第八章 压强 跨学科实践：研究航天服 课件 -2025-2026学年沪粤版物理八年级下册

该初中物理课件以“研究航天服”为跨学科实践主题，围绕压强等物理观念，结合2024年中国登月航天服视频导入，通过航天服用途分类、功能需求、设计限制及结构探秘的脉络，构建从实际问题到物理原理的学习支架。 其亮点在于融合最新航天案例，以太空环境对航天服的影响为探究主线，培养学生物理观念（如气压与沸点关系）和科学态度与责任（关注国家科技），随堂检测结合真实情境题与开放性设计题，助力教师提升教学吸引力，促进学生用物理知识解决实际问题的能力。

null太激动了，月球人国潮穿搭隆重发布，中国航天用一分钟的短片首次公开了中国登月服。先不说这个视频做的就非常高大上，关键是这个登月服的外形展示的非常详细。废话少说，本期节目跟大家一帧一帧的欣赏中国登月服的技术细节，并聊聊宇航服的发展史。首先是整体外形，白色防辐射外层可以反射掉大多数太阳光，配上几道红色线条，在灰不拉几的月球表面更加醒目。注意看国旗臂章，这里有一个外壳罩在了手臂外面，说明这是一种刚柔混合的设计。马斯克的最新宇航服设计里就有采用这种设计。身体部分是刚性的骨架，四肢和关节部分是性材料，保证航天服的强度，同时又保证灵活性。登月服的手套分为里外两层，手指和掌心都有增加摩擦阻力的切片，让航天员更加方便的抓握东西，最小抓握直径估计在5毫米左右。我们的航天员有可能要去到月球南极的阴影区去寻找水资源，所以手套还要抵抗数百度的温度变化。因为月亮表面晒到太阳的部分温度可能有150度，而阴影部分可能就零下100度了。接下来就是一个核心设备，叫做多功能集成控制台，就放在航天员的胸口的位置，一低头就能看见。这个装置有三个特点，一是按钮开关都设计的很大，方便航天员戴着手套操作，不容易误触。就是你仔细看上面的汉字，可以看到计算机通信机等字样，而且都有主副两个信号灯，这说明什么？说明这些关键的系统登月服都有两套备份，主计算机故障的可以立刻切换到副计算机，尽可能保证安全。三是集成度很高。它的侧面还有消音副泵两个按钮，还有其他的开关，写着快慢等等字样，这些用来控制生命背包里的空气循环、温度、湿度的按钮，简单操作就可以完成绝大部分功能控制，把控制装置放在胸口也是经过充分考虑的。相对来说，这里是最安全的，不容易受到磕碰。2030年中国航天员登月，到时候大家能不能看到现场直播呢？这里可以预测一下，不仅可以直播，甚至还有航天员的第一视角。注意看头盔面罩的两侧各有一个小圆孔，一个是长焦摄像机可以拍摄远景，一个是短焦摄像机专门拍摄近景。这暗示着登月航天服应该有类似wifi的通信模块，可以连接登月仓、登月舱，又连接鹊桥二号以及未来的月球导航通信星座，实现与地球的24小时联网通信。还有一个非常关键的装置就是全景光学面罩，对比现在中国空间站上面的飞天二代航天服，你会发现他们是比较相似的登月服，面罩的尺寸似乎还要大一些。以飞天二代的面罩为例子，它实际上有四层，中间两层是压力面罩，中间充满氮气，可以防止隔热起物。最外层是镀了一层纯黄金镀膜，对太阳光的反射率很高，防止眩光，所以看起来是金色的。这个最外层面罩是可以拉上去和放下来的，而且是一个可拆卸的结构，如果划伤受损了是可以直接更换的。登月服的面罩估计也是在飞天二代航天服的基础上发展而来，可能针对月球表面多尘埃的环境做了进一步优化，抗磨损和抗击打能力更好。然后航天员翟志刚和王亚平就出场了。其实这里透露了两个信息，一是这套登月航天服可以适配男女不同的身材，1米6到1米八估计都可以穿着，二是我国登月航天员很可能能会有女性，但是我看不少评论说登月人选是不是已经确定了，暗示王亚平肯定会登月，我觉得这里可能过度解读了。