资源简介

教学设计
案例名称 跨学科实践：制作简易活塞 提供者 -
教材分析
（1）本节课的主要教学内容是跨学科实践：制作简易活塞式抽水机。这一主题将物理学原理与实际操作紧密结合，让学生通过动手实践深入理解物理概念。 （2）本节课主要介绍了活塞式抽水机的工作原理、制作方法及其在大气压强作用下的应用等知识点。通过理论学习和实践活动，学生不仅能够掌握活塞抽水机的基本原理，还能学会如何利用身边材料制作一个简易的抽水机模型。 （3）通过学习本节课，学生能够培养实践操作能力、问题解决能力和团队合作精神。此外，课程还旨在激发学生对科学探索的兴趣，培养创新思维和环保意识，使学生体验到知识的综合运用，并在轻松愉快的氛围中提高科学素养。
教学目标
（1）物理观念：理解活塞式抽水机的工作原理，掌握大气压强在其中的应用，形成对物理现象的科学认知。 （2）科学思维：通过分析活塞式抽水机的工作过程，培养逻辑推理和问题解决能力，提升科学思维能力。 （3）科学探究：通过动手制作和测试活塞式抽水机，培养实验设计与操作能力，增强探究实践的意识。 （4）科学态度与责任：在制作和优化过程中，培养团队合作精神和创新意识，增强环保责任感。
教学重难点
（1）理解并掌握活塞式抽水机的工作原理，特别是大气压强在其中的应用，培养学生从物理现象中抽象出科学原理的能力。 （2）通过动手制作简易活塞式抽水机，提升学生的实践操作能力和问题解决能力，同时培养团队合作精神和创新思维。
教学方法
实验法、小组合作法
教学环境及资源准备
（1）多媒体设备：投影仪、电脑、扬声器，用于展示 PPT 和相关视频，确保学生能够清楚地看到演示内容和听到讲解。 （2）实验器材：每个小组需准备一个空塑料瓶、一根筷子、一块塑料片、一个玻璃球、一块橡皮膏、一根塑料管，以及洗涤液空瓶用于实验。 （3）辅助材料：打印好的活塞式抽水机工作原理图解、制作步骤指南，供学生在动手操作时参考。
教学过程
一、导入新课 教师活动：在生产和生活中，人们常常使用抽水机将水从低处抽取到高处。其中一种常见的形式是活塞式抽水机，它通过人力反复提压手柄来实现抽水功能。今天，我们就一起来动手制作一台简易的活塞式抽水机。 （学生思考问题，进入情境。） 二、学习新课 一、活塞式抽水机原理 提出问题 教师活动：拿一个注射器，将其针头插入装有水的盆中，然后向上拉动活塞，你会发现水从低处升到了高处。但若向下压活塞，水就会被挤回盆里。那么，我们怎样才能让这个现象持续下去，从而不断将水提升到高处呢？ （学生思考如何利用注射器的现象解释活塞式抽水机的工作机制。） 活塞式抽水机的构成 教师活动：请大家观察一下活塞式抽水机的模型，它主要由圆筒、活塞、出水管和两个单向阀门 A 和 B 组成。 （生：老师，活塞是什么样的？） （师：活塞就像一个圆柱形的塞子，能紧密地贴合在圆筒的内壁上，这样可以保证气密性。） （生：那这两个阀门又是怎么工作的呢？） （师：这两个阀门都是单向阀，也就是说，它们只能朝一个方向打开，当水流过时会自动关闭。） 活塞式抽水机的工作原理 教师活动： 提起活塞时，阀门 A 由于大气压的作用而关闭。此时，活塞下面的空间内空气稀薄，其内部压力小于外界的大气压，因此低处的水受到大气压的作用，推开阀门 B 进入圆筒。 当压下活塞时，阀门 B 被水的压力关闭，防止水向下流。这时，水冲开阀门 A 进入圆筒的上部。 再次提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门 A 关闭，水便从侧管流出。同时，井里的水在大气压的作用下再次推开阀门 B 进入圆筒。 【播放视频】——《抽水机的工作原理》 （师生共同分析原理，学生观看视频，加深理解。） 例题讲解 教师活动：【例题 1】如图是活塞式抽水机工作的示意图，下列说法错误的是（　） A．抽水机是利用大气压来工作的 B．在图甲中，阀门 A 与 B 都是单向阀门 C．在图乙中，在 Q 点向上抬手柄 PQ 时，阀门 B 由于受液体压力而关闭，水被阻不能向下流动 D．这样的抽水机提升水的高度可以无限高 【答案】D. 【解析】 A．抽水机通过排除筒内的空气，使其内部形成负压，水在外力（即大气压）作用下被推入高处，故 A 正确； B．图中的 A 和 B 均为单向阀门，确保水只能单向流动，故 B 正确； C．当手柄 PQ 被向上抬起时，阀门 B 由于内部水的压力而闭合，从而阻止了水的回流，C 也是正确的； D．