《神奇的升力》教案

神奇的升力【教学内容】:神奇的升力沪科粤教版三年级第十一章一课时【教材分析】:教材首先通过图11-15大型运输机的飞行，引出受到浮力的飞机停在跑道上不会升空，而当它滑行到一定的速度时才会腾空而起，提出使飞机上升的力是如何产生的？接下来，通过活动一让学生自己动手探究，尝试解释相关的现象，从而得出流体的压强与流速的关系。活动二是通过图示的方法及受力分析让学生明白升力是如何产生的。STS中介绍了与流体压强有关的事件。【学情分析】:浮力从本质上来说是静止液体对物体向上与向下的压力差，而升力是流体由于流速不同而产生的压力差，学生容易将浮力与升力混淆。【教学目标】:(1)了解气体的压强与流速的关系。(2)了解飞机的升力是怎样产生的。(3)了解生活中跟流体的压强与流速相关的现象。(4)通过观察，认识流体的压强跟流速有关的现象。(5)体验由流体压强差异产生的力。(6)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。【教学理念】:探究流体的压强与流速的关系是本节的重点教学重点:1．探究气体的压强与流速的关系。2．解释生活中跟流体的压强与流速相关的现象。教学难点:l．分析探究流体的压强与流速的关系实验现象，认定这些现象与流体流动有关．2．了解为什么机翼下面的压强大?教学方法:以讨论与实验为主的综合启发式教学模式教学器材1．教师演示器材：飞机起飞、水翼船航行视频资料、机翼模型、铁架台、细线、钩码、电风扇。2．学生分组实验器材；两张纸、漏斗、乒乓球、塑料弯管、水、烧杯、两只小纸船、水盆、注射器。教学过程一、导入1．问题：在这节课之前我们学习了液体的压强和气体压强的一些知识，其实气体和液体有一些共性，气体、液体具有哪些共性?2．讨论：气体和液体都会产生压强，气体和液体形状都会改变，都会流动。教师对学生说法进行评价3．定义：气体和液体都具有流动。它们统称为流体。4．演示(视频资料)：一架飞机腾空而起，在天空自由的翱翔；下面是浩瀚的大海．一艘水翼船在飞速地前进。根据画面展示的情景提出问题：为什么飞机可以在天空飞翔，而水翼船可以在水面上飞速前进呢?是浮力使飞机升空吗?如果是浮力使飞机升空．那么，飞机就不会静止在跑道上了，飞机也不要滑行到一定的速度才会腾空而起了。教师：其实这些都与流体压强与流速的关系有关。二、探究流体压强与流速的关系1．做课文第30、31页“活动l”中的3个实验，尝试解释观察到的实验现象。A．倔强的纸片(1)按照课文介绍的方法做吹纸实验。先猜想往两张纸中间吹气，会发生什么现象?然后用手提着两张纸，让纸自由下垂．吹气前，两张纸互相平行，保持一定的间距；吹气时，两张纸相互靠近。用不同的力度吹气，改变两张纸之间气体的流动速度，观察两张纸相互靠近情况有何不同。(2)教师和学生分析所发生的现象：在空气中纸的两个侧面都受到空气的压强，吹气前，两张纸互相平行，保持一定的间距，纸的两个侧面受到的空气的压强相等。吹气时，纸内侧空气流动加快，两张纸相互靠近，两张纸受到了向内侧的压力。显然两张纸受到了向内侧的压力与两张纸之间的空气流动有关，空气流动后纸内侧压强减小，外侧压强不变，内外压强差使纸受到外向内的压力大于内向外的压力使纸向内相互靠近。两张纸之间气体的流速越大．两张纸被压靠得就越紧，说气体的流速越大，压强越小。(3)接着让学生用双手将一张纸靠在嘴唇下，另一端自然下垂，沿纸的上方水平吹气，观察手中的纸会怎样?(此实验可为后面了解飞机升力产生作准备)可以看到纸张会上飘。(4)引导学生解释所发生的现象：由于吹气时。纸片上方空气的流速大，压强变小，下方较大的压强将纸片“举”起来了。如果吹出的气越快，纸条会向上飘得越高。B．不听话的乒乓球(1)按照课文介绍的方法做吹乒乓球实验。想：乒乓球本身受到重力的作用，同时又有向下的气流冲向它，它为什么不下落，究竟是什么力支持着它呢?(2)引导学生按照解释吹纸实验所发生的现象解释吹乒乓球现象：在向漏斗吹气时，那股空气从细管流向捅斗的大口。当气流流到乒乓球和漏斗之间那段通道时，由于乒乓球占据着～部分空问，那里空气的通道很窄，气流速度较大，压强较小；流过那部分窄通道以后，空气再向下流，由于通道变宽，气流的速度变慢，压强较大。由压强差产生的向上的压力托住乒乓球使之不下落。C．做个简易喷雾器(1)按照课文介绍的方法做个简易喷雾器，将塑料弯管插在水中，从水平管口向里吹气，观察所发生的现象：水从塑料弯管的弯折处的小孔喷出，喷出后散成雾状。