初中物理课外探究实验课

——神奇的空气炮

刘欣（西安市西电中学 陕西 710077）

一、教学思路

通过学生日常生活中喜爱的卡通形象——哆啦A梦引入新课，通过演示实验将动画片中的空气炮展现在学生眼前，让学生感受空气炮的神奇威力。在创设出的真实情景中，引导学生探究影响空气炮威力因素及其作用机理，并做出相应的假设猜想。随后，学生通过亲自动手制作空气炮，利用控制变量的实验探究方法对这一问题进行探究。本课程将实验探究与教师讲授结合，让学生掌握空气炮作用机理同时了解其在生活中的运用。在课堂中，学生亲自动手，实验探究培养学生科学思维；教师寓教于乐，科学设计激发学生学习兴趣。

二、教学目的

1.知识与技能：感受空气炮威力，了解其作用机理，掌握波在运动中传递能量。

2.方法与途径：课上指导学生制作空气炮，并通过实验探究影响空气炮威力因素，课下鼓励学生利用实验结论，制作威力更大的空气炮。

3.情感与评价：举例说明空气炮在实际生活中的应用培养学生热爱科学，体验物理之美的情感。

4.现代教育技术：视频演示与实验演示相结合，为学生营造丰富的物理学期情境。

三、教学分析：

1.教学内容分析

本节讲述空气具有能量及其应用。让学生了解空气能量的来源是冲击波向前运动传递能量，为以后讲机械波及动能方面打下基础。重点是“空气炮的制作运用”，难点“认识空气能量大小及影响其大小的因素”

2.学生情况分析

通过平时观看的动画作品，大多数学生对空气炮有较为直观的认识，但其深层原理学生并不了解，这样便于将讲授内容与学生原有经验结合。

3.教学方式

通过学生喜爱的卡通形象引入新课，激发学生学习兴趣；利用演示实验创建物理情景，帮助学生了解物理现象；采用科学探究的方式，引导学生探究影响空气炮威力的因素；建立理论联系生活的观念，拓展学生生活视野。

4、教学准备

课前收集国内外视频，查找论文研究实验原理，结合学生学龄特点在教学中插入动画片断，实验器材选自生活，已获得可重复利用，降低学生动手成本，满足课堂要求同时，利于课下开展。

五、教学过程

课堂引入（5分钟左右）

视频：播放动画片《哆啦A梦》片断（如图1 所示），主人公大雄多次使用了哆啦A梦给他的威力巨大的武器——空气炮。

图1

师：同学们，哆啦A梦这个角色相信大都很熟悉，它总是能从口袋里变出各种各样神奇的宝贝帮助它的主人度过难关。那么刚才视频中我们看到大雄拿的是什么东西啊？

生：哆啦A梦空气炮。（与学生日常生活紧密联系，学生能轻松回答出问题）

师：很好，看来同学们对这个动画片都很了解。那么那个同学能给大家说一说，这个空气炮有什么作用？

生：主人公在遇到危险时，将空气炮套在手臂上，它能在远距离发射出威力巨大的空气炮弹，击倒对方。

师：这位同学描述地非常好，不知道大家心里有没有这样的疑惑，平时看不见摸不到的空气，真的会有这么大威力么？是动画片在异想天开还是其中有我们不知道的奥妙呢？今天，老师将动画中的空气炮带到了教室里，让我们一起去探究神奇的空气炮。

演示实验（10分钟左右）

从讲台下拿出准备好的大型空气炮，给同学展示。

师：这个是老师给大家带来的空气炮。虽然它外形上与动画片中有些差异，但是它也能像动画片中的空气炮一样，产生巨大威力。口说无凭，接下来我将进行三组演示实验，让大家切实感受空气炮的威力（如图3）。

1、大型空气炮灭蜡烛

将10根燃烧的蜡烛以10厘米为间隔依次排开（如图3所示），将大纸箱放置在蜡烛延长线上，距离第一根蜡烛大约1米位置处，纸箱的圆形开口对准蜡烛最高点。实验开始前，请同学们在纸箱位置吹蜡烛，观察吹灭的蜡烛根数。然后进行实验，用力击打纸箱，一排蜡烛应声熄灭。前后对比，让学生体验到空气炮产生的巨大威力。

图3

2、空气炮“吹倒”易拉罐

将6个易拉罐叠落成三角形桥（如图4所示），利用相同的纸箱对准易拉罐发出空气炮弹，纸箱与易拉罐之间的距离让学生自定。实验过程中，让距离不断增加，观察纸箱发出的空气炮弹是否能够击倒易拉罐，不断创造并打破更远纪录，直到易拉罐不受空气炮弹冲击作用，记录最远距离并请同学在相同距离上尝试用吹灭易拉罐。前后对比，让学生体验到空气炮射程也十分远。

