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12　认识飞行器
人类的许多创造灵感来自大自然。在制造飞行器的过程中，人们也受到了生物的启发。你知道飞机的雷达是模仿哪种动物开发的吗？
答案：模仿蝙蝠开发的。
科学实践
拓展与应用
达标训练
一、各种各样的飞行器
1．为了飞向天空，人们发明了哪些飞行器？
(1)畅想阶段。
自古以来，行走于地面的人类一直向往着在天空翱翔。古代人类在艰难的生活和生产中，只能寄托于神话般的幻想。所以就有了“嫦娥奔月”“蜡制羽翼”“飞车”“飞毯”等神话传说 。可以说人类征服天空的历史是从神话故事开始的。
(2)模型阶段。
风筝(鸟类模型)——依靠天然的风力，借自然空气动力原理飞行的飞行器
孔明灯——依靠空气浮力上升
(3)冒险阶段。
1783年，法国蒙哥尔费兄弟成功制成了可以载人的热气球。同年，罗奇埃乘坐这个热气球在凡尔赛宫上空飞行了25分钟，人类真正开始了“空中时代”。
1849年，空气动力学之父英国乔治凯利制造了一个三翼滑翔机，并让一个10岁小孩坐着它从山顶滑下，实现了人类历史上第一次载人滑翔系留牵引飞行。
1893年，德国工程师奥托·李林塔尔发明了自带动力滑翔机。
1893年，德国工程师奥托·李林塔尔发明了自带动力滑翔机。
1900年，弗朗西斯·波多特制作了自行车飞行器。
蒙哥尔费兄弟发明的热气球
奥托·李林塔尔发明的滑翔机
弗朗西斯·波多特制作的自行车飞行器
(4)稳定飞行阶段。
1903年12月17日，莱特兄弟研制出的第一架飞机“飞行者1号” 在美国北卡罗莱纳州试飞成功。莱特兄弟首创了让固定翼飞机能受控飞行的飞行控制系统，从而为飞机的实用化奠定了基础。
莱特兄弟研制出的第一架动力飞机
翱翔在云天中的现代民航飞机
2．为了飞离地球，人们又发明了哪些飞行器？
冲向太空的运载火箭
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星成功发射
兼具运载火箭、航天器和飞行特征的航天飞机
(1)火箭是靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力向前推进的飞行器，它不依赖外界工质产生推力，可以在稠密大气层内，也可以在稠密大气层外飞行。火箭是实现航天飞行的运载工具。火箭按用途分为探空火箭和运载火箭。
(2)人造卫星是环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动，但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响，实际运动情况非常复杂。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。
人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。人造卫星可分为三大类：科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究某星球的大气、辐射带、磁层、宇宙线、太阳辐射等，并可以观测其他星体，世界上大多数的人造卫星为人造地球卫星，另外有人造火星卫星等。
(3)航天飞机是一种往返于近地轨道和地面间的、可重复使用的运载工具。它既能像运载火箭那样垂直起飞，又能像飞机那样在返回大气层后在机场着陆。航天飞机通常由轨道器、外贮箱和固体助推器组成。
(4)空间站又称太空站、航天站，是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单模块空间站和多模块空间站两种。单模块空间站可由航天运载器一次发射入轨，多模块空间站则由航天运载器分批将各模块送入轨道，在太空中将各模块组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施，空间站不具备返回地球的能力。
3．观察不同的飞行器，了解它们是利用什么动力飞上天的。
孔明灯、风筝、热气球、飞机等——依靠空气的浮力和升力飞上天。
人造卫星、宇宙飞船等——靠火箭的推力、引力飞上天。
火箭——依靠燃料燃烧产生的反冲力飞上天。
