3 跨学科实践：降落伞（表格式教学设计）物理教科版2024八年级上册

该初中物理教学设计聚焦降落伞下降速度影响因素的探究，整合速度、力的概念与数学测量、工程技术，通过空投物资等视频导入，联系生活现象搭建“设计-制作-测试-改进”的探究支架。 以“最慢降落伞”比赛驱动，引导学生经历完整科学探究，深度运用控制变量法设计实验，如用方格纸测伞面面积、多次实验减少误差，落实科学探究与科学思维素养。小组合作提升动手与合作能力，为教师提供跨学科实践模板，激发学生探究兴趣。

第3节跨学科实践：降落伞 （教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 第3节跨学科实践：降落伞 教学 目标 物理观念 了解科学探究的基本要求。知道测量长度、时间与面积的基本原理。 科学思维 知道“控制变量”科学研究方法。 科学探究 体验自主探究活动过程。经历长度、时间与面积测量过程，体会物理测量的基本方法，会根据测量对象选择适当的仪器。 科学态度 与责任 通过经历探究过程，树立善于参与讨论与交流，勇于发表自己的观点与成果的意识。通过参与探究活动，培养尊重事实的科学态度，以及善于与他人合作的精神。激发学生对科学探究活动的热情，以及通过科学探究解决生活实际中的物理问题的兴趣。 教材 分析 《降落伞》是教科版八年级上册《机械运动》章节的跨学科实践课，其核心定位是对“速度”和“力”的概念进行综合应用与深化。本节内容巧妙地将物理知识与技术工程、数学测量相结合，引导学生通过“设计-制作-测试”的完整流程，探究影响降落伞下降速度的因素。教学的重难点在于引导学生真正理解和运用控制变量法设计实验，并定性分析下落过程中重力和空气阻力达到平衡的物理观念。这不仅是科学探究方法的初步实践，更是打破“物体越重下落越快”迷思概念、培养实证精神和合作能力的优质载体。 学情分析 初二学生动手兴趣浓厚，但缺乏系统科学的探究方法训练，控制变量法的实验设计能力和严谨的数据收集意识是亟待培养的核心能力。他们乐于竞争与合作，适合以小组项目（如“最慢降落伞”比赛）驱动学习，但需教师引导如何有效协作、理性面对实验失败并迭代改进。 教学重点 （1）经历“设计-制作-测试-改进”降落伞的完整探究过程。（2）深刻地理解并运用控制变量法来探究影响降落伞下降快慢的因素。 教学难点 （1）控制变量法的实验设计。（2）对实验方案的评估与优化（如：如何保证从同一高度静止释放？如何减小时间测量误差？） 教学 器材 刻度尺、秒表、自制降落伞、钩码、坐标纸（方格纸）。 教学过程 教师活动 学生活动 一、创设情景、导入新课（5分钟） 1.视频播放：播放一段空投物资、航天器回收或跳伞运动的精彩视频片段。 2.提出问题：“降落伞为什么能让人或物资安全降落？”“它的下降快慢和什么因素有关呢？” 3.揭示课题：今天我们就化身小小工程师，一起来设计和研究降落伞！ 4.驱动性任务：发布挑战任务——“制作一个下降速度最慢的冠军降落伞” 思考并回答问题，进入情景。 二、 新课讲授、师生互动（35分钟） （一）新知讲解：降落伞 1. 降落伞是一种使人或物从空中安全降落到地面的航空工具，广泛用于航空、航天和救援等领域。降落伞是蓝天中飘动的安全摇篮，它承载着人类对冒险与探索的渴望。 2.一个简单的降落伞通常由伞面、伞绳和悬挂物三部分组成。伞面是降落伞的主要部分，它可以增大空气阻力，减缓下降速度。伞绳则用来连接伞面和悬挂物，同时也可以调整降落伞的形状和姿态。悬挂物可以是一个人，也可以是一个物体(如图所示)。 （二） 实验探究：影响降落伞飞行时间的因素 1.提出问题：增加飞行时间，是设计降落伞的重要目标。降落伞在空中飞行的时间与什么因素有关? 2.猜想与假设（分组讨论）：同学们可以参考教材图片的提示进行大胆猜想和假设。（注意：①学生提出没有科学依据能够分析排除，可以根情况排除；②没有想到的教师可以补充；③无论学生提出怎样猜想都要予以鼓励表扬。） （1）猜想： 1.可能与降落伞的伞绳长有关 2.可能与降落伞的形状有关 3.可能与降落伞的面积有关多个变量？ 4.可能与降落伞开始下落高度有关 5.可能与降落伞的总重量有关 3.