实验探究：沉浮条件在气体介质中的适用性验证 ---2023-2024学年教科版物理八年级下册

实验探究：沉浮条件在气体介质中的适用性验证 初中物理 AI赋能跨学科：二氧化碳中气球的漂浮 说课教师：何磊（崇州市三江中学校） 第十届全国中小学实验教学说课活动 初中物理 01. 实验基本信息 02. 实验设计思路与创新点 03. 实验原理 04. 实验目标 05. 教学过程 06. 实验效果评价 实验基本信息 01 教材的地位与作用 力学知识体系的综合应用：《沉与浮》它建立在学生已经学习过的密度、力学、力与运动的关系以及浮力的基础上。既是对前面知识的综合应用，也是对这些知识的深化和拓展。 实践应用的桥梁：浮力知识在日常生活和生产实践中有广泛的应用，如潜水艇、热气球的沉浮。通过理论联系实际，引导学生将所学知识应用于解决实际问题，体现物理学的实用价值。 培养综合应用能力：需要综合运用所学知识来分析物体的浮沉条件。 增强实验探究能力：通过动手实践改变物体的重力或介质密度来观察物体的浮沉情况。 提升问题解决能力：学生能够运用所学知识解释生活中的浮沉现象，有助于提升学生的问题解决能力和理论联系实际的能力。 培养科学态度和价值观：在实验探究过程中，学生需要保持严谨的科学态度，认真观察实验现象、记录实验数据并进行分析总结。 学情分析 知识储备情况：对阿基米德原理与沉浮条件在气体浮力中的应用有一定的认识。 生活经验与感性认知：对于浮力这种常见的生活现象有一定的感性认知。 学习难点与挑战：对于气体中的浮力，特别是沉浮条件的认识是难点。 学习动机与兴趣：尽管面临一些学习上的困难，八年级学生通常对学习物理保持着一定的兴趣和好奇心。通过生动有趣的实验和实例，激发学生的学习兴趣和探究欲望，可以引导他们主动参与浮力知识的学习过 实验的原因与目标 实验的原因： 1. 解决教材中《做一个热气球》中学生的疑惑 2. 验证沉浮条件及阿基米德原理在对气体中的适用性 实验的目标： 让学生吹的气球浸入二氧化碳气体中实现气球的漂浮，让学生亲历沉浮条件在气体浮力中的应用，以及对阿基米德原理适用范围的深刻理解 实验设计思路与创新点 02 实验器材 1-透明塑料盒 2-二氧化碳产生仓 3-磁力搅拌器 4-二氧化碳产生仓仓盖5-连接导管 6-固定底座 7-二氧化碳浓度传感器 创新点：物理与化学两种获得二氧化碳方式 干冰升华 化学方法制备 二氧化碳 创新点：传感器的应用 温度传感器 二氧化碳浓度传感器 传感器 创新点：磁力搅拌器的应用 反应仓内的柠檬酸与碳酸氢钠粉末加入水后，其反应速率在于两者充分溶解于水并充分混合。这时可以利用磁力搅拌器进行控制。 实验原理 03 实验原理 1. 二氧化碳的气态密度（1.997g/L）> 空气的密度（1.293g/L） 2. 干冰升华获得温度较低密度较大的二氧化碳气体 3. C6H8O7（柠檬酸）与NaHCO3（碳酸氢钠）反应的方程式为： 3NaHCO3 + C6H8O7 = C6H5O7Na3 + 3H2O + 3CO2↑ 实验原理 温度传感器 二氧化碳产生 干冰/化学反应仓 二氧化碳浓度传感器 磁力搅拌器 实验教学目标 04 核心素养下的实验教学目标 1. 掌握浮沉条件在气体中的应用 2. 理解阿基米德原理在气体中的应用 3. 了解二氧化碳的化学制备方法 4. 会使用人工智能进行知识的学习、鉴别 实验教学过程 05 实验的提出背景 情境创设：《做一个热气球》中学生对热气球初始上浮阶段存疑 实验驱动问题 学生吹的气球会在空气中下落，根据阿基米德原理，吹的气球越大所受浮力越大，为何还是不能漂浮？ 驱动问题：如何让气球能实现漂浮 灵感来源及实验安全 3. 引导学生查询（常温常压）： 二氧化碳的气态密度 （1.997g/L） 空气的密度 （1.293g/L） 4. 二氧化碳安全无毒，实验中的二氧化碳对环境几乎没有影响。 问题：如何获得高纯度的二氧化碳气体？ 1. 氦气球：氦气在地壳中的丰度极低，建立保护稀有资源的意识。 2. 根据沉浮条件，气球如果漂浮在密度比自身大的气体中，可实现漂浮。 干冰升华获得二氧化碳 课堂生成问题：干冰不易储存，还有哪些方法获取二氧化碳？ 多渠道获取二氧化碳的制备方法 1. 询问学校的化学老师 2. 通过与AI对话来习得 C6H8O7 （ 柠檬酸 ） NaHCO3（碳酸氢钠） 实验展示 阿基米德原理 沉浮条件 误差分析 气体分界面寻找的误差： 由于采用了在竖直方向间隔两只蜡烛的方式寻找二氧化碳与空气的分界面，蜡烛的大小与间隔放大了分界面误差。同时由于气体更易被扰动也存在系统性误差。 误差分析 阿基米德原理验证中的误差： 阿基米德原理指明物体所受浮力与其浸入气体中的体积有关，本实验中大小不同的气球也同时造成了其重力上的微小差别。 关于AI学习的反思 实验效果评价 06 实验效果与反思 本实验效果显著，能引发课堂生成问题，教师引导学生通过改进实验方法和引入新材料，验证了沉浮条件在气体中适用性，并且提升了学生的实验技能与思维能力。 本实验中有一定的留白，即在二氧化碳检测时，仅利用其不助燃的特性，为学生后续深入学习二氧化碳的其他检验方法（如观察澄清石灰水是否变浑浊）留下了充足的探究空间与欲望。 此外，本实验颠覆常规，通过改变外界气体实现气球漂浮，这一设计有效锻炼了学生的逆向思维能力。同时，借助人工智能实现化学的跨学科学习，让学生亲身体验到人工智能在跨学科探究中的潜力与局限。这不仅提升了学生的学科素养，也满足了新时代对创新人才培养的需求。 谢谢! 2024.10 中国·昆明 Lavf58.28.100 $$