1、第第3 3节节 跨学科实践：降落伞跨学科实践：降落伞第第1 1章章 走进实验室走进实验室感悟新知感悟新知任务一任务一 认识降落伞认识降落伞降落伞是一种航空工具，主要用于使人或物从空中降落伞是一种航空工具，主要用于使人或物从空中安安全降落全降落到地面。到地面。感悟新知感悟新知1.结构结构常见的降落伞主要由伞衣、伞绳和安全常见的降落伞主要由伞衣、伞绳和安全保障装置保障装置(如如引导伞、背带系统、开伞部引导伞、背带系统、开伞部件件)组成组成(如如图图1 所所示示)。感悟新知感悟新知(1)伞衣伞衣：是降落伞的主体部分，通常由尼龙：是降落伞的主体部分，通常由尼龙或聚酯纤或聚酯纤维维等柔性织物制成。常见的
2、伞衣等柔性织物制成。常见的伞衣的形状的形状有圆形和方有圆形和方形，伞衣的形状设计不仅要考虑形，伞衣的形状设计不仅要考虑空气动力学空气动力学性能和性能和稳定性，还要考虑材料的密度和强度，以及开稳定性，还要考虑材料的密度和强度，以及开伞时伞时的响应时间和安全性。的响应时间和安全性。感悟新知感悟新知(2)伞伞绳：是连接伞衣和背带系统的绳索，通常由高强度的绳：是连接伞衣和背带系统的绳索，通常由高强度的合成纤维合成纤维制成，以确保在强风或高速下降时保持稳定性。制成，以确保在强风或高速下降时保持稳定性。(3)安全安全保障装置：引导伞用于确保主伞迅速打开，背带保障装置：引导伞用于确保主伞迅速打开，背带系系统
3、用于统用于确保跳伞者的安全和舒适，开伞部件用于在适当确保跳伞者的安全和舒适，开伞部件用于在适当的的时候时候展开降落伞。展开降落伞。感悟新知感悟新知2.原理原理当跳伞者从高空跳下时，降落伞会在适当的时候通当跳伞者从高空跳下时，降落伞会在适当的时候通过过触发器触发器展开。伞衣的展开增加了跳伞者的空气阻力，展开。伞衣的展开增加了跳伞者的空气阻力，从而从而减缓了减缓了下降速度。同时，降落伞的形状和稳定性设下降速度。同时，降落伞的形状和稳定性设计确保跳伞计确保跳伞者能够者能够安全、平稳地降落到地面。安全、平稳地降落到地面。感悟新知感悟新知3.类型类型(1)人人用降落伞：包括救生伞、训练伞、跳伞运动员使用
4、的用降落伞：包括救生伞、训练伞、跳伞运动员使用的竞赛伞等。这些降落伞的设计考虑了人体重量、舒适性竞赛伞等。这些降落伞的设计考虑了人体重量、舒适性和和安全性安全性等因素。等因素。(2)物物用降落伞：用于空投物资、回收飞行器等。这些用降落伞：用于空投物资、回收飞行器等。这些降落降落伞通常伞通常具有较大的伞面和更高的强度，以具有较大的伞面和更高的强度，以应对更大应对更大的重的重量量和更和更高的速度。高的速度。感悟新知感悟新知知识储备知识储备降落伞的用途降落伞的用途(1)军事军事领域：领域：降落伞降落伞是空降兵作战和是空降兵作战和训练训练的重要装备，的重要装备，也是也是飞行员飞行员和机组人员的和机组人
5、员的救生救生装备。装备。(2)体育运动体育运动：跳伞运动跳伞运动是降落伞在是降落伞在体育运动体育运动领域的主要领域的主要应用应用。跳伞。跳伞运动员通过运动员通过操纵降落伞操纵降落伞，进行各种，进行各种技巧表技巧表演演和比赛。和比赛。(3)科研科研和航空和航空航天航天：在科学研究和：在科学研究和航空航天航空航天领域中，领域中，降降落伞被落伞被用于空投实验器材用于空投实验器材、回收、回收太空舱等任务。太空舱等任务。(4)民用民用领域：在领域：在一些一些极限运动、娱乐极限运动、娱乐活动和活动和应急救援中，应急救援中，降落伞也降落伞也发挥着重要作用。发挥着重要作用。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知任务二
6、任务二 实验探究：影响降落伞飞行时间的因素实验探究：影响降落伞飞行时间的因素1.问题问题降落伞的飞行时间与什么因素有关呢？通过阅读新降落伞的飞行时间与什么因素有关呢？通过阅读新闻闻，同学们，同学们知道，神舟十七号降落时使用的降落伞伞衣知道，神舟十七号降落时使用的降落伞伞衣为圆形为圆形，伞衣，伞衣的面积相当于的面积相当于3 个篮球场。再结合生活经个篮球场。再结合生活经验，同学们验，同学们猜想猜想：降落伞的飞行时间可能与降落伞的伞：降落伞的飞行时间可能与降落伞的伞衣的形状、伞衣衣的形状、伞衣的面积的面积、伞绳长度、降落伞的总质量和、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度等因素有关。降落的高度等因素有