之所以让他俩来作为登月服的模特，是有特殊含义的，因为翟志刚是我国第一位太空行走的男航天员，而王亚平是我国第一位太空行走的女性航天员。飞天二代航天服重量大约大概是一百多公斤，登月服采用了更多的新材料，重量肯定会减轻，但是很有可能也在80公斤以上。但是月球表面的重力加速度是地球的6分之1，所以不会很沉，最重要的就是登月服的灵活性展示了。你看航天员可以做出亚洲蹲的动作，这个动作可非常不简单。我们来看侧面的细节，腿脚弯曲的时候，大腿的部分明显是有一个旋转的这就是开头说的刚柔混合结构。还是拿飞天二代航天服举例子，手臂部分就有三个轴承，互相有一定的夹角，把肘关节的弯曲分解为轴的转动，就可以达到至少60度的活动范围。而登月服更注重下肢的活动，也采用了类似的轴承结构，活动范围就非常大，能够做出亚洲蹲、半蹲、单膝下跪等等复杂动作。其实这里可以联想到F35B垂直起降战斗机的发动机，就是通过三个轴套旋转实现尾喷管的90度方向变化。还有NASA研制的重返月球的新一代登月服，也采用了刚柔混合结构，甚至连腰部都有个轴承实现身体的扭动。但是NASA这种设计也有代价，那就是穿脱会更麻烦。因为背部的开口要给腰部的轴承让位置开口就会相对小一点。而我国登月航天服的穿脱方式，所以说视频里没有展示，但是参考飞天二代航天服，打开背部的生命外包，人钻进去再关上背包，五分钟就可以完成穿戴和出场准备，非常的迅速。最后还有一个细节，那就是爬楼梯的时候可以看出脚上是有一个套鞋的那估计跟阿波罗登月的宇航服类似，在月球表面活动的时候都要穿上防尘安的鞋套，那不知道我们的鞋套底部花纹会是什么款式？弹出中国人在月球上的第一个脚印。中国航天现在面向社会征集这套登月航天服的名字，这可是太阳系里技术含量最高的衣服了。大家觉得应该叫什么名字比较好呢？可以发挥一下各位的聪明才智，期待大家的答案。下面我们回顾一下宇航服的发展史，回顾人类航天史。自1961年苏联宇航员加加林首次踏入太空以来，航天服技术已历经六十余载飞跃式发展，从最初的简单带长服逐步演进为功能强大的舱内航天服、舱外航天服，直至如今的登月服，其设计愈发精致，功能也日益完善，它也是地球上最贵的一件服装。下面我们聊聊人类航天服发展的历史。航天服主要分为两大类，舱内航天服和舱外航天服。在载人航天器发射升空及重返大气层的关键阶段，舱内航天服是航天员的必备装备，它能有效抵御突如其来的压力变化，确保航天员安全无疑。而当航天员进行舱外活动时，如太空行走或月球漫步，他们航天服则承担起更为艰巨的任务。它不仅需独立供应航天员所需的氧气，维持适宜的气压环境，还要抵御微流星体等太空威胁，全方位保护航天员的生命安全。提及航天服的起源，不得不提1961年加加林的历史性壮举。他身着SK一汤尼航天服，标志着人类历史上首款专用服装的诞生。在此之前，众多航空航天先驱已尝试设计各种特种服装，以应对高空环境的极端挑战。随着时间的推移，航天服的设计在追求功能性的同时，也逐渐融入了时尚元素。纵观航天服的发展历程，其进化之路可划分为14个重要阶段。早在1918年，人类便迈出了探索的第一步，美国人弗雷德桑普森设计并申请了首款压力服的专利，旨在为飞行员和登山者在高海拔地区提供氧气支持。这些早期的压力氟多采用弹性材料制成，与现代航天服在气密性、头盔设计等方面有着诸多相似之处。而到了1935年，西班牙工程师艾米迪奥艾雷拉利纳雷斯设计的平流层压力服更是具有里程碑意义，它被视为现代航天服的前身，能够有效抵御太阳辐射和极端压力，为后续的航天服设计奠定了坚实基础。这款装备不仅能有效抵御极端温度变化，还内置了可持续供氧长达2小时的系统。