活动方案设计参考

    一、目的

    1、让学生通过做“向上飘动的纸条”实验，自己研究探索出其中的奥秘。培养寻找规律的能力。

    2、学习喷雾器、飞机、射流等的知识，增强在生活中寻找规律的意识。

    3、学习制作模型飞机。

    二、内容要点

    1、三个简单的小实验

    吹纸条、吹乒乓球、吹纸片。

    这3个实验都说明了一个规律：流动气体的压强小于静止气体的压强。要每个同学都亲自实验，亲自体会，要学生自己总结出规律。吹乒乓球的实验，漏斗可以使用废塑料瓶子的上端制作。

    2、喷雾器原理

    结合当地使用的喷雾器，要学生在使用当中体会喷雾器的原理。

    3、飞机的升力

    乒乓球的升力和飞机的升力，二者的原理是一样，要学生体会和理解机翼的形状为什么是那样的。

    4、阅读有关射流的介绍文字，要学生能够理解。

    5、模型的制作

    （1）利用学具制作模型飞机时首先要看清所附说明书。 “看清楚以后再作”，这是一种现代社会的公民所必须具备的一种素质。随着生活水平的提高，家用电器、家用机械设备会进入每个家庭，在使用这些东西之前都必须认真阅读说明书，才能正确、安全地使用它们。有很多严重事故的出现都是没有认真阅读说明，违反操作规程造成的，因此从小培养阅读说明的习惯是非常重要的。

    （2）这个模型的组装很简单，只要把机翼、尾翼插入机身上相应的插口中，然后再用胶或胶纸条固定好，最后利用机身上的双面胶把机头配重贴上就组装好了。但插接时一定要认真看清方向，慢慢插入，并保证左、右对称。

    6、模型的飞行

    （1）要使学生在模型的飞行中了解流线型的弧型机翼是如何产生升力的。

    （2）通过飞行，学生还可试着调整飞机的转弯和升降，由此进一步了解尾翼的不同弯曲可产生不同的升力，从而改变模型的飞行状态。这样不只懂得了飞行的操纵原理，还进一步了解了升力的产生。

    三、形式和方法

    1、本篇活页可以活动2～3次。

    2、第一次活动，可以是班级活动，以3个小实验为主，要每个学生都做一做、想一想、说一说。然后重点要学生分析喷雾器的原理，要有喷雾器的实物，要通过操作喷雾器来理解。

    3、对飞机的升力进行探索。

    4、利用配套器材制作飞机模型

    四、注意事项

    从实验里自己总结出规律，是一种能力，也是培养实践意识的一种活动。这是活动课程的特点。本篇活页资料突出了这个特点。

    有了实验的过程和感知，不一定能总结出规律。大家都进行商品交换，为什么马克思能从中找出剩余价值的规律？这就是一种能力。这种能力要从小培养。

    对规律的理解，要和规律的运用联系起来。把规律的文字背得滚瓜烂熟，对身边存在的规律却视而不见，这就是应试教育培养的书呆子。能否把吹纸条和喷雾器联系起来？这是本篇活页资料的特点，也是活动课程的特点。

    把规律和知识运用到技术操作里，是知识经济时代对人才的新要求。照猫画虎的制作是应试教育的弊端，本篇活页资料的特点是要学生在制作当中自觉地运用规律。只有理解了的东西才能深刻地感觉它，使用它，改造它。你的飞机翅膀做得好吗？为什么？

    学了知识会不会运用来理解新的信息？阅读有关射流的文字就是一种锻炼，观察图片也是一种锻炼。

知识背景材料

    一、从喷雾器到航天飞机

    握着喷雾器的气筒往里打气，被压缩的空气形成一急骤有力的气流，高速度地从喷嘴喷出去——奇怪，药瓶里的药液为什么会升上来随着气流喷出去呢？

    为了研究这个问题，我们不妨做个简单的小实验：拿一张小纸条，贴近嘴唇下边，用力向前吹气。瞧，低垂的纸条向上飘动起来了。你并没有直接去吹纸条，为什么纸条会向上飘动呢？

    原来，这是空气在流动时形成的压强的变化造成的。你吹气使纸条上面的空气流动了，纸条下边的空气却还是静止的。流动气体压强小，静止的空气压强大，下面的压强比上面的大，就把纸条给托起来了。