7、关。感悟新知感悟新知深度理解深度理解问题是指初步问题是指初步具有具有科学探究意识，能科学探究意识，能在学习在学习和日常生和日常生活中活中发现发现问题，提出较为问题，提出较为合理的合理的猜测和假设。猜测和假设。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知2.证据证据(1)设计设计并进行实验并进行实验因为猜想影响降落伞的飞行时间的因素有多个，所以因为猜想影响降落伞的飞行时间的因素有多个，所以设设计计实验时要逐个考查其中一个因素对所研究问题的影响，实验时要逐个考查其中一个因素对所研究问题的影响，同时同时保持其他因素不变，这种研究方法叫作控制变量法。保持其他因素不变，这种研究方法叫作控制变量法。这里的这里的“变量变
8、量”是指影响所研究问题的因素是指影响所研究问题的因素。感悟新知感悟新知如如在本实验探究中在本实验探究中，所，所研究的问题是降落伞的飞行时间，研究的问题是降落伞的飞行时间，变量则包括伞衣的变量则包括伞衣的形状形状、伞衣的面积、伞绳长度、降落、伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度伞的总质量和降落的高度。因此。因此，本实验可以分解为以，本实验可以分解为以下五个实验：下五个实验：感悟新知感悟新知实验一：探究降落伞的飞行时间与伞绳长度是否有关实验一：探究降落伞的飞行时间与伞绳长度是否有关？实验实验时，需要控制伞衣的形状、伞衣的面积、降落伞的总时，需要控制伞衣的形状、伞衣的面积、降落伞的总质量
9、质量和降落的高度不变，只改变伞绳长度。和降落的高度不变，只改变伞绳长度。实验二：探究降落伞的飞行时间与伞衣的形状是否实验二：探究降落伞的飞行时间与伞衣的形状是否有有关关？实验时，需要控制伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的？实验时，需要控制伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的总质量总质量和降落的高度不变，只改变伞衣的形状和降落的高度不变，只改变伞衣的形状。感悟新知感悟新知实验实验三：探究降落伞的飞行时间与伞衣的面积否有关三：探究降落伞的飞行时间与伞衣的面积否有关？实验实验时，需要控制伞衣的形状、伞绳长度、降落伞的总时，需要控制伞衣的形状、伞绳长度、降落伞的总质质量和量和降落的高度不变，只改变伞衣的面积降落
10、的高度不变，只改变伞衣的面积。实验四：探究降落伞的飞行时间与降落的高度是否有实验四：探究降落伞的飞行时间与降落的高度是否有关？实验时，需要控制伞衣的形状、伞衣的面积、伞关？实验时，需要控制伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的总质量不变，只改变降落的高度。绳长度、降落伞的总质量不变，只改变降落的高度。感悟新知感悟新知实验五：探究降落伞的飞行时间与降落伞的总质量实验五：探究降落伞的飞行时间与降落伞的总质量是是否有关否有关？实验时，需要控制降落伞的伞衣的形状、伞衣的？实验时，需要控制降落伞的伞衣的形状、伞衣的面积面积、伞、伞绳长度和降落的高度不变，只改变降落伞的总质绳长度和降落的高度不变，只改
11、变降落伞的总质量。量。感悟新知感悟新知深度理解深度理解证据是指初步证据是指初步具有具有设计探究方案和设计探究方案和获取获取证据的能力，证据的能力，能能实施探究实施探究方案，使用方案，使用各种科技各种科技手段和方法手段和方法收集信息收集信息。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知(2)记录记录数据，收集证据数据，收集证据根据实验需要记录的项目设计表格，进行实验并记录根据实验需要记录的项目设计表格，进行实验并记录实实验验数据，如下表所示。数据，如下表所示。感悟新知感悟新知实验实验序号序号伞绳伞绳长度长度伞衣的伞衣的形状形状伞衣的伞衣的面积面积降落的降落的高度高度降落伞降落伞总质量总质量降落伞的降落伞的飞行