这款穿戴者在极端环境下的生存需求压力服主体匠心独运，采用羊毛橡胶与钢板加固的帆布三层复合结构，外层特别刷上银色涂层，有效反射太阳光，防止内部温度过高，保障穿戴者的舒适度。1943年的创新番茄如成服，美国科技公司推出了XH5高空代偿服，其独特之处在于手肘与膝关节的弯曲，设计灵感源自番茄天蛾幼虫，因此得名番茄蠕虫服。该服装备有透明塑料材质的鱼缸型头盔，身体部分则巧妙结合内层橡胶与外层棉质物，膝部、臀部和肘部设计为可拆卸式，极大提升了穿戴者的活动自由度。有趣的是，其设计原型竟源自压力潜水服，揭示了太空探索与深海探索之间的奇妙联系。1957年的里程碑力顿mark 1。同年，利顿工业公司推出了美国空军mark一型舱外及月表活动防护服。这款防护服采用先进的硬壳设计理念，并在1958至1959年间，在模拟160公里高空环境中完成了超过600小时的严格测试。利顿mark一以其独特的结构设计，允许穿戴者实现近乎全方位的身体运动，其设计理念经过多次迭代升级后，最终获得NASA的高度认可，为后续的航天服发展奠定了坚实基础。1961年的太空首秀sk一舱内航天服，苏联宇航员加加林身着的就是这套航天服，标志着人类首次真正进入太空。鉴于东方号载人飞船缺乏软着陆系统，航天员需在8000米高空跳伞降落，S杠1因此采用了醒目的橙色外观及增强的外层防护，为航天员在超高空跳伞过程中提供必要的气压、氧气等生命支持。同年，美国也不甘落后，推出了其首套航天服水星服。该服由海军高空喷气式飞机压力服改良而来，专为水星载人航天计划量身打造。水星服内层的橡胶涂层提供了卓越的贴身保护，确保了航天员在太空任务中的安全与舒适。镀铝尼龙布精心塑形，结构设计简约，材质柔软亲肤，确保了穿戴时的相对舒适度。这一设计理念与苏联的S杠1航天服不谋而合，特别是在腰部均配备了供氧机构，通过外接设备实现航天服的增压供氧功能。1965年是航天服发展的里程碑，精英舱外航天服问世。苏联宇航员阿里克谢利昂诺夫身着精英舱外航天服，勇敢的打开了上升二号飞船的舱门，完成了人类历史上的首次太空行走。这款航天服由SK一改进而来，总重量控制在41公斤，能够独立为宇航员提供长达45分钟的生命支持，标志着人类太空探索的新篇章。 沪粤版 八年级 物理（下） 第8章 压强 跨学科实践 研究航天服 1 导入新课 2024年9月28日，中国载人航天办公室首次公开中国登月航天服外观。 点击播放视频 2 登月航天服与空间站出舱任务使用的舱外航天服比较类似，都是为了保障航天员脱离密封加压航天器后安全活动。 舱外航天服 登月航天服 登月航天服必须将内部气压稳定地维持在0.3～0.4兆帕，既要确保航天员的生理安全和活动便利，又要防止自身在近似真空环境中过度膨胀。在太空中和月球表面，登月航天服的面料必须具备较好的隔热性能。 登月航天服需要进一步提升人机工效性能：登月航天服的头盔配备了全景式可升降防眩光面窗，对异常光线具有极高的反射率；航天头盔两侧可以配置不同焦距的摄像机，便于摄录视频。登月航天服的面料在一定程度 上抑制月尘沾染，以 便降低部件磨损和航 天员吸入月尘的风险。 登月航天服的“背包”，也就是环控生保系统。该系统负责及时处置过量的二氧化碳，供氧通风，调节登月航天服内部温度，尽力维护航天员身体健康。 你对登月航天服还有哪些感兴趣的地方？ 探究新知 活动一 探寻航天服要满足怎样的功能？ 从航天员的活动轨迹出发，在航天器发射、进入太空后出舱活动、从太空返回这3个过程均需要航天服，但由于所处环境不同，对航天服的要求又有差异。按照航天服的用途，可以将其分为舱内航天服和舱外航天服。舱外航天服比舱内航天服要更为复杂和精细。 