讲解控制变量法： （1）每一个影响探究结果的因素，都可以叫做一个变量。猜想中，影响降落伞在空中滞留时间的因素有许多。 （2）猜想必须通过实验来检验。为此设计实验时，常用的方法是先考察其中一个因素对所研究的问题的影响，而保持其他因素不变。在物理学中我们称为控制变量法。 （3）举例：可能与降落伞的面积有关 保持其他条件不变，只改变伞面的大小，测量并计算出每次伞面的面积，然后将做好的降落伞从同一高度下落，记录每种情况在空中停留的时间，然后比较。 （4）以小组为单位选择一个变量，说一下如何进行控制变量法。 例1：研究单摆摆动一次的时间与哪些因素有关时，采用的物理研究方法是（　　） A．控制变量法 B．建立模型法 C．比值定义法 D．微小量放大法 解：根据生活经验猜想单摆摆动一次的时间可能与摆球的质量、摆绳的长度、摆动的角度等因素有关，物理学中对于多变量的问题，探究某一个因素，必须控制其他因素不变，常常采用控制变量的方法进行研究。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选：A。 4.设计实验、制定计划： （1）选择器材、仪器： ①不同伞绳长、不同面积、不同形状、不同总重量的降落伞；②米尺、③秒表、④电子秤。 （2） 讲解： ①使用仪器的注意事项： 选择：不同的仪器有不同的量程和分度值，实验时根据需要选择合适的测量工具； 调零：测量仪器使用前一般要先调零；如不能调零，要记录初始数据，进行修正； 测量：读数时要求眼睛正视刻度，记录数据要求实事求是；读数时要估读到最小刻度的下一位； 归整：实验完毕要整理器材，放回原处。 ②测量技巧： 测量中，应动脑思考测量技巧。例如，对不规则的伞衣面积的测量，可以把伞衣放在方格纸上，在方格纸上描下它的轮廓，数一下图形中包含的方格数，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。总的格数乘以一个格的面积，就是伞衣的面积(如图所示 )。 例2：如图在实验探究：影响降落伞飞行时间的因素时，小聪猜想：降落伞在空中飞行的时间，可能与降落伞面积、降落伞质量、降落伞下降高度等有关。猜想必须通过实验来检验，下面的测量工具此实验中没有用到是（C） A．刻度尺和盒尺 B．机械秒表 C．温度传感器 D．托盘天平和砝码 例3：在选择测量仪器时，如果选用仪器的量程太小，就无法完成测量（或会损坏仪器） ，仪器量程太大，其相应分度值的一般也会较大，测量的误差也就大了(测量的准确程度是由测量仪器的分度值（或精度）决定的)。 例4：下列测量中可选用分度值为1dm的刻度尺的是( D ) A.测量身高 B.测量细铜丝的直径 C.测量要安装的玻璃的尺寸 D.测量运动场跑道的长度 （3） 操作步骤:根据控制变量的方法,多次实验,每次只改变一个影响降落伞在空中滞留时间的因素,保持其它的因素不变。 表格设计关键：1、寻找实验中的变量，瞄准实验目的（一般放在表格最后）。 2、一般实验都需要进行多次试验，避免实验的偶然性，使实验结论更具有普遍性。 设计记录数据的表格: 实验次数 伞绳长度 伞衣的形状 伞衣的面积 降落的高度 降落伞总质量 降落伞在空中飞行的时间 5.进行实验、收集证据 6.分析论证 （1）比较①②两组数据，可知：在其它条件一定的情况下,降落伞在空中滞留的时间与伞的面积有关,伞的面积越大,伞在空中滞留的时间越长。 （2） 比较②和③两组数据可知：在其它条件一定的情况下,降落伞在空中滞留的时间与伞的总重量有关,伞的总重量越大,伞在空中滞留的时间越短。 （3） 比较②和④两组数据可知:在其它条件一定的情况下,降落伞在空中滞留的时间与伞的形状无关。 （4） 比较④和⑤两组数据可知:在其它条件一定的情况下,降落伞在空中滞留的时间与伞的伞绳长无关。 （5）比较⑤和⑥两组数据可知：在其它条件一定的情况下,降落伞在空中滞留的时间与伞高度有关，伞的高度越高,伞在空中滞留的时间越长。 7.评估 在其它条件一定的情况（降落伞下落高度和降落伞总质量）下，降落伞在空中滞留的时间与伞的面积有关，而与伞的形状和伞绳的长度无关 8.