12、时间飞行时间11 m圆形圆形0.5 m23 m20 g3.67 s21 m圆形圆形1 m23 m20 g5.82 s31 m圆形圆形1 m23 m30 g4.91 s41 m正方形正方形1 m23 m20 g5.81 s51.5 m 正方形正方形1 m23 m20 g5.83 s61.5 m 正方形正方形1 m26 m20 g9.24 s感悟新知感悟新知注意注意控制变量法是控制变量法是物理实验物理实验探究活动探究活动中最中最基本的研究基本的研究方法之方法之一一。控制变量法中的控制变量法中的“变量变量”就是那些会影响就是那些会影响(或人们认为或人们认为可能会影响可能会影响)这个问题的因素，这些因
13、素这个问题的因素，这些因素可能是可能是正确的，正确的，也可能也可能是不是不正确的。正确的。控制变量控制变量法就是法就是研究两研究两个量之间的个量之间的关系时关系时，控制其他量，控制其他量不变。不变。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知(3)正确正确选择和使用测量工具选择和使用测量工具在实验前，需要测量伞衣的面积、伞绳的长度、降落的在实验前，需要测量伞衣的面积、伞绳的长度、降落的高度以及降落伞的总质量；实验时，需测量降落伞的飞高度以及降落伞的总质量；实验时，需测量降落伞的飞行行时间时间。因此，需要的测量工具有刻度尺、托盘。因此，需要的测量工具有刻度尺、托盘天平和天平和机械机械秒表秒表。正确。正确选择和
14、使用测量工具是一项基本技能。选择和使用测量工具是一项基本技能。感悟新知感悟新知深度理解深度理解根据测量的根据测量的实际要求实际要求选用测量工具选用测量工具。不同。不同的测量工具的测量工具其其分度分度值一般不同，精确值一般不同，精确程度程度也不同。实际也不同。实际要求测量要求测量精确精确度较高，度较高，就选用就选用精密度较高的精密度较高的测量测量工具。不同的工具。不同的测量工具测量工具其量程一般不同其量程一般不同。实际。实际要求所用测量要求所用测量工具工具的量程较大，就的量程较大，就选用量程选用量程较大的测量工具。较大的测量工具。使用任何测量使用任何测量仪器仪器，都要遵守其正确，都要遵守其正确的
15、操作的操作方法。一方法。一般来说般来说，在，在测量仪器使用前，测量仪器使用前，都要都要进行调零。若进行调零。若不能调不能调零，零，则要结合则要结合初始读数初始读数对测量结果对测量结果进行修正进行修正。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知(4)测量测量不规则图形的不规则图形的面积面积(方格纸法方格纸法)如图如图2 所示，把不规则图形放在方格纸所示，把不规则图形放在方格纸上，在方格纸上描下它的轮廓，数一下轮廓上，在方格纸上描下它的轮廓，数一下轮廓中包含的方格数，对不满一格而大于或等于中包含的方格数，对不满一格而大于或等于半格的都算一格，小于半格的都舍去不计。半格的都算一格，小于半格的都舍去不计。总的格数
16、乘一个格的面积，就是不规则图形总的格数乘一个格的面积，就是不规则图形的大致面积。的大致面积。感悟新知感悟新知3.解释解释在实验探究中，对上表记录数据的分析如下：在实验探究中，对上表记录数据的分析如下：(1)比较比较序号为序号为1、2 的两次实验可知，伞衣的形状、伞的两次实验可知，伞衣的形状、伞绳绳长度长度、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞衣、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞衣的的面积面积不同。第不同。第1 次实验中，伞衣的面积是次实验中，伞衣的面积是0.5 m2，降，降落伞的落伞的飞行飞行时间为时间为3.67 s；第；第2 次实验中，伞衣的面积次实验中，伞衣的面积是是1 m 2