航天员出舱活动时，若直接暴露 在太空环境中，会面临失重、缺氧、 巨大温差和强辐射4种危险，以及微重 力、空间垃圾等诸多影响。因此，航天员进行太空漫步时必须穿舱外航天服。 舱外航天服相当于一个小型载人航天器，能把航天员的身体与太空恶劣环境隔离开，并向航天员提供一个相当于地面的环境，同时提供氧气、正常气压、排放二氧化碳等维持生命所需的各种条件。 舱外航天服除了具有舱内航天服所有的功能外，还增加了防辐射、隔热、防微陨石、防紫外线等功能，并在服装内增加了液冷系统。 活动二 明确航天服设计的客观限制条件 航天服的功能与太空环境有什么关系呢？太空环境如何影响舱外航天服的设计呢？ 太空环境具有零重力、微重力、高真空、强辐射、巨大温差等特征，航天服作为航天员在太空中的最后一道防线，应当满足太空恶劣环境的需求，在人体周围创造与地面相似的生活环境和条件。 活动三 航天服完整结构探秘 在了解航天服的局部功能后，那么完整的航天服都包括哪些模块、具备怎样的结构呢？ 航天服主要由服装、头盔、手套和航天靴等组成。从服装内压上看，有低压航天服和高压航天服之分；从结构上看，可分为软式、硬式和软硬结合航天服。 无论哪种航天服都由多层组成，但要求各层的质量要高、要轻、不能过厚，以避免影响航天员的行动。 点击图片播放视频 随堂检测 1．宇航服中需要充有一定气压，以下说法正确的是(　 　) A．防止气压过低，人体内液体沸点过低 B．防止气压过低，人体内液体凝固点过低 C．防止气压过高，人体内液体沸点过低 D．防止气压过高，人体内液体凝固点过低 A 2．2024年7月3日，神舟十八号航天员叶光富、李聪和李广苏三位航天员圆满完成了他们的第二次出舱活动。宇航员出舱活动要穿舱外宇航服的目的是(　 　) ①保持宇航员体温　 ②阻挡强而有害的辐射 ③保证人体所需的大气压　 ④提供氧气及抽去二氧化碳 A．①②③④ B．②③④ C．①②③ D．①②④ A 3．阅读材料，回答下列问题。 2024年10月30日，圆梦天宫，英雄凯旋，在太空“出差”192天的“80后”中国航天员三人组平安返回地球。随着我国航天事业的不断发展，让普通人进入太空旅行的计划正在逐步实施，未来，会有更多的人实现上九天揽月的飞天梦。 太空中没有空气，人若暴露在太空中无法获得氧气，这种状态下10 s就会失去意识；太空中没有作用于身体的大气压，体液就会快速沸腾，从而使身体组织膨胀，体温降低而冻结；太空中处于真空状态，阳光直射下温度可高达120 ℃，而在阴影处温度则会骤降至－150 ℃；太空中还有速度极快的微小陨石，人体一旦碰到将造成极大伤害。 为实现太空旅行，人们不断研发各类航天服，每一批新型航天服的诞生都是人类技术的又一次巨大飞跃。可以想象，未来的航天服将是个人太空旅行的宇宙飞船。 (1)太空中没有作用于人体的大气压，体液就会快速______，其原因是_______________________。 (2)沙克尔顿环形山位于月球南极，在山的边缘阴影区永无日照，保持着太阳系最低温的记录，请你推测这个最低温可能是_______℃。 沸腾 气压越低，沸点也就越低 －150 (3)假如，你穿着自己设计制作的航天服，在星空中遨游，在月球上漫步。你的航天服应具备哪些功能？______________________________________________________________(至少两点，答案合理即可)。 能供氧，保证航天员有氧呼吸；能抗辐射；具有隔热性能等 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $