資源簡介

(共22張PPT)
八年級物理全一冊 滬科版2024
第八章 第5節(jié)
實踐 制作能升空的飛機(jī)模型
看一看 想一想
2025年2月11日澳大利亞軍機(jī)未經(jīng)中方允許蓄意侵闖中國西沙群島領(lǐng)空，侵犯中國主權(quán)，危害中方國家安全。中方采取驅(qū)離措施，要求澳方停止侵權(quán)挑釁，停止破壞南海的和平與穩(wěn)定。那么：我國執(zhí)行驅(qū)離任務(wù)的戰(zhàn)斗機(jī)在空中如何能作出靈活的動作的？
看一看 想一想
如圖為同學(xué)們小時候常玩的紙飛機(jī)，你們紙飛機(jī)是如何實現(xiàn)在空中飛翔的呢？
紙飛機(jī)
“萬戶飛天”典故：在明朝，有一個叫萬戶（稱謂，原名為陶成道）的一個官員，他為了實現(xiàn)自己的航天夢想，坐在綁上了47支火箭的椅子上，手里拿著風(fēng)箏，飛向天空。
一、問題緣起
一、問題緣起
萊特兄弟從小就對飛行懷有濃厚的興趣，從1896年開始就一直熱心于飛行研究。通過多次研究和實驗，在對載人滑翔機(jī)進(jìn)行了幾度寒暑的試驗之后，他們的夢想終于變成了現(xiàn)實。1903年12月17日，萊特兄弟制造的第一架飛機(jī)“飛行者1號” 在美國北卡萊納州試飛成功。
問題緣起：
無論中國的“萬戶飛天”典故，還是萊特兄弟試飛第一架飛機(jī)，都體現(xiàn)了人類飛向天空的夢想。下面我們通過實踐活動，制作能升空的飛機(jī)模型，探究機(jī)翼的升力與哪些因素有關(guān)。
問題緣起：
查閱資料，了解人類對飛行的探索歷程及相關(guān)飛行原理。收集簡易飛機(jī)模型制作方案、視頻等，選擇合適的飛機(jī)模型或自己設(shè)計飛機(jī)模型。
二、活動方案
早期探索：古代人類就有飛行夢想，如古埃及浮雕有帶翅女神，中國公元前 1000 年左右出現(xiàn)風(fēng)箏，15 世紀(jì)達(dá)芬奇設(shè)計人力撲翼飛行器但未實現(xiàn)。
發(fā)展與創(chuàng)新：一戰(zhàn)時飛機(jī)用于偵察和轟炸，二戰(zhàn)噴氣式飛機(jī)誕生；戰(zhàn)后民用航空迅速發(fā)展；20 世紀(jì)下半葉數(shù)字電子技術(shù)使飛行儀表和 “電傳操縱” 進(jìn)步；21 世紀(jì)無人機(jī)大規(guī)模使用。
本活動涉及流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系、仿生學(xué)等相關(guān)內(nèi)容，以及使用簡單工具進(jìn)行制作的技能。
任務(wù)一：
升力原理：根據(jù)伯努利原理，當(dāng)氣流流過機(jī)翼時，機(jī)翼上表面氣流速度快、壓力小，下表面氣流速度慢、壓力大，從而產(chǎn)生向上的壓力差即升力。飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計成特殊的翼型，就是為了在飛行時更好地利用這種壓力差產(chǎn)生足夠的升力。
飛機(jī)的誕生
發(fā)展與創(chuàng)新
19 世紀(jì)喬治 凱利奠定現(xiàn)代空氣動力學(xué)基礎(chǔ)，設(shè)計出第一架現(xiàn)代意義重于空氣的飛行器；1903 年萊特兄弟成功制造并飛行了第一架飛機(jī)，標(biāo)志現(xiàn)代航空時代開始。
一戰(zhàn)時飛機(jī)用于偵察和轟炸，二戰(zhàn)噴氣式飛機(jī)誕生；戰(zhàn)后民用航空迅速發(fā)展；
20 世紀(jì)下半葉數(shù)字電子技術(shù)使飛行儀表和 “電傳操縱” 進(jìn)步；21 世紀(jì)無人機(jī)大規(guī)模使用。
飛機(jī)相關(guān)飛行原理
重力原理：地球?qū)︼w機(jī)產(chǎn)生引力即重力，飛機(jī)要飛行必須產(chǎn)生足夠的升力來克服重力。飛機(jī)的重量分布、重心位置等都會影響其飛行穩(wěn)定性和操控性。
推力原理：飛機(jī)的發(fā)動機(jī)通過燃燒燃料，向后高速噴出氣體，根據(jù)牛頓第三定律，產(chǎn)生一個向前的反作用力，即為推力，推動飛機(jī)前進(jìn)。螺旋槳發(fā)動機(jī)是通過螺旋槳旋轉(zhuǎn)，推動空氣向后，從而獲得向前的推力；噴氣式發(fā)動機(jī)則是利用燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體向后噴出而產(chǎn)生推力。
阻力原理：飛機(jī)在空氣中飛行時，會受到空氣的阻力，包括摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力等。飛機(jī)通過優(yōu)化外形設(shè)計，如采用流線型的機(jī)身、機(jī)翼等，來減小空氣阻力，提高飛行效率。
飛機(jī)相關(guān)飛行原理
制作飛機(jī)模型。收集用于制作飛機(jī)模型的材料，也可采購制作的材料包，選用合適的工具制作飛機(jī)模型，關(guān)注機(jī)翼形狀的打磨，探究升力大小與哪些因素有關(guān)。