交流与合作 降落伞在空中滞留的时间还与哪些因素有关呢? 再次实验，再次交流。 例5：下面是某小组同学进行降落伞比赛所记录的实验数据，请你帮他们完成实验后的分析与论证。 实验次数 降落伞绳长 降落伞的形状 降落伞的面积 降落伞的高度 降落伞的总质量 降落伞在空中滞留的时间 1 1m 圆形 0.5m2 3m 20g 3.67s 2 1m 圆形 1m2 3m 20g 5.82s 3 1m 圆形 1m2 3m 30g 4.91s 4 1m 正方形 1m2 3m 20g 5.82s 5 1.5m 正方形 1m2 3m 20g 5.82s 6 1.5m 正方形 1m2 6m 20g 9.24s 根据下表数据分析： （1）比较1、2两组数据可知：在其他条件一定的情况下，降落伞在空中滞留的时间随降落伞 面积增大，降落伞在空中滞留的时间变长； （2）比较2、3两组数据可知：在其他条件一定的情况下，降落伞在空中滞留的时间随降落伞 质量增大，降落伞在空中滞留的时间变短； （3）比较2、4两组数据可知：在其他条件一定的情况下，降落伞在空中滞留的时间与降落伞 形状无关，比较4、5两组数据可知：在其他条件一定的情况下，降落伞在空中滞留的时间与降落伞 绳长无关。 变式题：在降落伞比赛的活动中，小明将活动中的具体数据进行了记录，用于研究降落伞的飞行时间与哪些因素有关，请你分析表格中的数据并回答问题： 次数 降落伞的伞绳长（m） 降落伞伞衣的形状 降落伞的伞面面积（m2） 降落伞的总质量（g） 降落伞释放高度（m） 降落伞飞行时间（s） 1 1 圆形 0.5 20 3 3.67 2 1 圆形 1 20 3 5.82 3 1 圆形 1 30 3 4.91 4 1 正方形 1 20 3 5.81 5 1.5 正方形 1 20 3 5.83 6 1.5 正方形 1 20 6 9.24 （1）实验中利用到的科学实验的基本方法是 控制变量法。 （2）设计实验时，关于伞面面积的测量小明遇到了困难，在小组同学的帮助下小明顺利的测出了伞的面积如图每个小格面积为1cm2，伞覆盖90个格子则伞面积为 90cm2。 （3）分析表中数据4、5和2、4可知，降落伞飞行时间与降落伞的 伞绳长度 和 伞衣的形状有关。 （4）分析5和6能得到的结论是：降落伞释放高度越高，降落伞飞行时间越长。 学生听讲并思考。 学生思考并回答。 学生听讲并练习。 学生设计实验方案及表格。 进行实验、收集数据。 学生进行分析论证和评估。 三、 降落伞比赛降落伞设计中应注意的几个问题 （1）降落伞在空中自由飘落时只受两个力的作用：自身重力和空气阻力。自重越小或阻力越大时在空中飞行的时间越长，想取胜就得减小自重，增大阻力。 （2）减小自重的方法：在伞面大小、伞绳长短不变的情况下，选用轻薄的面料制作伞衣，用细棉线制作伞绳。经筛选发现一次性塑料桌布制作伞衣最合适。 （3）增大阻力的方法：在伞衣、伞绳的材料确定的情况下，尽量使伞降落时兜风的伞面最大。 例6：在降落伞比赛的活动中，小利将活动中的具体数据进行了记录，用于研究降落伞的滞留时间与哪些因素有关，请你分析表格中的数据并回答问题。 次数 降落伞的伞绳长（m） 降落伞的形状 降落伞的面积（m2） 降落伞的总质量（g） 降落伞释放高度（m） 降落伞滞留时间（s） 1 1 圆形 0.5 20 3 3.67 2 1 圆形 1 20 3 5.82 3 1 圆形 1 30 3 4.91 4 1 正方形 1 20 3 5.81 5 1.5 正方形 1 20 3 5.83 6 1.5 正方形 1 20 6 9.24 （1）活动中利用的测量工具有停表、天平、刻度尺。 （2）分析实验次数 2、3的数据可知：当其它条件相同时，降落伞滞留时间与降落伞的总质量有关。 （3）分析实验次数5、6的数据可知：当其它条件相同时，降落伞滞留时间与 降落伞释放高度有关。 （4）本实验用到的科学研究方法是：控制变量法。 学生听讲并记录。 课 后 练 习 题 1．小明得知身高大约是脚长的七倍，便测量并记录自己脚长分别为24.8cm、24.6cm、24.3cm、26.8cm、24.3cm。经分析，下列说法正确的是（B　） A．小明所用测量工具的分度值为1mm B．