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(原创)教学随笔:“流体压强”课时设计思路

《流体压强》是继压强、液体压强、大气压强之后的一个内容,学生已具有了压强和压力的有关知识,但对流体、流体的压强、流体压强与流速的关系及其应用却是一个新的内容,这很容易激发学生的学习兴趣和求知的热情。

按照课标要求,学生只需知道流体压强与流速的关系,知道飞机升力的产生就行,不要求过多过深的涉及与“流体压强与流速的关系”有关的内容。

教材要求学生通过学习,知道流体;知道流体压强与流速的关系;知道飞机升力产生的原因;能用流体压强与流速的关系解释简单的物理现象和生活中的现象,能用流体压强与流速的关系进行小制作。

下面结合教学实际,将本节课的思路设计梳理如下:

第一环节:新课导入

师:今天我很高兴能够和大家渡过一段轻松愉快的学习时光。在上课之前首先我们来聊一个比较轻松的话题,同学们追过星吗?(学生笑)这当然是大家个人的隐私。其实我完全可以理解大家的心理,因为老师在你们这个年龄的时候,曾经也是一个追星族。

下面我非常愿意和大家分享一下我当年曾经追过的明星,大家先来看一下大屏幕,看看这是哪个明星?(投影贝克汉姆的头像)

生:(齐答)小贝(有的学生很兴奋)

师:看来同学们有很多也是小贝的忠实粉丝,小贝的任意球给无数球迷带来了快乐和幸福时光。下面我们首先来欣赏一段贝克汉姆的精彩球技。(播放贝克汉姆任意球的部分视频)

师:刚才我们大家看到了小贝踢出的任意球并不是沿着直线飞行,而是在空中画出了一道美丽的弧线。为何足球会在空中如此诡异地飞行,通过今天的学习我们大家就会找到答案。

师:小贝踢得是快乐足球,我们的物理课堂带给大家也是无尽的快乐,今天就让我们带着愉悦的心情一起来学习——流体压强。(板书本节课题:§7-5 流体压强)

(设计说明:这一环节的设计属于课堂情境的导入部分,采用的素材是同学们非常喜欢的足球巨星——贝克汉姆,这样既可以拉近学生距离,有利于师生的情感交流。另外,通过任意球的运行轨迹很自然引出本节课学习的内容,极大地激发学生的求知欲,从而为本节课开了个好头。)

第二环节:课堂探究

一、流体

师:在前面几节课中我们已经学习固体的压强、液体的压强和大气压强,那么大家知道哪些物体具有流动性吗?你能列举几个实际例子吗?

生:空气、水都具有流动性。

师:像空气、水这些物体都具有流动性,我们把具有流动性的液体和气体统称为流体。(板书:一、流体:液体、气体)

二、流体压强与流速的关系

(一)快乐发现——气体流动时的压强与静止时的压强是否相等

师:在前面我们已经学习过液体内部和大气压强,那都是流体不流动时的压强,而处于流动状态的液体和气体的压强又是怎样呢?

师:下面我们大家一起来做一个比赛,在桌面上我给大家每一小组都准备了两张纸,现在请每一小组派一个代表,让两张纸自然下垂,然后向两张纸的中间吹气,看哪个小组最先把两张纸吹开。

生:按照要求进行比赛。(结果发现两张纸向中间靠拢,学生肯定感到很疑惑。)

师:刚才大家发现两张纸并没有分开,是不是大家吹得力气不够大,下面请每个组的同学用力再吹一次。

生:重新做实验,用力吹纸片。(结果发现两张纸仍然向中间靠拢,而且比刚才靠的更近了,学生感到更加疑惑。)

师:下面我们一起来好好分析一下,原来两张纸片自然下垂,两张纸的中间是空气,两侧呢还是空气。当两张纸自然下垂的时候,两张纸中间的气体压强与两侧的气体压强是什么关系?

生:相等

师:当向两张纸的中间吹气时,中间的气体发生了流动,才使两张纸向中间靠拢。这是物体的运动状态发生了改变,此时这两张纸一定受到了非平衡力的作用。由此我们知道当中间的气体流动时,中间的气体压强与两侧的气体压强还相等吗?

生:不相等。

师:可见气体静止时的压强与流动时的压强并不相等。

(设计说明:通过让学生吹纸片发现了与想象不同的现象,最终师生共同分析得出了如下的结论——气体流动时的压强与静止时的压强并不相等。)

(二)锐意探究——流体压强与流速的关系

第一环节:提出问题

师:流体压强与流速有关系吗?如果有,那又是什么关系呢?当增大流体的压强时,流体压强是增大了还是减小了呢?