材料：廢棄香煙盒、膠水 成品圖
二、活動方案
任務(wù)二：制作香煙盒飛機(jī)模型方案
制作香煙盒飛機(jī)模型方案
步驟：
1.把一個完整的廢棄香煙盒展開，拆解成不同部分；
2. 用部分煙盒材料制作飛機(jī)的底架；
3.用部分材料折出飛機(jī)的機(jī)翼和機(jī)艙；
4.煙盒剩下的兩塊作為飛機(jī)的尾翼，最后一片卷成機(jī)頭；
5.把飛機(jī)的底架、機(jī)翼、機(jī)艙和尾翼用膠水連接起來。
2.流體流速：根據(jù)伯努利原理，流體流速越快，壓強(qiáng)越小。當(dāng)物體與流體有相對運動時，相對速度越大，物體上下表面或周圍的流速差就可能越大，產(chǎn)生的壓力差也越大，升力也就越大。例如，飛機(jī)在跑道上加速滑行時，隨著速度不斷增大，升力也逐漸增大，當(dāng)升力大于飛機(jī)重力時，飛機(jī)便能起飛。
三、交流評估
交流評估 升力大小與哪些因素有關(guān)？
1.物體形狀：不同形狀的物體在相同氣流條件下產(chǎn)生的升力差異很大。比如，飛機(jī)機(jī)翼通常設(shè)計為上表面凸起、下表面相對平坦的流線型。這種形狀使得氣流流經(jīng)機(jī)翼上表面的路程比下表面長，根據(jù)伯努利原理，上表面氣流速度快、壓力小，下表面氣流速度慢、壓力大，從而產(chǎn)生向上的壓力差形成升力 。
5.物體與流體的夾角（攻角）：在一定范圍內(nèi)，攻角增大，升力會增大。攻角是指物體的運動方向與物體特征平面（如機(jī)翼平面）之間的夾角。以飛機(jī)機(jī)翼為例，當(dāng)攻角較小時，隨著攻角的增加，機(jī)翼上表面的氣流分離點后移，使得上下表面壓力差增大，升力增大。但攻角超過一定值后，氣流會在機(jī)翼上表面嚴(yán)重分離，導(dǎo)致升力系數(shù)減小，升力下降，同時阻力急劇增大，這種現(xiàn)象稱為失速。
升力大小與哪些因素有關(guān)？
3.流體密度：升力與流體密度成正比。在其他條件相同的情況下，流體密度越大，產(chǎn)生的升力越大。例如，在高原地區(qū)，由于空氣稀薄，空氣密度比平原地區(qū)小，飛機(jī)需要更高的速度才能獲得足夠的升力起飛，這也是為什么高原機(jī)場對飛機(jī)性能和起降條件要求更為苛刻的原因之一 。
4.物體的尺寸：物體在流體中與流體接觸的面積大小影響升力。在其他條件相同時，物體與流體接觸的面積越大，受到的升力越大。例如，大型飛機(jī)的機(jī)翼面積通常比小型飛機(jī)大，以產(chǎn)生足夠的升力來承載更大的重量。
升力大小與哪些因素有關(guān)
查閱資料，比較飛機(jī)機(jī)翼與小鳥翅膀的相似之處，體會人類從生物結(jié)構(gòu)和功能中借鑒經(jīng)驗、發(fā)展科技的思想。了解航模比賽相關(guān)信息，成立航模制作小組，進(jìn)一步探索飛機(jī)模型在無動力或有動力情況下，如何飛得更高、更遠(yuǎn)。
四、拓展研究
拓展研究 飛得更高、更遠(yuǎn)
1.形狀：飛機(jī)機(jī)翼與小鳥翅膀在外形上都呈流線型，這種形狀能有效減少在空氣中運動時的阻力，確保飛行的高效性。
薄厚分布：二者都具有前緣厚、后緣薄的特點。較厚的前緣可以更好地承受氣流沖擊，為飛行提供初始的升力和穩(wěn)定性；逐漸變薄的后緣則有助于減少氣流分離，降低阻力，使氣流平穩(wěn)地流過翼面。
比較飛機(jī)機(jī)翼與小鳥翅膀的相似之處
2.控制飛行姿態(tài)：飛機(jī)通過機(jī)翼上的副翼、襟翼等部件，小鳥則通過翅膀的不同動作來改變翅膀的形狀和角度，實現(xiàn)對飛行姿態(tài)的控制。比如，飛機(jī)副翼的差動偏轉(zhuǎn)可使飛機(jī)滾轉(zhuǎn)，小鳥一側(cè)翅膀下壓、另一側(cè)上抬也能實現(xiàn)類似的滾轉(zhuǎn)動作，以改變飛行方向。
3.輔助功能：飛機(jī)機(jī)翼上的襟翼在起飛和降落階段放下，增加機(jī)翼面積和彎度，提高升力；小鳥翅膀在飛行中也可通過調(diào)整形態(tài)，如在起飛時快速扇動翅膀以獲得更大升力，降落時調(diào)整翅膀角度實現(xiàn)緩沖。
優(yōu)化設(shè)計與制作：選擇合適翼型、增大機(jī)翼面積、減輕機(jī)身重量。
選擇最佳飛行環(huán)境：選擇適宜天氣，微風(fēng)天氣最為適宜；尋找開闊場地。
掌握飛行調(diào)試技巧：調(diào)整重心位置，一般來說，重心應(yīng)位于機(jī)翼前緣往后約 1/3 翼弦長度的位置。調(diào)整機(jī)翼角度，包括機(jī)翼的上反角和安裝角。
選用合適動力系統(tǒng)：根據(jù)飛機(jī)模型的大小和重量，選擇功率匹配的動力系統(tǒng)，如電動機(jī)、發(fā)動機(jī)等。
飛機(jī)模型在無動力或有動力情況下，如何飛得更高、更遠(yuǎn)？
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