(2)引导学生按照解释吹纸实验所发生的现象的方法解释简易喷雾器原理：从水平管口向里吹气时，气流从小孔流出。由于空气的流动，竖直管上方空气压强减小，在烧杯水面大气压的作用下，水沿竖直管向上流动，到弯折处，水受气流冲击，从小孔喷出，并散开成雾状。2．模拟“奥林匹克”号与“豪克”号相撞事故阅读课文第33页“STS”了解发生在上个世纪初的“奥林匹克”号与“豪克”号相撞事故．取一装水的盆子，在水面上放两只小纸船，纸船的两头用细绳拉着，互相平行，保持一定的间距．用注射器向漂浮在水面上的两只小船间喷射水流。观察所发生的现象：分开的小船靠在了一起。引导学生分析：喷射水流时，两船之间水流速快，两船外侧液体流速慢，两船中间与外侧水产生的压强不同，造成了压力差，将两船挤在了一起。3．让学生根据以上四个实验概括流体的压强与流速的关系是：流速大的地方，压强小；流速小的地方，压强大。4．阅读课文第30页1、2自然段，想：几百吨的飞机为什么能飞上蓝天，为什么飞机要在跑道上滑行到一定的速度才能起飞?5．做课文第32页“活动2”飞机机翼的升力是怎样产生的?(1)教师：飞机为什么能够腾空而起的秘密在于机翼，出示飞机模型，请学生观察模型飞机的机翼，它的截面是什么形状?并把它画出来。如图11-3-1所示。(2)演示：做课文图ll-19所示的实验：机翼模型用细线吊着，细线绕过滑轮、另一端用钩码吊着，调整钩码质量使机翼模型处于平衡状态。观察电风扇通电运转时机翼模型升起的现象。让学生根据课文图11-20解释实验现象：从机翼横截面的形状可知，其上方弯曲，下方近似于直线，飞机飞行时，空气和飞机做相对运动，迎面吹来的空气被机翼分成上下两部分，在相同时间内，机翼上方气流通过的路程较长，因而速度较大，它对机翼的压强较小；下方气流通过的路程较短，因而速度较小，它对机翼的压强较大。因此在机翼的上下表面产生了压强差，上下的压强差造成了对飞机一个向上的升力。(3)猜想：如果把机翼模型的凸面向下，再向它吹风，会发生什么现象?用实验验证猜想的正确性。(4)阅读课文第32页最后一自然段和图11-21，了解鸟滑翔时为什么翅膀要张开?而翅膀张开时滑翔为什么不会跌下。6．阅读课文第33页“STS”了解水翼船提高航速的原理。引导学生观察课文第33页图11-23，注意观察图右下方水翼的结构，类似与飞机的机翼，其获得升力的原理与机翼相同，水翼船高速航行时水翼会将船托出水面，从而减小水对船的阻力，提高航速。7．介绍乒乓球比赛中的“弧圈球”技术。足球比赛中的香蕉球技术都利用了压强与流速的关系。课外可查阅有关资料了解这方面的技术。三、小结让学生谈对气体和液体压强与流速的关系的认识和探究气体和液体压强与流速关系的体会。四、布置作业1．课文第33页自我评价与作业第l、2、3题。2．课文第34页课外活动。补充资料一、“香蕉球”的奥秘如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。你可能会想，踢出去的足球在空气中只受重力的影响，应该沿抛物线运动。但是，足球却真的向内弯了，显然，它受到一个水平方向的力，这个力从何而采呢?如图11-3-2(a)所示，足球在没有旋转下水平运动的情形，足球向前运动，空气相对于足球向后运动；如图11-3-2(b)所示，足球只有旋转而没有水平运动的情形，当足球转动时，四周的空气会被足球带动，形成旋风式的流动；如图ll-3-2(c)所示，足球水平运动和旋转两种运动同时存在的情形，也即是“香蕉波”的情形。足球受到向右侧压力的作用。原来，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是拔脚踢中足球的中心，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地旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢．根据流体压强与流速的关系：气体的流速越大，压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，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。二、“弧圈球”乒乓球中，运动员拉弧圈球时，球的线路会改变，道理与“香蕉球”一样。