第二环节:设计实验

师:要想研究流体压强与流速的关系,就得想办法改变流体的流速,知道流体压强的大小。我们身边没有直接测量流体压强与流速关系的工具,那么怎么办呢?

生:……(给学生停顿思考的时间)

师:对于一些看不到的现象或者不明显的现象,我们怎么观察呢?

生:可以间接显示的方法(转换法)

师:大家再来回顾以下刚才吹纸片的实验。我们采用什么方法改变流速。

生:吹气

师:我们改变哪个位置的流速比较合适呢?

生:中间

师:通过什么现象可以说明流体压强发生了变化?

生:两张纸向中间靠拢。

师:我们通过观察两张纸运动状态的变化来显示流体压强的变化。

师:在同学们的桌子上给大家准备了一些器材。

  有无穷无尽的空气

  水槽(16个)、纸船(32个)、注射器(16个)

  蜡烛(32个)、打火机(16个)

  一次性纸杯(32个)

  透明塑料杯(32个)

  乒乓球(32个)、胶带(16个)、细线(若干根)、剪刀(16把)

  吸管(32个)

  纸条(32个)

  漏斗(16个)

师:你们可以自由选择合适的器材,每个小组设计1—2个小实验,在设计实验的时候,注意以下几个问题:(多媒体投影)

师:请同学们注意一定要先设计再操作。那么大家知道小组成员之间应该如何做,才会使你们小组的实验操作又快又好吗?

生:团结合作

师:小组成员之间的合理分工、团结合作,你们的团队精神是赢得这次实验比赛的关键。

师:下面请同学们分小组进行实验,实验结束以后做好实验展示的准备,最后咱们来比一比哪一组设计的实验更巧妙更合理。好,开始吧。

第三环节:分组实验

生:进行分组实验

师:巡回指导,帮助学生进行实验

……

第四环节:交流汇报

师:下面请同学们展示你们设计的实验,展示的时候从这几个方面来展示你们设计的实验。(多媒体投影展示的问题)

生:展示设计的实验

实验1:吹蜡烛的火焰

实验2:对着透明塑料杯口吹气——乒乓球飞出

实验3:对着两个一次性纸杯吹气——一个纸杯飞出

实验4:对着两个乒乓球中间吹气

实验5:用注射器将两只小船中间的液体加速——小船靠拢

实验6:纸条一端贴近下嘴唇,用力向纸条上方吹气

实验7:不落的乒乓球

实验8:靠拢的乒乓球

师:刚才各小组展示了设计的实验,非常精彩。刚才有一个小组设计的实验让老师想起了一起悲惨的事故——一次海难(多媒体投影)

师:为了避免类似海难的发生,中国赴索马里护航编队都是采用一字排开的队形,并且两船之间的距离相隔比较远。

第五环节:分析总结

师:从历史事件以及同学们刚才所做的这些实验中,我们都可以感受到流体压强与流速是有关系的。其实科学家早在18世纪就已经通过实验探究以及大量的理论研究发现——在气体和液体中,流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大。(多媒体投影并板书:二、在流体中,流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大。)

第六环节:解释现象

师:在刚开始上课的时候,我们欣赏了小贝精彩的任意球绝技,其实这种任意球叫做“香蕉球”。在罚“香蕉球”的时候,运动员并不是拔脚直接踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断旋转,这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转,这样一来,球一侧空气的流动速度加快,而另一侧的空气的流动速度减慢。于是足球在空气压力的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了。

师:其实除了足球,在乒乓球和台球力也有这样的技术,下面老师给大家准备了两段视频,请大家一起来感受一下物理知识与体育相结合无穷魅力。(播放视频)

(三)科学应用——飞机的升力

师:通过刚才大家做的实验已经这些精彩的体育比赛,都蕴含着相同的科学道理。其实只要我们不懈努力,不断探索发现,就能成就许多伟大的梦想! 

师:大家再来看一段精彩的飞机特技表演。(播放视频)

师:重达几吨的飞机为什么能够腾空而起呢?它的秘密就在于飞机的机翼?你观察过飞机的机翼吗?它的横截面积是什么形状的?(板书:三、飞机的升力)

师:让我们一起做一次飞机设计师。这里有A、B、C三种外形不同的模型,你知道哪个更适合做飞机的机翼?