17、，降落伞的降落伞的飞行时间为飞行时间为5.82s。感悟新知感悟新知由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞绳长度、由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞绳长度、降降落伞落伞的总质量和降落的高度一定时，伞衣的面积越大，的总质量和降落的高度一定时，伞衣的面积越大，降降落伞的落伞的飞行时间越长。飞行时间越长。感悟新知感悟新知(2)比较比较序号为序号为2、3 的两次实验可知，伞衣的形状、的两次实验可知，伞衣的形状、伞衣伞衣的的面积、伞绳长度、和降落的高度都相同，只有降落伞面积、伞绳长度、和降落的高度都相同，只有降落伞的的总质量总质量不同。第不同。第2 次实验中，降落伞的总质量是次实验中，降落伞的总质量是2
18、0 g，降落伞的降落伞的飞行时间是飞行时间是5.82 s；第；第3 次实验中，降落伞的次实验中，降落伞的总质量是总质量是3 0g，降落伞的飞行时间是，降落伞的飞行时间是4.91 s。感悟新知感悟新知由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞衣的面积、由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳伞绳长度和降落的高度一定时，降落伞的总质量越小，长度和降落的高度一定时，降落伞的总质量越小，降降落伞的落伞的飞行时间越长。飞行时间越长。感悟新知感悟新知(3)比较比较序号为序号为2、4 的两次实验可知，伞衣的面积、的两次实验可知，伞衣的面积、伞绳伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞衣长度、降
19、落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞衣的形状的形状不同。第不同。第2 次实验中，伞衣是圆形，降落伞的飞次实验中，伞衣是圆形，降落伞的飞行行时间是时间是5.8 2 s；第；第4 次实验中，伞衣是方形，降落伞次实验中，伞衣是方形，降落伞的飞行时间的飞行时间是是5.8 1 s。考虑误差的存在，。考虑误差的存在，5.8 2 s 和和5.8 1 s 可看作是时间相同。可看作是时间相同。由此可初步得出结论：降落伞的飞行时间与伞衣的由此可初步得出结论：降落伞的飞行时间与伞衣的形状无关形状无关。感悟新知感悟新知(4)比较比较序号为序号为4、5 的两次实验可知，伞衣的形状、的两次实验可知，伞衣的形状、伞衣伞衣
20、的的面积、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞面积、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞绳绳长度长度不同。第不同。第4 次实验中，伞绳长度为次实验中，伞绳长度为1 m，降落伞，降落伞的飞行的飞行时间时间是是5.81 s；第；第5 次实验中，伞绳长度为次实验中，伞绳长度为1.5 m，降落伞的降落伞的飞行飞行时间是时间是5.83 s。考虑误差的存在，。考虑误差的存在，5.81 s 和和5.83 s 可可看作是看作是时间相同。时间相同。由此可初步得出结论：降落伞的飞行时间与伞绳由此可初步得出结论：降落伞的飞行时间与伞绳长长度无关度无关。感悟新知感悟新知(5)比较比较序号为序号为5、6 的两次
21、实验可知，伞衣的形状、的两次实验可知，伞衣的形状、伞衣伞衣的的面积、伞绳长度和降落伞的总质量都相同，只有降落面积、伞绳长度和降落伞的总质量都相同，只有降落的的高度高度不同。第不同。第5 次实验中，降落的高度为次实验中，降落的高度为3 m，降落，降落伞的伞的飞行时间飞行时间是是5.8 3 s；第；第6 次实验中，降落的高度为次实验中，降落的高度为6 m，降落伞，降落伞的飞行的飞行时间是时间是9.24 s。由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞衣的面积、由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳伞绳长度和降落伞的总质量一定时，降落的高度越大，长度和降落伞的总质量一定时，降落的高度越大，降落伞
