创新实验设计方案──气体压强与流速的关系

　　一、实验名称

 

　　气体压强与流速的关系。

 

　　二、实验目的

 

　　1．认识什么是流体，通过探究、观察，了解气体的压强与流速的关系，培养动手能力和环保意识。

 

　　2．了解飞机的升力是怎样产生的，初步领略气体压强差异所产生现象的奥妙，获得对科学的热爱、亲近感。

 

　　3．能用气体压强与流速的关系简单解释生活中的一些现象，激发对物理的兴趣，增强安全意识。

 

　　三、实验器材

 

　　课本、作业本、用饮（塑）料瓶自制的“漏斗”、水杯、水槽；用纸（盒）做成的纸条、纸片、纸环、纸锥、纸筒、小船、风车、房屋、机翼模型；用小竹杆或旧笔筒加工成的喷雾器、吹气管、吸水管；用胶管做成的连通器、“吹油管”；乒乓球、学生卡或其他卡（片）、硬币或钮扣、飞机模型、刻度尺、纸剪、钉子或锥子、细线、旧布或棉团、胶水、清水、红墨水。

 

　　四、实验操作步骤

 

　　1．吹硬币（钮扣或瓶盖）。把硬币（钮扣或瓶盖）平放在桌面上，在其前面合适的位置放上课本和作业本及纸条或笔筒作为障碍，然后向硬币（钮扣或瓶盖）上方水平向前吹气，观察现象并记录。（图1）

 

 

　　2．吹纸（条、片、环、椎、筒、卡）或书本。A、在一张纸（条、片、环、椎）或书本的上方吹气，观察现象（图2）；B、向两张纸（卡）或纸筒的中间吹气，观察两张纸（卡）的运动或纸筒的形变情况（图3）。C、正对书、本用手翻的那个侧面吹气，观察书、本被翻动的情况（图4－0）。

 

 

 

　　3．吹乒乓球。A．在桌子上放一个乒乓球，把自制的“漏斗”倒置于乒乓球的上方，从漏斗口向下用力吹气，观察现象（图4－1），然后将其横置和向上放置（图4－2、4－3），比较这些状态下吹气时的情况；B．换用侧边有孔的“漏斗”重复做图4－1、4－2、4－3的实验，观察球的运动情况；C．将球置于平放在桌面的“斗”较长的“漏斗”中，分别从两端向球吹气，观察球的运动情况（图4－4）；D．将两个乒乓球放在水平桌上或用线拴好挂于笔杆上，向两个球中间用力吹气，观察现象（图4－5）；E．将乒乓球放于杯中，向杯口水平方向或竖直向下吹气，观察球的运动情况（图4－6）；F．将乒乓球靠在墙壁上或斜坡上，向球的前方吹气，观察球的运动情况（图4－7）；G．将拴好的乒乓球挂在空中，然后向球的上方吹气，最后松开线，观察球的运动情况（图4－8）；H．用笔筒向乒乓球吹气，观察笔筒下的球能不能被吸住（图4－9）；I．将乒乓球放在水平桌面上，在其后竖放或斜放一块纸板，然后对着球吹气，观察球的运动情况（图4－10）。

 

 

　　4．喷水、吸水。A、将笔筒1插在盛水的杯子里，把笔筒2的管口贴靠在筒1的上端。往2中用力吹气，观察现象（图5－1）；B、在自制的U型管中装些水，然后在一管口上方吹气，观察两边液柱的变化情况（图5－2）；C、推拉自制的喷雾器，观察喷水的情况（图5－3）。

 

 

　　5．探究实验结束后，组织学生分组汇报实验现象并得出结论

 

　　学生小组讨论总结出：这些实验都是研究了气体的压强与流速的关系。

 

　　根据实验现象归纳出实验结论：在气体中，流速大的位置压强越小。

 

　　6．用制作的机翼模型、风车进行试验，了解升力产生的原因，然后演示飞机模型的起飞。

 

图6

 

　　7．解释现象

 

　　实验后讨论分析下列问题（演示后回答或回答后演示，如图7）

 

 

　　A．在火车站或地铁站的站台上，离站台边缘1 m左右的地方标有一条安全线，乘客必须站在安全线以外的地方候车，这是为什么？

 

　　B．为什么大风常常会把房子的顶部掀掉？

 

　　C．为什么穿堂风把衣柜、橱的门或房门、窗门等自动打开或窗帘布被卷到外面？

 

　　8．进行“吹油管”和“拍烟盒”的游戏比赛，让同学们体会物理知识是有用的。

 

　　9．整理仪器。

 

　　10．课堂小结、布置作业

 

　　A．总结这节课学到了哪些知识，布置学生书面写出这节课的收获或启发。

 

　　B．课外制作风筝并进行放风筝比赛。

 

　　五、实验设计说明

 

　　1．材料准备

 

　　A．由于实验器材相对缺乏，而大量的实验和现象是学习成功的关键。因此，课前组织学生参加捡饮（塑）料瓶并加工成实验用具等活动，既培养了学生的动手能力，又提高了环保意识，懂得了珍惜劳动成果的意义，体验到了成功的喜悦，增强了学生的自信心，激发了自主创新和勇于实践的潜能。

 

　　B．课前对材料进行加工不会影响学生的探究兴趣，因为学生对材料的加工是探究的第一步，他们并不知道这些器材在实验中的真实用途；相反还会节约许多课堂时间用于探究和讨论。虽然用漏斗吹乒乓球不掉的实验在同学们开始学习物理学的第一节课上演示过，但我们加工了好几种不同的漏斗，加上课文中没有再次出现，所以能够保持神秘、新鲜的感觉。

 

　　2．课堂设计

 

　　A．以“发现问题—提出问题—形成假说—实验检验—得出结论—生活应用”为主线的教学模式，让学生在教师的指导下自主探究，有利于培养学生动手能力、逻辑思维能力和归纳总结的能力。同时，任何实验规律都不是从一两次实验中得出的，因此，我设计了近三十个有趣的实验和生活现象，让学生进行反复的探究、观察，使学生能在兴趣中寻找规律，理解规律，不再“望物生畏”。既能让学生体验到科学实验的艰辛、严密、乐趣，又能让同学们得出令自己信服的结论，还能用得出的结论解释生活中的现象，甚至提出解决实际问题的方案（如吹“油管”、放风筝），体现了物理不仅有趣，而且非常有用的学习理念。

 

　　B．这节课首先以本地古老而美丽的传说──“白衣人戏水”做引入，再通过一个“硬币跳高”的小实验，激起学生的疑惑、好奇心；当发现新的情景与平时的认识相冲突时，能激发学生的探究欲望。在探究气体压强与流速的关系过程中，根据同学们已有的知识、经验和技能，遵循由易到难的规律，层层深入地开展探究，引导学生动手做一些带有悬念性的、有趣的小实验，切实体验科学探究的几个环节，观察现象，总结实验结论，让学生在玩的过程中根据实验现象去思考问题的实质。虽然用漏斗吹乒乓球不掉的实验在同学们开始学习物理学的第一节课上演示过，但我们加工了好几种不同的漏斗，并且从各个方向对乒乓球吹气，甚至进一步将漏斗改为笔筒做直接吹球、让球爬坡、吹气吸水等有趣实验，学生会自然而然地得出结论：在气体中，流速快的地方压强小。

 

　　最后，让同学们用自制的风车、机翼模型进行试验，并结合飞机模型上升的演示，引导学生观察机翼的形状，分析机翼升力产生的原因，再次深刻理解和领会气体压强与流速的关系的原理，并用它来简单地解释生活中遇到的一些实际问题（如大风卷走房顶、火车的安全线等），体现了从生活走向物理，从物理走向生活的学习理念。

 

　　3．注意事项

 

　　A．在材料寻求、加工的过程中，既要放手让学生积极参与，又要注重过程的管理，以人为本，做好各项预案，确保学生的人身安全。

 

　　B．实验中的纸或塑料制品可能带有静电（本地较干燥），有可能在实验中出现距离太近而自动粘在一起的情况。因此实验前要去掉器材上的静电，以免影响实验结论的可信度。

 

　　C．笔筒吹纸片（球）的器具要控制好孔的大小和选择好球的轻重才能保证实验成功（图2中的B、D和图4－9），同样用漏斗吹纸杯（锥）的实验也要注意斗的长度（图2中的G、H）。