2 用气球驱动小车教学设计-2024-2025学年科学四年级上册教科版

2用气球驱动小车教学设计-2024-2025学年科学四年级上册教科版学校授课教师课时授课班级授课地点教具设计意图本节课以“用气球驱动小车”为主题，旨在通过实践操作，激发学生探索科学原理的兴趣，培养学生动手实践、合作交流的能力，让学生在探究过程中感受科学魅力，提升科学素养。核心素养目标1.培养学生科学探究的兴趣和好奇心。

2.提升学生动手操作、解决问题的能力。

3.增强学生合作交流、团队协作的意识。

4.培养学生科学思维，学会从实验中提炼规律。教学难点与重点1.教学重点

-重点理解气球驱动小车的工作原理，包括气流的产生、气流的传递和小车运动的动力来源。

-重点掌握实验操作步骤，包括气球的吹胀、小车的组装和气流的控制。

-重点学习如何通过调整气球的大小和位置来影响小车的速度和方向。

2.教学难点

-难点在于理解气流与力的关系，学生可能难以直观地感知到气流对小车产生的动力。

-难点在于实验中如何精确控制气球的吹胀程度，以及如何确保气流的稳定性和连续性。

-难点在于分析实验数据，学生需要能够从实验中提炼出气流与小车运动速度和方向之间的关系。教学方法与策略1.采用讲授法结合实验演示，帮助学生理解气球驱动小车的基本原理。

2.通过小组合作实验，让学生亲自操作，培养动手能力和科学探究精神。

3.利用多媒体展示实验过程和结果，增强学生的直观感受和兴趣。

4.设计互动游戏，让学生在游戏中学习和巩固科学知识。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台发布“气球驱动小车原理”的PPT和视频，要求学生了解气球的基本特性和驱动原理。

设计预习问题：提出“如何利用气球产生动力驱动小车？”“气球大小和位置对小车运动有何影响？”等问题，引导学生思考。

监控预习进度：通过在线平台监控学生的观看时长和互动情况，确保预习效果。

学生活动：

自主阅读预习资料：学生通过观看PPT和视频，初步了解气球驱动小车的原理。

思考预习问题：学生根据预习内容，提出自己的假设和疑问。

提交预习成果：学生将预习笔记和提出的问题提交至在线平台。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：学生通过自主阅读和观看视频，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台，实现预习资源的共享和监控。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过展示一个简单的气球驱动小车模型，激发学生的兴趣。

讲解知识点：讲解气流、压力和力的作用，结合实验演示，帮助学生理解气球如何驱动小车。

组织课堂活动：让学生分组进行实验，调整气球大小和位置，观察小车运动情况。

解答疑问：针对实验中遇到的问题，进行现场解答和指导。

学生活动：

听讲并思考：学生认真听讲，思考气球驱动小车的科学原理。

参与课堂活动：学生积极参与实验，记录实验数据，分析实验结果。

提问与讨论：学生提出实验中的疑问，与其他同学讨论解决方案。

教学方法/手段/资源：

讲授法：教师详细讲解科学原理，帮助学生建立知识框架。

实践活动法：通过实验活动，让学生在实践中掌握科学原理。

合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队协作能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：要求学生设计一个更复杂的气球驱动小车，并记录实验过程。

提供拓展资源：推荐相关科学实验网站和书籍，供学生进一步学习。

反馈作业情况：通过在线平台或面对面交流，给予学生作业反馈。

学生活动：

完成作业：学生根据作业要求，设计并完成实验报告。

拓展学习：学生利用拓展资源，深入研究气球驱动小车的原理和应用。

反思总结：学生反思自己的实验过程，总结经验教训，提出改进措施。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：学生自主完成作业和拓展学习，提高自我学习能力。

