万有引力

牛顿发现的万有引力定律是17世纪自然科学最伟大的成果之一．它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响．

如图所示，任意两个物体有通过连心线方向上的力相互吸引，这种力叫万有引力，该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们中心之间距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关．万有引力的计算公式为 ， 其中F表示两个物体之间的引力，k表示万有引力常量，m₁表示物体1的质量，m₂表示物体2的质量，r表示两个物体中心之间的距离．依照国际单位制，F的单位为牛顿(N)，m₁和m₂的单位为千克(kg)，r 的单位为米(m)，常数k在数值上近似地等于 ．

物体所受地球的重力，大小几乎等于物体与地球间的万有引力．当物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体所受重力时，这种现象称为失重．当物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于物体所受重力时，这种现象称为超重．在距地球约400km轨道绕地运行的“天宫二号”的宇航员就是在“失重”状态下工作的．

⑴我们任意两个同学之间也有引力，但我们的行动却几乎没有受到影响，这是因为我们的（选填“质量”或“距离”）较小，导致引力较小．

⑵如果有一颗很小的小行星，从地球与月球之间穿过，则

A．小行星受到地球的引力一定小于小行星受到月球的引力

B．小行星受到地球的引力一定大于小行星受到月球的引力

C．小行星受到地球的引力可能小于小行星受到月球的引力

D．小行星受到地球的引力不可能等于小行星受到月球的引力

⑶宇航员在天宫二号中处于失重状态时，他与地球之间（选填“存在”或“不存在”）引力．

⑷当小明进入电梯，当电梯由静止突然下降时，小明感到脚底受力减小，这种现象属于（选填“超重”或“失重”）．

⑸我们知道质量为1kg的物体在地球表面受到的重力约为10N，如果地球半径约为6.67×10⁶m，地球质量约为 kg．

薄壳结构国家大剧院如图所示，它的整个壳体钢结构重达吨，东西向长轴跨度米，是目前世界上最大的穹顶。为什么能建起如此宏伟的建筑，它的秘密就在于其外形结构。人们发现，蛋壳、蚌壳本身是很薄的，但是这样的外形却使它们变得坚固起立。从外观看，这些薄壳结构有的像半球形，有的成拱形，有的像圆球形，有的像不规则但非常美丽的弧形。尽管它们形态各异，却有着共同的力学特征：薄壳结构在受到外力作用时，能够把力沿着整个壳体表面向四周传递，使壳体单位面积上受到的力并不大，更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。

形状记忆合金

1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般的变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。形状记忆合金是由两种及以上金属元素所构成的材料。

依据不同记忆合金材料特性，可制成记忆压缩弹簧和记忆拉伸弹簧。如图甲所示为记忆压缩弹簧，在常温时较小的外力即可使其处于压缩状态，在高温时会自动恢复到原来的伸长状态。记忆拉伸弹簧则与其不同，在常温时较小的外力可使其处于伸长状态，在高温时会自动恢复到原来的压缩状态，记忆弹簧恢复原状时所产生的弹力远比普通弹簧大。记忆效应分别有：单程记忆效应和双程记忆效应。单程记忆效应是指材料在高温下形成某种形状，在较低的温度下将其任意改变，再加热后可恢复高温时形状，而重新冷却时却不能恢复低温时的形状。双程记忆效应是指某些合金加热时恢复高温时形状，冷却时又能恢复低温时形状。

（1）下列材料合起来不可以制作形状记忆合金的是；

A．钛、镍　　B．金、镉　　C．铜、锌　　D．铁、铁

（2）对记忆拉伸弹簧来说，高温状态长度比低温状态（长/短）；

（3）如图乙是一个简易的阀门，利用形状记忆中的（记忆压缩弹簧/记忆拉伸弹簧）可以控制浴室水管的水温：在热水温度过高时通过“记忆”功能，调节或关闭水供水管道，避免烫伤；

（4）将不同类型的形状记忆效应对应的形状记忆合金的变化用图象画出来，形状单程记忆效应对应的形状记忆合金冷却后的形状，形状双程记忆效应对应的形状记忆合金冷却后的形状。

世界上最轻的固体

气凝胶是世界上密度最小的固态物质，俗称“冷冻烟雾”，最轻的气凝胶的密度仅为。由于其内部的颗粒非常小，可见光中的蓝光经过它时发生散射现象，使它看起来发蓝，因此气凝胶也被称为“蓝烟”（如图甲）。气凝胶内部多孔的结构（如图乙）使其包含有大量空气，所以有非常好的隔热效果和吸油效果，一寸厚的气凝胶的隔热能力相当于20至30块普通玻璃叠加后的隔热能力。在航天领域中，科学家给宇航服加入一层气凝胶，使它能帮助宇航员在高温环境或超低温环境中工作。

气凝胶不仅能承受高温，还非常坚固耐用，它可以承受相当于自身重力几千倍的压力。此外，气凝胶还可以制成新型可充电电池，它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、重复使用次数多等优异特性。

教室护眼灯

教室护眼灯的外观图如图甲所示，它工作时光线柔和，基本无可视频闪，也就是在相同时间内闪烁的次数比较多，人眼几乎感觉不到，且不会产生刺眼的眩光，能有效预防近视的发生。常见的眩光类型有直接眩光、反射眩光和光幕眩光，直接眩光由灯具产生，反射眩光和光幕眩光主要由高反射物体表面产生。

教室护眼灯采用双侧发光的方式，光源放在灯具的两条长边上，发出的光由两侧的导光板向中央传播，在没有导光点的导光板上，光不能从导光板表面射出，起不到照明作用。当遇到导光板底部的导光点时，改变了光线的传播方向，由导光板正面射出，如图乙所示。最后通过扩散膜、微晶防眩板均匀射出。

教室护眼灯工作时也会产生热量，研究表明护眼灯灯珠的电阻随温度的升高而减小，图丙是温度为T₁时护眼灯灯珠工作时的电流与电压的关系图像。当电路中加载一定的电压或工作电压超过某一特定值时，微小的电压变化会造成电流的急剧变化，进而导致护眼灯过度发热而损坏，因此要给护眼灯配置合理的电源进行供电。

（猜想与假设）

猜想一：可能与隔热的材料有关；

猜想二：可能与隔热材料包裹的厚度有关。

为了探究猜想一，现备有器材：三只相同的塑料杯、报纸、羊毛布料、相同的冰块若干和。

（设计与进行实验）

⑴在三只相同的塑料杯中装入相同的冰块，分别标上A、B、C；

⑵如图甲所示，用的隔热材料将A杯和B杯包裹的厚度（均选填“相同”或“不同”），C杯不包裹，并开始计时；

⑶如图乙所示，当C杯中冰块完全熔化后，再每隔5min小心地揭开一点隔热材料，观察A杯、B杯、C杯中冰块是否已经完全熔化，记录A杯、B杯中冰块完全熔化的时间t₁、t₂；

（分析与论证）若t₁≠t₂ ， 则冰块熔化的快慢与隔热的材料。

（评估与交流）

⑴本实验是通过比较冰块完全熔化的来反映冰块熔化的快慢；

⑵炎热的夏天，冰棒更容易熔化。据此你认为冰块熔化的快慢还与有关。

（拓展）要比较冰块熔化的快慢，还可以相同的时间里比较冰块熔化的多少，我们所学过的物理量中，类似于这种表示“快慢”的物理量有（写出一个）。