空氣炮探究設(shè)計(jì)

初中物理課外探究實(shí)驗(yàn)課——神奇的空氣炮劉欣（西安市西電中學(xué)陜西710077）一、教學(xué)思路通過學(xué)生日常生活中喜愛的卡通形象——哆啦A夢(mèng)引入新課，通過演示實(shí)驗(yàn)將動(dòng)畫片中的空氣炮展現(xiàn)在學(xué)生眼前，讓學(xué)生感受空氣炮的神奇威力。在創(chuàng)設(shè)出的真實(shí)情景中，引導(dǎo)學(xué)生探究影響空氣炮威力因素及其作用機(jī)理，并做出相應(yīng)的假設(shè)猜想。隨后，學(xué)生通過親自動(dòng)手制作空氣炮，利用控制變量的實(shí)驗(yàn)探究方法對(duì)這一問題進(jìn)行探究。本課程將實(shí)驗(yàn)探究與教師講授結(jié)合，讓學(xué)生掌握空氣炮作用機(jī)理同時(shí)了解其在生活中的運(yùn)用。在課堂中，學(xué)生親自動(dòng)手，實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；教師寓教于樂，科學(xué)設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。二、教學(xué)目的1.知識(shí)與技能：感受空氣炮威力，了解其作用機(jī)理，掌握波在運(yùn)動(dòng)中傳遞能量。2.方法與途徑：課上指導(dǎo)學(xué)生制作空氣炮，并通過實(shí)驗(yàn)探究影響空氣炮威力因素，課下鼓勵(lì)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)結(jié)論，制作威力更大的空氣炮。3.情感與評(píng)價(jià)：舉例說明空氣炮在實(shí)際生活中的應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)，體驗(yàn)物理之美的情感。4.現(xiàn)代教育技術(shù)：視頻演示與實(shí)驗(yàn)演示相結(jié)合，為學(xué)生營(yíng)造豐富的物理學(xué)期情境。三、教學(xué)分析：1.教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)講述空氣具有能量及其應(yīng)用。讓學(xué)生了解空氣能量的來源是沖擊波向前運(yùn)動(dòng)傳遞能量，為以后講機(jī)械波及動(dòng)能方面打下基礎(chǔ)。重點(diǎn)是“空氣炮的制作運(yùn)用”，難點(diǎn)“認(rèn)識(shí)空氣能量大小及影響其大小的因素”2.學(xué)生情況分析通過平時(shí)觀看的動(dòng)畫作品，大多數(shù)學(xué)生對(duì)空氣炮有較為直觀的認(rèn)識(shí)，但其深層原理學(xué)生并不了解，這樣便于將講授內(nèi)容與學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)結(jié)合。3.教學(xué)方式通過學(xué)生喜愛的卡通形象引入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；利用演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建物理情景，幫助學(xué)生了解物理現(xiàn)象；采用科學(xué)探究的方式，引導(dǎo)學(xué)生探究影響空氣炮威力的因素；建立理論聯(lián)系生活的觀念，拓展學(xué)生生活視野。教學(xué)準(zhǔn)備課前收集國(guó)內(nèi)外視頻，查找論文研究實(shí)驗(yàn)原理，結(jié)合學(xué)生學(xué)齡特點(diǎn)在教學(xué)中插入動(dòng)畫片斷，實(shí)驗(yàn)器材選自生活，已獲得可重復(fù)利用，降低學(xué)生動(dòng)手成本，滿足課堂要求同時(shí)，利于課下開展。