二、了解飞行器中的仿生学
1．人类的许多创造灵感来自大自然。搜集资料，调查在制造飞行器的过程中，哪些发明受到了生物的启发。
(1)飞机整体形状和鸟的身体外形。
人类最初对飞行的认识来自鸟。首先飞机的整体形态和小鸟的身体形状十分相似。从小小的头部，到展开的翅膀，到最后的分开的尾部形态，都基本一样。
(2)海鸟与机头的探测器。
机头探测器的设计灵感来自海鸟。海鸟可以通过喙部察觉出空气中的阵风荷载量，并通过调节翅膀的形状抑制升力。运用此原理，新型的空中客机通过安装在机头的探测器可以检测风力并利用其可移动的机翼表面提高飞行效率。这个设计还可以进一步节能减排。
(3)机身形状和鸟的身体外形。
机身的形状模仿的是鸟类纺锤形(或流线型)身体外形。19世纪初，英国科学家凯利模仿山鹬的纺锤形，找到阻力小的流线型结构，这对航空技术的诞生起到了促进作用。
(4)鸟类和机翼翼型。
飞机机翼的设计正是受到鸟翼形状的启发。
机翼翼尖处有一个小翼的设计灵感来源于老鹰等大型鸟类。人们通过长期观察自然界大型鸟类，比如鹰和隼，发现它们在飞行中展开翅膀向上偏折翅尖羽毛以减小阻力，从而实现远距离滑翔。受此启发，设计师发明了翼尖小翼，并将其安装在运输飞机上，以减小飞机的阻力。
翼尖带有小翼的飞机的飞行能力要强一些，但是也不是所有飞机都是带有小翼的。
(5)蝙蝠与雷达。
蝙蝠是在夜间活动的动物，它在飞行时不靠眼睛，而是靠耳朵避开障碍物。原理是蝙蝠在飞行中不断地发出超声波，超声波碰到障碍物时会反射回来，蝙蝠的耳朵接收到信号就能确定方位。科学家就是模仿蝙蝠探路的方法，发明了可以确定方位的雷达。驾驶员从雷达的荧光屏上，能够看清楚前方有没有障碍物，所以飞机在夜里飞行也十分安全。
生物的神奇本领与生物系统的结构密切相关。生物系统结构的奇妙程度远远超过迄今为止的许多人造机器。因此，研究生物系统的结构，模拟生物的本领，已经成为工程科学发展进步的重要途径。通过研究生物系统的结构、功能等来改进工程技术系统，就是仿生学。
2．仿生学的知识对于我们设计和制作一种飞行器有什么启发？
(1)做好飞行器，首先要观察和研究鸟类或昆虫等飞行动物的特点，可以从中获取更多灵感。
(2)制作飞行器的材料应该选用材质轻的，易于飞行。
(3)设计和制作的飞行器要具备飞行动力。
(4)可以设计带有平衡棒的飞行器使飞行状态更平稳。
飞行器是怎样飞上天的
飞行器是能够在空中飞行的器械或装置，包括航空器、航天器、火箭等。
1．航空器
能够在地球大气层中飞行的飞行器称为航空器，如热气球、飞机等。它们主要是依靠空气的浮力或空气相对运动产生的升力而升空飞行的。
飞机机翼受到上下气流的压力差而产生升力
热气球——依靠空气浮力上升
2．航天器
能够在地球附近空间或太阳系空间飞行的飞行器称为航天器，如人造地球卫星、宇宙飞船、空间站等。它们在运载火箭的推动下获得必要的速度进入太空，然后在引力作用下完成轨道运动。目前，能够在太阳系外空间飞行的飞行器正处于探索阶段。
空间站
人造地球卫星
3．火箭
火箭可以在地球大气层内外飞行，它们的动力来自火箭尾部喷射高速气流而产生的反冲力。
一、选择题。
1．19世纪末，奥托·李林塔尔发明了(　　)。
A．热气球 B．滑翔机
C．自行车飞行器 D．动力飞机
B
2．人造卫星和宇宙飞船都是靠(　　)送上太空的。
A．宇宙飞船 B．自身动力
C．飞机 D．运载火箭
3．火箭是靠(　　)运行的。
A．反冲力 B．弹力
C．重力 D．空气浮力
D
A
4．下列属于航天器的是(　　)。

A．热气球 B．民航飞机
　
C．直升机 D．空间站
D
二、填空题。
1．飞行器是人类飞离_________、飞向_________的重要工具。
2．飞机机翼的设计受到________形状的启发，机身的形状也很像______的流线型身体外形。
3．通过研究生物系统的_________、_________等来改进工程技术系统，就是仿生学。
4．1903年，_____________研制出的第一架动力飞机试飞成功，从而为飞机的实用化奠定了基础。
地面
太空
鸟翼
鸟
结构
功能
莱特兄弟
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