    类似的实验还可以做两个：

    找个小漏斗，漏斗口向下，细头含在嘴里，在漏斗口正下方托个乒乓球，向下用力吹气，马上松手，看！乒乓球不但没有落地，反而向上升高到漏斗口了；吹的劲越大，球越掉不下去。你还可以拿两张平行的纸片，使劲往中间吹气，结果是越是使劲吹，它俩越是靠近。

    这些实验说明了一个规律：流动气体的压强小，静止气体的压强大。

    喷雾器正是应用了这个原理：高速气流从喷嘴喷出，使喷嘴周围的压强变小，药瓶里静止的空气压强比喷嘴那儿的压强大，它就挤压着瓶里的液体朝着通向喷嘴的那根细管涌出来，随着气流喷射出去。

    我们再分析一下用小漏斗吹乒乓球的实验。当你用力吹气时，为什么小球反而被托起来呢？这是因为小球上边和下边气体流速不同的缘故。小球上边气体的流动速度比下边气体的流动速度要快。这就说明了流动气体的又一个规律：气体流速越快，压强越小；流速越慢，压强越大。

    飞机飞上天就应用了这个规律。飞机的翅膀——机翼，它的上面是圆拱形的，下面却是平直的。飞机起飞之前，先得在跑道上跑一段距离。飞机向前跑，空气就相对地向后移动。因为机翼的上面是圆拱形的，流过机翼上面的空气，需要绕一个弯，跑得就比机翼下面的空气快。这样，上面的空气流速快，压强小；下面的空气流速慢，压强大，于是就产生了一股把飞机向上举起的升力。飞机在跑道上越跑越快，这股升力就越来越大，终于把飞机举上了空中。正是因为普通飞机是利用这个原理升到空中的，所以它不能在空中停留，必须不断地飞行，才能保持住这股升力。

    流动气体的这个规律，同样适用于流动着的液体。气体和液体统称流体。两艘在海洋里并行的船舶，由于两船之间那段空间比较窄小，水流的速度比两船之外的水流速度大，中间的压强小于两侧的压强，在两侧压强作用之下，两船就会相撞而发生事故。这和我们在两张纸之间吹气时，两纸靠近的道理是一样的。

    1969年第一次把人送上月球的火箭和飞船，除了指令舱返回了地球之外，全部器件都丢弃了宇宙空间。这样，每发射一次就要消耗大约17500万美元。能不能坐着飞机访问月球，再安全地返回来呢？

    普通飞机是不能在没有空气的太空里航行的。必须研究出一种既能在太空航天又能在大气里航空的飞机，这就是航天飞机，它是飞船和飞机的结合。

    航天飞机要依靠强大的助推火箭获得极大的速度冲上太空，进入轨道。它完成任务以后，再入大气层，当达到12200米高度时，它的两个翅膀就开始起作用，像普通飞机那样在空气中滑翔下降，并且在常规机场上做飞机式的着陆。

    二、能自动控制的射流技术

    做实验时从嘴里用力吹出去的那口气，我们可以把它看做是一束气流。这种从喷嘴中喷出的，有一定速度的一束气体或液体，我们叫它射流。从打气筒里喷出的空气，从水枪中喷出的水流，从救火龙头中喷出的水柱等等，都是射流。

    让我们再想一想，假设射流是在固定的容器中流动，在容器壁的两边各打上一个相同的控制孔，结果会怎样呢？你看，当射流从喷嘴喷出时，它就卷吸着周围的空气一齐跑，从而使射流周围的空气减少，外面的空气就要跑进来补充。如果把容器壁两边的控制孔都堵上，或者都打开，那么，从理论上说，补充进来的空气距离一样，流速也就相同，压强因而相等，射流就直线前进。如果把上面的控制孔堵上，射流上面的空气不能直接从控制孔中跑进来，而必须绕道进来，它跑的路程长，速度就快，速度快，压强就小；射流下面的空气，可以从控制孔里直接补充进去，它跑的路程短，速度就慢，速度慢，压强就大，这样，就在射流的上方形成一个低压区，射流就会向上射，附在容器的上壁上。

    同样的道理，如果把上面的控制孔打开，把下面的控制口堵上，使射流两侧补充进来的空气流速发生相反的变化，就会在下方形成一个低压区，射流就会改变方向往下射，附在下壁上。

    这样我们就懂得了：射流两边的空气由于流速改变而造成压强改变，射流的方向也就随着改变，使射流附在低压区的壁上。射流总是要附在低压区壁上的这种现象，科学上叫做附壁效应。