五、教學(xué)過程課堂引入（5分鐘左右）視頻：播放動(dòng)畫片《哆啦A夢(mèng)》片斷（如圖1所示），主人公大雄多次使用了哆啦A夢(mèng)給他的威力巨大的武器——空氣炮。圖1師：同學(xué)們，哆啦A夢(mèng)這個(gè)角色相信大都很熟悉，它總是能從口袋里變出各種各樣神奇的寶貝幫助它的主人度過難關(guān)。那么剛才視頻中我們看到大雄拿的是什么東西??？生：哆啦A夢(mèng)空氣炮。（與學(xué)生日常生活緊密聯(lián)系，學(xué)生能輕松回答出問題）師：很好，看來同學(xué)們對(duì)這個(gè)動(dòng)畫片都很了解。那么那個(gè)同學(xué)能給大家說一說，這個(gè)空氣炮有什么作用？生：主人公在遇到危險(xiǎn)時(shí)，將空氣炮套在手臂上，它能在遠(yuǎn)距離發(fā)射出威力巨大的空氣炮彈，擊倒對(duì)方。師：這位同學(xué)描述地非常好，不知道大家心里有沒有這樣的疑惑，平時(shí)看不見摸不到的空氣，真的會(huì)有這么大威力么？是動(dòng)畫片在異想天開還是其中有我們不知道的奧妙呢？今天，老師將動(dòng)畫中的空氣炮帶到了教室里，讓我們一起去探究神奇的空氣炮。演示實(shí)驗(yàn)（10分鐘左右）從講臺(tái)下拿出準(zhǔn)備好的大型空氣炮，給同學(xué)展示。圖2圖2大型空氣炮滅蠟燭將10根燃燒的蠟燭以10厘米為間隔依次排開（如圖3所示），將大紙箱放置在蠟燭延長(zhǎng)線上，距離第一根蠟燭大約1米位置處，紙箱的圓形開口對(duì)準(zhǔn)蠟燭最高點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)開始前，請(qǐng)同學(xué)們?cè)诩埾湮恢么迪灎T，觀察吹滅的蠟燭根數(shù)。然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用力擊打紙箱，一排蠟燭應(yīng)聲熄滅。前后對(duì)比，讓學(xué)生體驗(yàn)到空氣炮產(chǎn)生的巨大威力。圖3空氣炮“吹倒”易拉罐將6個(gè)易拉罐疊落成三角形橋（如圖4所示），利用相同的紙箱對(duì)準(zhǔn)易拉罐發(fā)出空氣炮彈，紙箱與易拉罐之間的距離讓學(xué)生自定。實(shí)驗(yàn)過程中，讓距離不斷增加，觀察紙箱發(fā)出的空氣炮彈是否能夠擊倒易拉罐，不斷創(chuàng)造并打破更遠(yuǎn)紀(jì)錄，直到易拉罐不受空氣炮彈沖擊作用，記錄最遠(yuǎn)距離并請(qǐng)同學(xué)在相同距離上嘗試用吹滅易拉罐。前后對(duì)比，讓學(xué)生體驗(yàn)到空氣炮射程也十分遠(yuǎn)。圖4圖4煙霧效果讓空氣炮彈“露出真容”提出疑問，空氣炮的炮彈形狀是什么樣的？讓同學(xué)們作出假設(shè)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用發(fā)煙片往紙箱中填充煙霧，再次擊打紙箱，使空氣炮彈從前端小口發(fā)射出去，同時(shí)用慢速攝影設(shè)備記錄整個(gè)過程，反復(fù)觀察，得出空氣炮的炮彈形狀為圓環(huán)型（如圖5所示）。最后讓學(xué)生上臺(tái)親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出相同結(jié)論，并與之前假設(shè)做對(duì)比，探究炮彈形狀產(chǎn)生的原因。圖圖54.原理：當(dāng)我們擊打容器（空氣炮炮身）時(shí)，容器內(nèi)的空氣受到擠壓被瞬間壓縮，空氣就從容器前端小口發(fā)射出去。被壓縮的氣體形成膨脹沖擊波（空氣炮彈），產(chǎn)生巨大能量。實(shí)驗(yàn)中，炮彈的形狀之所以呈圓環(huán)狀，是由于從小孔出去的空氣，流動(dòng)速度的比小孔周圍的空氣快，根據(jù)伯努利定律，中間的氣體壓強(qiáng)就會(huì)比周圍的空氣小，所以周圍的空氣就會(huì)把從中間噴出來的空氣壓縮，使之保持在一個(gè)圓周里面（如圖6所示），直到空氣阻力把能量都消耗光。