反思总结法：通过反思，帮助学生深化对科学原理的理解。知识点梳理1.气球驱动小车的基本原理

-气球内充气后，内部气体压力增加。

-气球释放气体时，气流通过管道传递到小车，产生推力。

-推力的大小与气体流量和压力有关。

2.气流与力的关系

-气流对小车产生推力，推动小车运动。

-推力的大小与气流的速度和方向有关。

-气流速度越快，推力越大；气流方向与小车运动方向一致时，推力效果最佳。

3.实验操作步骤

-准备实验材料：气球、小车、管道、计时器等。

-组装实验装置：将气球、管道和小车连接，确保连接牢固。

-吹胀气球：根据实验需求，调整气球充气量。

-控制气流：通过调整气球大小和位置，控制气流的流速和方向。

-观察记录：观察小车运动情况，记录运动距离和时间。

4.影响小车运动速度和方向的因素

-气球大小：气球充气量越大，气流速度越快，小车运动速度越快。

-气球位置：气球位置不同，气流方向和速度不同，影响小车运动方向和速度。

-管道长度：管道长度不同，气流在管道中的流速和压力不同，影响小车运动。

-地面摩擦：地面摩擦力大小影响小车运动速度和方向。

5.实验数据处理与分析

-记录实验数据：记录小车运动距离、时间、气流速度、气球大小等数据。

-数据整理：对实验数据进行整理，找出规律。

-结果分析：分析实验结果，得出结论。

6.科学探究方法

-提出问题：针对气球驱动小车，提出具有探究性的问题。

-假设与预测：根据已有知识，对问题进行假设和预测。

-设计实验：设计实验方案，包括实验材料、步骤、数据处理等。

-实施实验：按照实验方案进行实验，观察实验现象。

-分析结果：分析实验结果，得出结论。

7.科学思维与素养

-培养学生观察、分析、推理、归纳等科学思维能力。

-培养学生提出问题、解决问题的能力。

-培养学生团队合作、交流沟通的能力。

-培养学生创新意识和实践能力。

8.安全注意事项

-实验过程中，确保实验材料安全可靠。

-操作实验装置时，注意安全，避免受伤。

-实验结束后，清理实验场地，保护环境。典型例题讲解1.例题一：

气球充气后，内部气体压力增加到1.2个大气压，气球的体积为300立方厘米。若气球释放气体，假设气体以恒定速度流出，求气球每秒释放气体的体积。

解答：

-已知气球内部气体压力为1.2个大气压，体积为300立方厘米。

-在标准大气压下，气体的体积与压力成反比。

-标准大气压为1个大气压，所以气球内气体相对于标准大气压多出的压力为0.2个大气压。

-假设气体每秒流出体积为V立方厘米，则每秒流出的气体体积对应的压力为0.2个大气压。

-根据玻意耳定律（P1V1=P2V2），有1.2×300=0.2×V。

-解得V=(1.2×300)/0.2=1800立方厘米/秒。

-因此，气球每秒释放气体的体积为1800立方厘米。

2.例题二：

一个气球驱动的小车，在水平地面上以恒定速度行驶，每分钟行驶的距离为60米。如果小车的质量为2千克，求小车受到的推力。

解答：

-已知小车每分钟行驶的距离为60米，质量为2千克。

-将时间转换为秒，1分钟=60秒。

-小车每秒行驶的距离为60米/60秒=1米/秒。

-根据牛顿第二定律（F=ma），其中a为加速度，m为质量，F为力。

-在恒定速度下，加速度a=0。

-因此，小车受到的推力F=m×a=2千克×0=0牛顿。

-但是，实际上小车受到的推力应克服摩擦力，因此需要计算摩擦力。

-假设摩擦系数为0.1，小车受到的摩擦力F_friction=0.1×m×g。

-其中g为重力加速度，取9.8米/秒²。

-解得F_friction=0.1×2千克×9.8米/秒²=1.96牛顿。

-因此，小车受到的推力约为1.96牛顿。

3.例题三：

一个气球驱动的小车在斜面上行驶，斜面倾角为30度，小车质量为3千克。若小车以恒定速度向上行驶，求小车受到的推力。

解答：

-已知小车质量为3千克，斜面倾角为30度。

-小车受到的重力分量沿斜面向下，大小为m×g×sin(30°)。