生:B

师:同学们异口同声选择这个上凸下平的外形做机翼,那么她能担当次重任吗?那我们得试试了。(教师利用吹风机和飞机模型进行演示)

师:那么飞机升力产生的原因到底是什么呢?

师:飞机飞行时,机翼与周围的空气发生相对运动,相当于气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上下两部分,由于机翼横截面的形状上下不对称,气流速度也就不相同。

师:由于空气的流动情况我们看不到,下面我们仍然可以采用间接显示的方法来展示空气流过机翼的时候,机翼上下空气流动的速度有何不同。(教师进行演示实验)

师:刚才我们看到机翼上方的气流速度大于下方的流速,这是为什么?(动画展示原理)

师:我们可以看到上下方空气分子经过的路程不同,上方的空气分子经过的路程长,下方经过的路程短,而所用的时间是一样的,所以机翼上方的空气流速快。

师:通过刚才的分析我们知道机翼上方的流速大,下方流速小,所以上方的流体压强小,下方的流体压强大。

生:由于上下表面的流体压强不同,因此在机翼的上下表面产生了压强差,这就产生了向上的升力。

(四)从心感悟——我的生活

1.聪明的灰雁

师:飞机的机翼造型其实是源于人类对于鸟类的研究,属于仿生学的成就。

师:下面请同学们看看聪明的灰雁是如何战胜大自然的。

2.草原犬鼠

师:图(甲)是非洲草原犬鼠洞穴的截面示意图,犬鼠的洞穴有两个出口,一个是平的,而另一个则是隆起的土堆,生物学家不是很清楚其中的原因,他们猜想:草原犬鼠把其中的一个的洞口堆成土包状,是为了建一处视野开阔的了望台,但是如果这一假设成立的话,它又为什么不在两个洞口都堆上土包呢?那样不是有两个了望台了吗?实际上两个洞口形状不同,决定了洞穴中空气中流动方向。吹过平坦表面的风运动速度小,压强大;吹过隆起表面的风流速大,压强小。因此,地面上的风吹进了犬鼠的洞穴,给犬鼠带去了习习凉风。

生:在图甲上标出洞穴中的空气流动的方向

3.公交车的自然通风系统

师:大家都坐过公交车,我们经常会看到在车顶部的天窗被打开,从而形成自然通风系统(如图所示)

生:解释其中的道理

4. 铁路站台上的安全线

师:在火车站或地铁站的站台上,离站台边缘1m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,这是为什么呢?

  生:解释其中的道理

5.诗人杜甫在《茅屋为秋风所破歌》中写到:“八月秋风尚怒号,卷我屋上三重茅”,请你分析诗中包含的物理道理。

6.如图所示,农村炉灶里的烟之所以顺着烟囱排到屋外,其原因之一是风吹过烟囱顶端,使那儿空气的流速________,压强______,所以烟就顺着烟囱排到屋外。

7.有的跑车在车的尾部设计安装了一种“气流偏导器”,它的上表面平直,底部呈弧形凸起,相当于一个倒置的翅膀(如图所示),这主要是为了让跑车高速行驶时,车轮能更好地抓紧地面。请解释其中的道理。

    8.硬币“跳高”比赛

第三环节:课后探究

1.自制小喷壶

师:课后请同学们自制一个小喷壶。(如图所示)

师:利用身边的材料完成如下的小实验。(如图所示)

   2. 轻轻捏着一个轻质小勺的勺柄,能使小勺在手指间晃动自如,打开水龙头,让水稳定的往下流,把勺子的凸面靠近水流,观察现象。(图8)

3.神奇的软管

师:今天这节课我们一起渡过了一段快乐的时光,老师这里有一个神奇的软管,当我晃动软管的一端,就会有幸运雨降落到你的身上。(教师利用软管进行实验,将课堂气氛达到最高潮。)

师:课后请同学们接着思考刚才这个小游戏的道理是什么?与此现象道理相类似的家用电器是什么?今天的课就到这里,谢谢大家!同学们再见,下课!

在这里,聆听一线草根教师的教育心声!

作者简介:潘书朋,中学物理教师,在《当代教育家》、《光明日报》、《中国教师报》、《中学物理》、《新课程评论》等国家、省级刊物、教育网站上发表教育教学论文50余篇。多年来一直致力于“让物理教学回归实验室”的课题研究,所申报的教育部教师科研基金“十二五”规划重点课题子课题荣获教育科研成果一等奖。

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