    利用这个原理，工业上已经发展了一门新技术——射流技术，用来实现自动控制。

    比如说，要把一种有毒的农药装进一只一只的桶里，就可以利用射流的附壁效应，装置上一种简单的射流元件，用它来实现自动控制向桶里装药。这种装置的简单的工作原理，就像图1上所表示的那样：装药液时，由于乙控制管道的压强比甲控制管道的压强稍小一些，所以药液就会由于附壁效应而先顺着乙输出管道流向甲桶。可是，当药液装到甲桶的控制液面时，液体堵死了甲控制管，这时，乙控制管的压强增大，射流就会自动改变方向，沿着甲输出管道改灌乙桶。既快又准确，不保证了工人师傅的健康。利用射流原理，可以制成各式各样的射流元件，实现生产自动化。像自动控制水塔水位，自动控制水泵灌溉农田，自动控制机床等等。

    利用射流技术实现生产自动化有很多优点。射流元件制作方法简单，有时手工加工就能制作，比较容易推广普及。射流元件本身不运转，也就不会磨损，使用寿命长。射流元件可以选用各种材料制作，如钢板、铝板、铁板、有机玻璃、塑料、不锈钢、光敏玻璃等。选择好适当的材料，射流元件就可以不怕高温高压，不怕震动腐蚀，不怕电磁干扰。许多不适宜装电子元件的地方，应用射流技术实现自动化是很理想的。所以，现在射流技术在石油化工厂、轻工业工厂、发电厂以及火车、舰船、导弹、人造卫星上得到了广泛的应用。

    不过，事物都是一分为二的。由于射流技术要靠高速气流或液流来实现，它的运动速度就比不上电子；射流元件要用管道连接起来，也就不能像电子那样实现遥控。所以，如果把射流技术和电子技术结合起来，实现自动化，那就更理想了。

图1 利用射流自动控制装药液的简单原理

    三、第四代战斗机

    第二次世界大战以后，战斗机发展了4代。60年代初是第一代战斗机，主要技术特征是亚跨音速。第二代战斗机是60年代初至80年代初用于大量装备部队，主要特征是超音速，开始配备空对空导弹。80年代初，第三代战斗机用于大量装备部队，特点是开始采用中距拦截导弹、近距离格斗导弹，装备了全向、全高度、全天候火力控制系统。第四代战斗机是90年代以后装备部队的，具有目标定位、攻击技术、隐身技术、短距离起落技术、防生化和防原子技术，有超音速巡航能力和较大的航程。第五代战斗机（A－12是其中之一）正在研制中，它采用结合式机翼等新观念，和当代战斗机大不相同。

    四、21世纪的大型飞机

    在英格兰法思巴勒参观两年一次航空展的各国航空航天界人士认为，解决未来空中交通拥挤的途径，是建造大型和超大型飞机。

    从事航空咨询的高级分析家克里斯·帕特里奇说：“我们目前的飞机和技术已达到一种高稳定状态。有许多方面可以做进一步的改进，但不会出现像波音747飞机那样大的飞跃。”

    航空旅行近期内不会发生革命性变化，但是也许在10年之后，新式超音速客机将取代最多载250人的协和式，到那时候最大的亚音速飞机将能承载约1000人。

    伦敦帝国学院航空航天结构学教授格林·戴维斯说：“我们将于下个世纪初看到的一种新的超音速运输工具。协和式飞机的效率太低，它使用的是旧式军用发动机。新式超音速飞机的载重量将是协和式的两倍，而且不会出现像协和式那样震耳欲聋的声震。”

    新材料的使用和新的设计开发几乎能消除声震问题。正是声震问题大大限制了协和式的使用，使它仅限于飞行几条跨越海洋的航线。戴维斯说，新式超音速飞机的研制费用极高，将由美国、日本和欧洲分担。

    令人向往的战斗机飞行员有被解雇的危险。他们的职业同千百万其他人一样，受到来自计算机的威胁。戴维斯说：“军用飞机飞行员目前已受到威胁。”装有计算机的战斗机可以在没有飞行员操纵的情况下飞得更好。如果取消飞行员，可以把战斗机的重量减少一半，使它能做人体无法承受的许多事。……下个世纪，人们可派遣它到1.9万公里以外执行任务。