-重力加速度g取9.8米/秒²。

-小车受到的重力分量沿斜面向下为3千克×9.8米/秒²×sin(30°)=14.7牛顿。

-小车受到的推力需要克服重力分量和摩擦力。

-假设摩擦系数为0.2，摩擦力F_friction=0.2×m×g×cos(30°)。

-解得F_friction=0.2×3千克×9.8米/秒²×cos(30°)≈12.87牛顿。

-小车受到的推力F=m×g×sin(30°)+F_friction。

-解得F=14.7牛顿+12.87牛顿≈27.57牛顿。

-因此，小车受到的推力约为27.57牛顿。

4.例题四：

一个气球驱动的小车在水平面上行驶，已知小车的质量为1千克，气球每秒释放气体的体积为200立方厘米。若气球的内部压力为1.5个大气压，求小车的加速度。

解答：

-已知小车质量为1千克，气球每秒释放气体的体积为200立方厘米，内部压力为1.5个大气压。

-将气体的体积转换为立方米，200立方厘米=0.0002立方米。

-根据理想气体状态方程PV=nRT，其中P为压力，V为体积，n为摩尔数，R为气体常数，T为温度。

-在常温下，nRT可以视为常数，因此PV=常数。

-气球每秒释放的气体体积V=0.0002立方米，压力P=1.5个大气压。

-每秒释放的气体产生的推力F=P×V。

-解得F=1.5×0.0002=0.0003牛顿。

-根据牛顿第二定律F=ma，其中a为加速度，m为质量。

-解得a=F/m=0.0003牛顿/1千克=0.0003米/秒²。

-因此，小车的加速度约为0.0003米/秒²。

5.例题五：

一个气球驱动的小车在水平面上行驶，气球每秒释放气体的体积为0.01立方米。若气球的内部压力为2个大气压，小车的质量为5千克，求小车在1分钟内行驶的距离。

解答：

-已知小车质量为5千克，气球每秒释放气体的体积为0.01立方米，内部压力为2个大气压。

-将气体的体积转换为立方米，0.01立方米=0.01立方米。

-每秒释放的气体产生的推力F=P×V。

-解得F=2×0.01=0.02牛顿。

-根据牛顿第二定律F=ma，其中a为加速度，m为质量。

-解得a=F/m=0.02牛顿/5千克=0.004米/秒²。

-在1分钟内，小车的加速度为0.004米/秒²，时间t为60秒。

-根据运动学公式s=ut+0.5at²，其中s为距离，u为初速度，a为加速度，t为时间。

-假设小车初速度为0，则s=0.5×0.004×(60)²。

-解得s=0.5×0.004×3600=7.2米。

-因此，小车在1分钟内行驶的距离约为7.2米。板书设计①气球驱动小车原理

-气球内气体压力

-气流产生推力

-推力与气体流速和方向关系

②实验操作步骤

-准备实验材料

-组装实验装置

-吹胀气球

-控制气流

-观察记录

③影响小车运动速度和方向的因素

-气球大小

-气球位置

-管道长度

-地面摩擦

④数据处理与分析

-记录实验数据

-数据整理

-结果分析

⑤科学探究方法

-提出问题

-假设与预测

-设计实验

-实施实验

-分析结果

⑥科学思维与素养

-观察分析

-推理归纳

-提问讨论

-创新实践

⑦安全注意事项

-实验材料安全

-操作安全

-环境保护教学评价与反馈1.课堂表现：

-观察学生在课堂上的参与度，包括提问、回答问题、参与实验等。

-评估学生的专注力和对知识的吸收能力。

-记录学生在课堂活动中的表现，如小组合作、实验操作等。

2.小组讨论成果展示：

-评估学生在小组讨论中的贡献，包括提出观点、倾听他人意见、协调团队工作等。

-评价小组讨论的深度和广度，以及学生对科学原理的理解和应用。

-观察学生在展示成果时的表达能力和逻辑性。

3.随堂测试：

-设计简短的小测验，评估学生对气球驱动小车原理的理解程度。

-包括选择题、填空题和简答题，涵盖本节课的核心知识点。

-根据测试结果，分析学生的掌握情况，确定需要加强的教学点