圖6圖6師：從剛才的演示實(shí)驗(yàn)我們可以看出，雖然外形上我們這個(gè)空氣炮和動(dòng)畫片中有區(qū)別，但是它們的原理是相同的，它們都能釋放巨大威力。那么，我們?cè)趺礃硬拍苤谱鞒鐾Ω蟮目諝馀?，空氣炮的威力與什么因素有關(guān)呢？生：我認(rèn)為空氣炮的威力應(yīng)該與炮身的大小、擊打力度并且和炮口口徑有關(guān)。師：很好，那我們一起通過實(shí)驗(yàn)方法來探究這些因素對(duì)空氣炮威力的影響。為了便于實(shí)驗(yàn)，老師教大家一種全新的空氣炮制作方法。制作環(huán)節(jié)（10分鐘左右）材料：易拉罐6個(gè)、氣球一包（厚的）、蠟燭20支（4個(gè)小組、每組5支）、透明膠4卷、剪刀8把（每組2把）、打火機(jī)、、羽毛球長(zhǎng)桶4個(gè)、短筒4個(gè)（帶桶蓋）（如圖7所示）圖圖7制作過程：1.將氣球一端系牢固，并在距頂端1/3處，用剪刀裁剪。(如圖8)圖圖82.將氣球套在羽毛球桶一端，用膠帶固定。（如圖9所示）圖圖93.將桶蓋裁出大小不一的圓孔，作為不同口徑的炮口。（如圖10所示）圖圖104.拉動(dòng)氣球并釋放，炮口就會(huì)發(fā)射出強(qiáng)勁氣流擊滅蠟燭。（如圖11）圖圖11探究實(shí)驗(yàn)（15分鐘）1.空氣炮制作好后，讓每組同學(xué)依次點(diǎn)燃配備的5根蠟燭，學(xué)生親自動(dòng)手，利用羽毛球桶空氣炮打滅蠟燭，感受空氣炮的威力。2.根據(jù)學(xué)生猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，采用控制變量的方法，探究不同條件下空氣炮威力的大小。實(shí)驗(yàn)過程中，利用力的傳感器，定量測(cè)量空氣炮產(chǎn)生力的大小，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得出結(jié)論。3.在具體實(shí)驗(yàn)中，探究擊打力度對(duì)空氣炮威力影響時(shí)，其他變量不變，通過控制氣球拉開的長(zhǎng)度來改變擊打的力度（如圖12所示）；探究炮身體積對(duì)威力影響時(shí)，其他變量不變，通過采用不同大小的羽毛球桶來改變空氣炮炮身體積；探究炮口半徑對(duì)空氣炮威力影響時(shí)，其他變量不變，通過在桶蓋裁取不同大小的小口來改變空氣炮口徑大小。實(shí)驗(yàn)過程中，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。圖圖124.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出炮身體積，擊打力度，口徑大小對(duì)空氣炮威力大小的影響。并結(jié)合分析出的結(jié)論，要求學(xué)生課下按照所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，制作威力更大的空氣炮，并開展空氣炮比賽，學(xué)以致用。5.科學(xué)聯(lián)系生活，舉例說明空氣炮在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用的。軍事上，空氣炮曾在二戰(zhàn)中被德軍用來擊落飛機(jī)。工業(yè)生產(chǎn)中，空氣炮多數(shù)用來清除管道內(nèi)的污垢，效果十分明顯。（如圖13所示）圖圖136.最后觀看日本直徑10m超大型空氣炮創(chuàng)造世界紀(jì)錄視頻，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探索的興趣。（如圖14所示）圖圖14課堂總結(jié)（5分鐘左右）1、簡(jiǎn)單回顧空氣炮的原理及影響空氣炮威力的因素。2、拓展一下空氣炮在生活中的應(yīng)用。六、教學(xué)反思1、拿出空