乒乓球运动中的攻球，以快速和凶狠给对方造成很大的威胁。但是攻球往往套遇到这样的尴尬：挥拍过猛，球会不着台面飞出界外；如果因此而不适当地压低弧线高度，球又会触网失分。不解决这个准确落点的问题，所谓攻球的威胁也就成了水中月、镜中花了。那么有没有一种攻球，可以增加乒乓球飞行弧线的高度，又能缩短打出的距离呢?有，这就是带上旋的弧圈球。拉弧圈球时，乒乓球的重量仅为2.5g，直径3.8cm，要使它旋转，必须施加一个力矩。为了使球产生强烈的旋转，首先应加强使球旋转的力。这个力的大小，与球拍擦击速度及时间有关：擦击速度越大、时间越短，则作用力就越大，出球旋转越快；这个使球旋转的力，还与球拍表面的结构有关：球拍摩擦系数越大，对球的牵引力也越大；加大力臂，调整作用力的方向等方法使球产生强烈的旋转。乒乓球的强烈的上旋，会使球体表面的空气形成一个环流，环流的方向与球的上旋方向一致．这时．球体还在向前飞行，所以它同时又受到了空气的阻力．环流在球体上部的方向与空气阻力相反，在球体下部的方向与空气阻力一致，所以，球体上部空气的流速慢，而下部空气的流速快．流速慢的压强大，流速快的压强小，这样就使球体得到了一个向下的力。弧圈球的上旋性越强，飞行的弧度也就越高。受到向下的压力也越大，落向对方球台也越迅速。三、水翼船水翼船与其它船舶不同之处，是在船的底部装了两副水翼。船舶航抒时，水流经过水翼。由于上下流速不同，产生了升力，把船体向上托起。船速与升力是成正比的，船速越快，升力越大，最终将船体全部托出水面。这时，对船舶来说，水的阻力大大降低，航速也就自然而然地迅速提高了。水翼船船体一般采用铝合金和钢材制造，水翼则用不锈钢或钛合金；以高速柴油机作为动力装置，采用水螺旋桨推进或喷水推进，最高航速达70节。水翼船的水翼形式多样，常用的有浅浸式、割划式、梯式和深浸式等。其中，以深浸式水翼的耐波性为最优，但不具备自稳作用，需要通过自动控制系统改变水逞冲角来调整升力大小。由于增加自动控制系统技术复杂，造价也高，所以它的发展受到一定限制。目前，水翼船的应用形成了三种不同风格的流派。俄罗斯采用的是浅浸水翼系统，结构简单，造价低，静水中航行效率高，但耐波性较差，故多用于内河。瑞士和意大利采用的是割划式水翼系统，自稳性较好，具有一定的耐波性，适宜于沿海航行；加装自动控制系统后，可进一步提高适航性。美国则以自控全浸式水翼船为重点，船舶耐波性好，可在较恶劣的海况下航行。水翼船也有它的弱点：船体之下安装了水翼，在浅水航道下不适用：水翼一般大于船宽，停靠码头也诸多不便。此外，水翼船完全依靠助航标志导航，航速快，助航标志在夜间难以辨认，所以一般都不夜航。鉴于各种高性能船舶都有各自的不足之处，因此，集几种高性能船舶的优势于一体的杂交船型应运而生。80年代初，美国提出了多体水翼船概念，并设计了一种双体水翼船。当高速航行时，兴波阻力小，适航性能强。同时，能耗较少，造价也低，特别是甲板面积大引起了国际造船业的极大兴趣，因为它关系到高速客船大型化。课时作业设计1．流体的压强与流速的关系是：流速的地方，压强；流速的地方，压强。2．用图11-3-3所示的玻璃装置探究液体的某些性质。首先打开水龙头将水槽灌满水．然后松开铁夹后，水流人A、B管，待稳定后，将会发现A、B两管中水面高度关系是；随后拔去右端的软木塞．装置中的水立即向外涌出，此时再比较A、B两管中水面的高度关系，将会发现，原因是。3．行驶在河里的轮船，总是被迫偏向邻近水流较的地方(填“急”或“缓”)。4．桌面上放着两只乒乓球，相距约lcm，如果用细口玻璃管向两球之间吹气。会发生什么现象?5．阅读下列材料，然后回答问题。(1)物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体，当流体处于流动状态时，其内部各处压强具有什么规律呢?小明同学将图11-3-4(a)所示的玻璃管装置接到水流稳定的自来水管上，当水在玻璃管中流动时，可看到两个竖直管中液面的高度并不相同，从图中可以看出在A、B两处管的粗细不同。因而A处流速小，B处流速大，可见流体的压强与流速之间有着一定的关系。接着，小明叉自制了一个飞机机翼模型[如图11-3-4(b)]．将其固定在托盘测力计上，在机翼模型的正前方用电风扇迎面吹风来模拟飞机飞行时的气流，比较机翼上、下气流压强的大小，进一步验证了上面的关系。①由图11-3-