3、烟雾效果让空气炮弹“露出真容”

提出疑问，空气炮的炮弹形状是什么样的？让同学们作出假设，并进行实验验证。利用发烟片往纸箱中填充烟雾，再次击打纸箱，使空气炮弹从前端小口发射出去，同时用慢速摄影设备记录整个过程，反复观察，得出空气炮的炮弹形状为圆环型（如图5所示）。最后让学生上台亲自进行实验，得出相同结论，并与之前假设做对比，探究炮弹形状产生的原因。

4.原理：

当我们击打容器（空气炮炮身）时，容器内的空气受到挤压被瞬间压缩，空气就从容器前端小口发射出去。被压缩的气体形成膨胀冲击波（空气炮弹），产生巨大能量。实验中，炮弹的形状之所以呈圆环状，是由于从小孔出去的空气，流动速度的比小孔周围的空气快，根据伯努利定律，中间的气体压强就会比周围的空气小，所以周围的空气就会把从中间喷出来的空气压缩，使之保持在一个圆周里面（如图6所示），直到空气阻力把能量都消耗光。

师：从刚才的演示实验我们可以看出，虽然外形上我们这个空气炮和动画片中有区别，但是它们的原理是相同的，它们都能释放巨大威力。那么，我们怎么样才能制作出威力更大的空气炮，空气炮的威力与什么因素有关呢？

生：我认为空气炮的威力应该与炮身的大小、击打力度并且和炮口口径有关。

师：很好，那我们一起通过实验方法来探究这些因素对空气炮威力的影响。为了便于实验，老师教大家一种全新的空气炮制作方法。

制作环节（10分钟左右）

材料：易拉罐6个、气球一包（厚的）、蜡烛20支（4个小组、每组5支）、透明胶4卷、剪刀8把（每组2把）、打火机、、羽毛球长桶4个、短筒4个（带桶盖）（如图7所示）

制作过程：1.将气球一端系牢固，并在距顶端1/3处，用剪刀裁剪。(如图8)

2.将气球套在羽毛球桶一端，用胶带固定。（如图9所示）

3.将桶盖裁出大小不一的圆孔，作为不同口径的炮口。（如图10所示）

4.拉动气球并释放，炮口就会发射出强劲气流击灭蜡烛。（如图11）

探究实验（15分钟）

1.空气炮制作好后，让每组同学依次点燃配备的5根蜡烛，学生亲自动手，利用羽毛球桶空气炮打灭蜡烛，感受空气炮的威力。

2.根据学生猜想进行实验验证，分三个实验小组，采用控制变量的方法，探究不同条件下空气炮威力的大小。实验过程中，利用力的传感器，定量测量空气炮产生力的大小，并将数据进行比较分析，得出结论。

3.在具体实验中，探究击打力度对空气炮威力影响时，其他变量不变，通过控制气球拉开的长度来改变击打的力度（如图12所示）；探究炮身体积对威力影响时，其他变量不变，通过采用不同大小的羽毛球桶来改变空气炮炮身体积；探究炮口半径对空气炮威力影响时，其他变量不变，通过在桶盖裁取不同大小的小口来改变空气炮口径大小。实验过程中，记录相应数据。

4.实验结束后，进行数据分析，得出炮身体积，击打力度，口径大小对空气炮威力大小的影响。并结合分析出的结论，要求学生课下按照所发现的规律，制作威力更大的空气炮，并开展空气炮比赛，学以致用。

5.科学联系生活，举例说明空气炮在各个领域中应用的。军事上，空气炮曾在二战中被德军用来击落飞机。工业生产中，空气炮多数用来清除管道内的污垢，效果十分明显。（如图13所示）

6.最后观看日本直径10m超大型空气炮创造世界纪录视频，激发学生继续探索的兴趣。（如图14所示）

课堂总结（5分钟左右）

1、简单回顾空气炮的原理及影响空气炮威力的因素。

2、拓展一下空气炮在生活中的应用。

六、教学反思

1、拿出空气炮的箱子时一定要对这样新东西做一些定性的介绍，拿着它前前后后介绍它是密闭的容器上开了个孔、介绍说里面没有装东西等等。

2、在演示完第一个“打纸杯”实验后可让学生上来亲自感受一下空气炮射出的风力，这样更直观且影响深刻。

3、言语要注意专业化，既然目的是让孩子们观察，就不能一直说“烟圈”这样。

4、原理要讲解清楚，下课时要有形式。

空气炮探究设计