集证据、分析论证、评估、交流与合作。
3.科学精神：
（1）实事求是、尊重客观规律、不迷信权威、勇于置疑、敢
于坚持真理；
（2）孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍；
（3）善于合作交流，敢于提出与众不同的见解，也敢于修正
或放弃自己的错误观点。
布置作业
完成基础训练第11页1、2、3、4、5、6题
再见