26.8cm是错误数据，在取平均值时应当舍去 C．多次测量的目的是消除误差 D．小明身高大约为1.6m 2．甲尺在30℃时和乙尺在﹣30℃时的刻度都是准确的，现用这两把尺在0℃的环境中测量同一长度，则两尺读数（　A　） A．甲偏大，乙偏小 B．甲偏小，乙偏大 C．均偏大 D．均偏小 3．我国古代曾用张开的大拇指与中指间的距离作为长度单位，称为“拃”。如图所示，利用刻度尺测量某人“一拃”的长度。根据图中信息，下列说法正确的是（　C　） A．测量时，必须从零刻度线量起 B．读数时，视线从甲方向去观察会产生误差 C．为了使结果更准确，我们可以选择分度值更小的刻度尺 D．记录下，“一拃”的长度为19.0m 4．下列有关长度和时间的测量，说法错误的是（D） A．测量任何物理量都必须首先规定它的单位 B．记录测量数据时，不但要记录数值，还必须注明测量单位 C．在长度测量时，如果刻度尺的零刻度线磨损了，也可以进行测量 D．多次测量求平均值、选用精密测量工具、改进测量方法，都可以减小并消除误差 5．小明为了给窗子配上一块玻璃，在以下的测量工具中，测量窗框尺寸最合理的是（C） A．分度值是1mm，长度是20cm的学生尺 B．分度值是1cm，长度是15m的皮卷尺 C．分度值是1mm，长度是2m的钢卷尺 D．以上刻度尺均可测量 6．茶饼的起源可以追溯到两晋南北朝时期，图中与物理书并排摆放的茶饼直径接近（B） A．18mm B．18cm C．18dm D．18m 7．小丽同学用分度值为1mm的刻度尺测量铅笔长度，结果分别是16.29cm、16.28cm、16.27cm，关于三次测量结果，下面说法中正确的是（D） A．只有16.29cm正确 B．只有16.28cm正确 C．只有16.27cm正确 D．三次结果都正确 8．小科发现爷爷家摆钟的摆，摆动一次的时间是相等的。于是思考：摆的质量和摆的长短（摆球重心到悬挂点O的距离）对摆的周期有没有影响呢？于是他用不同的摆长挂上同一小球进行多次实验，发现周期明显不同。接下来他又用相同的摆长挂上质量不同的小球进行了探究，实验数据如表所示。综合以上实验分析，可得到的结论是（C） 实验次数 1 2 3 4 5 小球材质 铝球 铁球A 铁球B 铜球 泡沫球 小球直径 22.22 22.24 22.20 22.20 22.20 小球质量 15.5g 25.3g 44.7g 51.0g 5g 周期 1.796s 1.798s 1.795s 1.796s 2.758s A．与摆的质量、摆长都有关 B．与摆的质量有关，和摆长无关 C．与摆的质量无关，和摆长有关 D．有时与质量有关，有时与摆长有关 9．如图所示，22圈细丝的总长度为 　2.00　 cm。采用这种方式测量是为了 　减小误差　 。 10．如甲图，用A、B两把刻度尺测量同一物体长度，其中 　B　 尺摆放错误，该物体的长度为 　2.20　 cm；图乙中停表的示数是 　187.5　 s。 11．小明同学在长度和时间的测量学习中，完成了如下测量实验，如图甲所示，圆柱形物体A的直径为 　1.20　 cm；如图乙所示，秒表的读数为 　104　 s。 12．我国古代把女子一拃长称为“咫”，男子一拃长称为“尺”，“近在咫尺”形容距离很近。图甲中比例尺为1：10，图乙是实际的刻度尺。图甲中“咫”与“尺”的长度相差约为 　3.0　 mm。实际“咫”与“尺”的长度相差约为 　3.00　 cm。 13．图甲为我国古代的滴水计时工具——漏刻，图乙为它的模拟示意图。漏水壶通过底部的出水口向受水壶中滴水，受水壶中的箭尺始终处于漂浮状态，通过受水壶口对应箭尺上的刻度（图漏水壶乙中刻度未标）计时。当受水壶中液面升高时，箭尺排开水的体积 　不变　 ；该装置中，箭尺上的刻度是 　不均匀　 （选填“均匀”或“不均匀”）的。 14．在探究降落伞滞空时间与哪些因素有关的实验中，同学们记录的实验数据如下表，分析表中数据并回答问题。 次数 伞绳长（m） 伞的形状 伞面积（m2） 伞质量（g） 释放高度（m） 滞空时间（s） 竞赛通知 定于9月31日举办降落伞飞行赛，请自制降落伞，悬挂物是10g钩码，伞面和伞绳总质量不超过20g。