22、的降落伞的飞行时间越长。飞行时间越长。感悟新知感悟新知综上可知，降落伞的飞行时间与伞衣的形状、伞绳综上可知，降落伞的飞行时间与伞衣的形状、伞绳长长度无关度无关，与伞衣的面积、降落伞的总质量和降落的高度有，与伞衣的面积、降落伞的总质量和降落的高度有关关，伞衣，伞衣面积越大、降落伞的总质量越小、降落的高度越面积越大、降落伞的总质量越小、降落的高度越大，大，降落伞降落伞的飞行时间越长。的飞行时间越长。感悟新知感悟新知深度理解深度理解解释是指初步解释是指初步具有具有分析论证的能力，分析论证的能力，会使用会使用各种方法各种方法和和手段分析手段分析、处理信息，描述、处理信息，描述、解释、解释探究结果和探究
23、结果和变化趋势变化趋势，基于证据得出基于证据得出合理合理的结论。的结论。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知4.交流交流(1)上面上面的实验中，只比较一组实验数据就得出了结论的实验中，只比较一组实验数据就得出了结论，实，实验验结论可能具有偶然性。所以，为了得出普遍的结论，结论可能具有偶然性。所以，为了得出普遍的结论，应多次应多次进行实验进行实验。感悟新知感悟新知(2)在在探究降落伞的飞行时间与伞的形状、伞绳长度探究降落伞的飞行时间与伞的形状、伞绳长度的关系的关系时，对照组的实验数据相差为时，对照组的实验数据相差为1 s 或或2 s，这可能是误差，这可能是误差，但但也不能完全排除降落伞的飞行时间与伞的
24、形状、伞绳也不能完全排除降落伞的飞行时间与伞的形状、伞绳的的长度长度无关，所以应进一步进行研究。无关，所以应进一步进行研究。(3)降落伞降落伞的飞行时间还可能与伞衣材质等因素有关。的飞行时间还可能与伞衣材质等因素有关。感悟新知感悟新知深度理解深度理解交流是指初步交流是指初步具有具有交流与合作的交流与合作的意愿和意愿和能力，能准确能力，能准确表述表述、评估、评估和反思探究和反思探究过程与过程与结果。如，在次结果。如，在次实验探究实验探究中，中，可以从实验可以从实验过程过程是否合理、实验是否合理、实验结论是否结论是否准确、猜想的准确、猜想的影影响因素响因素是否全面等是否全面等方面进行方面进行反思与
25、交流。反思与交流。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知任务三任务三 降落伞比赛降落伞比赛(1)准备准备材料：方形的布若干块，线团，胶带，橡皮泥材料：方形的布若干块，线团，胶带，橡皮泥，剪，剪刀刀，如图，如图3 所示。所示。感悟新知感悟新知(2)制作降落伞制作降落伞(制作制作过程参考图如图过程参考图如图4 所所示示)以以小组为单位小组为单位制作降落伞。制作降落伞。第一步：将布裁剪成圆形或正方形作为伞面。第一步：将布裁剪成圆形或正方形作为伞面。第二步：剪出四根相同长度的线。将伞面第二步：剪出四根相同长度的线。将伞面上下上下对折对折再再左右左右对折，确定四个对称点。在确定对折，确定四个对称点。在确定的的四
26、四个点位置各用胶带个点位置各用胶带粘上粘上一根线的一端。一根线的一端。第三步：把四根线的另一端集中在一处，将橡皮泥粘在第三步：把四根线的另一端集中在一处，将橡皮泥粘在上面。把橡皮泥搓成球状，使线头缠绕其中。上面。把橡皮泥搓成球状，使线头缠绕其中。感悟新知感悟新知(3)进行进行比赛比赛站到二楼或三楼阳台，张开伞面，各小组分别将做好站到二楼或三楼阳台，张开伞面，各小组分别将做好的降落伞的降落伞从同一高度自然释放，记录降落伞的飞行时间从同一高度自然释放，记录降落伞的飞行时间。(4)交流交流与评价与评价对各小组自制降落伞的科学性、艺术性和飞行时间对各小组自制降落伞的科学性、艺术性和飞行时间进进行综合行综合评价。评价。课堂小结课堂小结跨学科实践：跨学科实践：降落伞降落伞不规则图形不规则图形面积的测量面积的测量活动活动:降落降落伞比赛伞比赛控制变量法控制变量法仪器的选择和使用仪器的选择和使用