由于大气压有限，抽水机所能提升的最大高度大约为10 米左右，并非无限高。因此，D 选项是错误的。 所以选 D. （学生做例题 1，巩固对活塞式抽水机原理的理解。） 二、设计并制作活塞式抽水机 设计活塞式抽水机 教师活动：我们要自己动手做一个小型的活塞式抽水机，首先需要考虑的关键问题包括：如何选择一个密封性好的圆筒？如何制作活塞？进出水口的位置及形式应该怎样设定？此外，还需要考虑如何制作两个单向阀门。 （各小组讨论设计方案。） 所需材料 教师活动：请准备好以下材料：一个洗涤液瓶（空瓶子）、一根筷子、一块塑料片、一个玻璃球、一块橡皮膏以及一根塑料管。 （学生了解制作所需的材料。） 具体步骤 教师活动： 如图甲所示，先剪掉瓶子的底部，保留瓶身作为抽水机的主体部分。再将刚剪下的部分修剪成合适的尺寸，作为活塞，确保其外径与瓶身内径相匹配。 参照图乙，在瓶子侧面适当位置打一个孔，插入准备好的塑料管充当出水管。接下来，去除瓶盖内的小帽，以便将瓶口用作进水口。 图丙展示了活塞的加工细节：在活塞上钻两个小孔 A 和 B。孔 A 用于固定筷子作为操作杆；用橡皮膏将塑料片的一边固定在活塞上，使其能灵活启闭孔 B，成为一个阀门。将玻璃球放入瓶体内，作为另一个阀门。 最后，将处理好的活塞装入瓶中，确保所有部件均安装到位。将整套装置浸入水中，通过上下移动活塞来进行抽水动作。 （学生根据老师的指导逐步完成制作任务。） 测试与调整 教师活动：将组装完毕的抽水机放置于水中，注意不要让水面超过出水口的高度。通过上下拉动活塞来检验设备的功能是否正常。重点检查各个连接部位是否存在漏水或阀门关闭不严的情况，并做出相应调整直至达到最佳状态。 （学生进行实际操作，调试自己的作品。） 展示交流 教师活动： 各组依次演示本组制作的抽水机，并与其他小组比较谁的抽水效果更好。 介绍各自的设计理念，说明选择特定材料的原因及其对最终成品的影响。 探讨如何进一步优化当前设计，使之更高效、更耐用。 【播放视频】——《自制活塞式抽水机》 （学生相互交流心得体会，分享成功的经验和可能遇到的问题。） 拓展 —— 离心抽水机 教师活动：除了我们刚刚学习和制作的活塞式抽水机之外，还有一种非常实用的类型叫做离心抽水机。这种类型的泵在启动之前需先注满水并排出空气，一旦运行起来，叶轮会在电机带动下迅速旋转，从而使泵壳内的水也跟着高速运转起来。随着水流被甩出至出口管道，叶轮附近的压力会降低，外部水源将在大气压的作用下涌入泵体，如此往复循环，就能持续不断地把水输送至目的地。 （学生初步了解离心抽水机的基本构造和工作方式。） 三、课堂练习 基础练习 教师活动：1．活塞式抽水机的操作流程如下：当活塞被缓慢拉起时，阀门 A______，地下水在________的作用下推开阀门______，流入圆筒内部。 【答案】关闭，大气压，B。 【详解】当活塞上升时，阀门 A 会自动闭合，阻止上方空气进入下方空间。由于活塞下方的气压变得低于外界环境中的气压，地下水便在后者推动下打开了位于下方的阀门 B，进入到装置中。 （学生独立完成习题。） 深化练习 教师活动：2. 在实际应用中，如果想要成功地将水从低海拔地区引到更高处，我们需要借助什么自然力量？请结合所学知识简要说明这一过程。 【答案】大气压强。 【详解】当活塞被提起到一定高度时，阀门 A 因内外气压差而关闭，与此同时，较低处的水源在大气压迫使下推开阀门 B 进入容器。随后，当活塞下降时，阀门 B 会被水流关闭，导致原本存在于圆筒顶部的水被迫通过打开的阀门 A 进入新的位置。重复上述过程多次即可实现连续抽水功能。 （学生认真思考并回答问题。） 综合练习 教师活动：3．给定如下情景，请判断哪项描述不符合活塞式抽水机的实际工作情况。（　） A．抽水机依靠大气压运作 B．阀门 A 与 B 都具有单向导通性 C．提起活塞时，阀门 B 会在外部压力下开启 D．该类设备能够无限制地提高扬程 【答案】D. 【详解】前三项陈述均符合实际情况，唯有 D 项违背了物理学常识，因为标准状态下，大气压仅能支撑约十米高的水柱，不可能实现无限高度的提升。
作业布置
（1）请根据课堂上所学的活塞式抽水机的工作原理，绘制出活塞式抽水机工作原理的流程图，并简要说明每个步骤的作用。 （2）设计一个简易活塞式抽水机的优化方案，从材料选择和结构设计两方面考虑，简述你的优化想法及预期的效果。

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