    这就是下个世纪可能出现的情况，但是飞机制造厂家目前有许多问题要解决。在空中挤满了飞机，机场的吞吐能力达到极限的时候，如何使航空业持续发展呢？使用大型飞机和由计算机实行空中交通管理，据认为是解决办法。

    波音公司可能宣布制造550座的747－600X型客机的计划，欧洲空中客车工业公司也准备启动它的550座双层舱A3XX客机计划。目前使用的最大客机是能够乘坐420人的波音747－400型。

    戴维斯说：“人们在谈论制造能承载1000人的飞机，但是存在下面这个难题：它必须得用现有的跑道，必须在现有的跑道的长度和宽度上起飞和降落。”

    看上去像是带有短粗机翼的巨型驳船地屏效应飞行器也将投入开发。这种飞行器是前苏联于60年代研制的，用于把数千人的突击队越过海洋、平坦地带和沙漠，运送到执行任务的地点。美国间谍飞机发现这种飞行器以后，美国情报部门称其为“里海海怪”。五角大楼无法判断它是属于某种宽体喷气飞机或是船只。

    它的机翼在飞行器下方压缩空气，喷气发动机推动它在离地面约3米的高度行进。《简氏防务周刊》的保罗·比弗说：“美国仍然在研究地屏效应飞行器的潜在能力，据说正在爱尔兰建一家工厂承担此项研究任务。”

    比弗说：“这种飞行器可以越过大西洋，快速运送大量货物或者载人巡航，但初始阶段的航行距离较短。它可能成为飞越大西洋的宽体喷气飞机的竞争对手。”

    五、模型飞机“巨嘴鸟教练机”的制作与比赛

    1、模型的构造

    （1）机翼 由泡沫材料被模压成特殊的机翼流线型剖面，在空气中运动时可产生空气动力升力，克服飞机的重力，使飞机飞行。

    （2）水平尾翼 由泡沫材料板材制成，在飞机飞行时保持俯仰稳定。

    （3）机身 由泡沫材料板材制成，起连接飞机各部的作用。在真的大飞机上，机身还有载人、装货，安装设备或发动机等很多用途。

    （4）垂直尾翼 由泡沫材料板材制成，连接在机身后部。在飞机飞行时，保持方向稳定。

    （5）机头配重 由柔性材料制成，粘在机身前端。它能调整飞机的重心位置，也能使飞机在撞击时，减缓冲击力。

    2、模型的组装

    （1）先把机翼

    ①从侧面插入机身的槽内。插机翼时要注意较厚的一面朝前，较薄的朝后。一直插到机翼的中部，使机身两侧的机翼一样长。

    （2）水平尾翼

    ②的插法与机翼机同。

    （3）先把机头上胶纸的外层剥下来，然后把机头配重的两边张开，插入机头后再压紧，粘好。

    3、模型的试飞

    （1）试飞时用手拿住机身中部，迎风把模型举起，使机身呈水平状态，机头略向下倾，轻轻向前扔击，并观察它的飞行状态。

    （2）如果模型先抬头向上，然后下冲，可能是“头轻”，可把水平尾翼后缘略向下弯。

    （3）如模型出手后一直下冲，就是“头重”我们可把水平尾翼后缘略向上翅起来调整。

    （4）如果模型向左转，可把垂直尾翼后缘右弯。

    （5）如果模型向右转，可把垂直尾翼后缘左弯。

    （6）利用以上方法反复手投试飞，反复调整，直到模型能正常飞行为止，我们就掌握了这架模型飞机飞行的一般规律。利用这些规律我们就可以控制这个模型向左转，向右转，向上飞，向下飞，甚至翻个筋斗了！

    4、模型的比赛

    利用这个模型，可以组织各种比赛，例如：

    （1）飞行距离赛 从同一点起飞，看谁飞得最远（最出起点到落点的直线距离，每10cm计一分，以分数高低排名次。）

    （2）飞行接力赛

    A、个人赛：每人飞三次，第一次从共同起点开始，第二次从第一次的落点开始，第三次从第二次的落点开始，最后测量第一次起点和第三次落点之间的直线距离，每10cm计一分，以分数高低排名次。

    B、小组赛：每组3人，每次飞行由一人完成，其他同上。

    （3）飞行时间赛 从飞机出手开始计时，到飞机落地停止计时，每秒计一分，以分数高低排名次。

    （4）可比赛的方法还很多，大家可在实践中创造。