比赛时降落伞从指定高处落下，在空中滞留时间最长着胜。 47中物理活动小组 1 1.5 正方形 1 20 6 9.25 2 1.5 正方形 1 20 3 5.85 3 1 正方形 1 20 3 5.85 4 1 圆形 0.5 20 3 3.65 5 1 圆形 1 20 3 5.85 6 1 圆形 1 30 3 4.90 （1）活动中用到的测量工具有天平、　刻度尺　 、　秒表　 ； （2）分析 　3和5　 两次实验证据可知：降落伞的滞空时间与降落伞形状无关； （3）在（2）的基础上，继续分析4和5两次实验证据得到的初步结论是 　在绳长、总质量相同时，伞面面积越大，伞滞空时间越长　 ； （4）要探究降落伞的滞空时间与降落伞总质量的关系，应分析 　5和6　 两次实验证据。 （5）结合上述探究，你该如何设计你的降落伞来赢得比赛？　在伞的总质量一定条件下，尽量增大降落伞面积　 。 15．降落伞是让人或物体从空中安全降落到地面的一种工具，广泛用于应急救生、空投物资等。物理实验小组对“降落伞在空中滞留时间的影响因素”展开了实验，他们提出如下猜想： 猜想一：降落伞在空中滞留时间与伞面的材料有关； 猜想二：降落伞在空中滞留时间与伞面的面积有关； 猜想三：降落伞在空中滞留时间与伞和重物的总质量有关； 实验次数 伞面材料 伞面面积/cm2 伞和重物的总质量/g 滞留时间/s 第1次 第2次 第3次 平均值 1 纱布 1200 200 8.6 8.5 8.7 8.6 2 棉布 1200 200 9.3 9.5 9.4 9.4 3 防水布 1200 230 10.7 10.8 10.9 10.8 4 防水布 1500 230 13.1 13.4 13.4 13.3 5 纱布 ____ 230 （1）同学们从实验室找来了纱布、棉布、防水布、透明胶带、绳子、天平、空塑料盒（带盖子）、细沙。如图所示，将装有沙子的塑料盒挂在降落伞上，并使它从三楼窗户处自由下落（纱布、棉布、防水布规格均有1200cm2和1500cm2两种）。同学们发现缺少一种测量工具 　秒表　 ，完善实验器材后继续实验，获得以下数据： （2）在验证猜想一、二时，要控制 　伞和重物的总质量　 不变； （3）通过表格信息可得出：当降落伞和重物总质量相等、降落伞材料相同时，降落伞的伞面面积越 　大　 （选填“大”或“小”），降落伞在空中的滞留时间越长； （4）通过表格中 　1、2　 次的实验数据还能得出，降落伞在空中的滞留时间与降落伞的材料有关； （5）针对上述猜想三，同学们发现所收集的数据并不完整，经大家讨论，表格中横线位置应填 　1200　 ； （6）实验结束后，小西将装有半盒和满盒细沙的塑料盒，分别从三楼窗户处自由下落，两次下落时间都为1.2s，比带有降落伞的时间明显小。小西分析，降落伞是通过增大 　伞面面积　 增大降落伞所受的空气阻力，从而增大了降落伞在空中的滞留时间； （7）以上实验，用到的科学探究方法是 　控制变量法　 。 板 书 设 计 第3节　跨学科实践：降落伞比赛 1. 科学探究过程：提出问题、猜想与假设、设计实验与制定计划、进行实验与收集证据、得出结论做出解释、交流评估与反思。 2.选择合适的仪器（量程、分度值）、正确使用仪器（调零、修正）、研究测量技巧（方格估算面积） 3.控制变量法：实验探究时，每次只让某一个变量改变数值，保持其它量的值不变，以便确定这个变量对探究结果的影响，这种方法叫控制变量法。 4.降落伞飞行时间与降落伞的质量、面积、降落高度有关。与伞的形状、伞绳长无关。 课 堂 小 结 第3节　跨学科实践：降落伞比赛 教学反思 在于以“制作最慢降落伞”项目驱动，有效激发了学生的探究兴趣。小组合作制作与测试环节充分体现了“做中学”的理念，学生对控制变量法的应用有了显著加深，能初步从受力平衡的角度分析现象。是时间安排前松后紧，实验设计环节讨论耗时较长，导致部分小组未能充分进行数据分析与评估反思。此外，部分小组在操作中存在释放高度不统一、计时不同步等误差，影响了数据的准确性。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$