第一单元 空气 实验操作指南(教用版)-【实验班】2026-2027学年四年级上册科学提优训练（教科版·新教材）

第一单元 空 气 1 感受空气 知识要点速记 1.我们周围到处都有空气。当我们开窗通风时，风会吹动窗帘，让我们感觉到空气 流进了室内。 2.空气的特征：看不见抓不着，无色无味；容易泄漏；很轻但有质量；可使袋子鼓起来， 但摸起来很软；会流动等。 3.空气没有固定形状，也没有固定体积。 4.空气和水都会流动，都没有固定的形状。空气很轻，而水较重。 5.土壤里面也有空气。 6.风就是快速流动的空气。通过被风吹动的物体寻找空气存在的证据。 实验操作指南 实验 寻找空气存在的证据 实验目的 借助生活中的物品寻找空气存在的证据。 实验材料 塑料袋、空塑料瓶、烧杯、水、水槽、粉笔等。 实验步骤 1.将塑料袋里装满空气，用手挤压塑料袋，感受变化。 2.将空塑料瓶倾斜放入水中，观察瓶口现象。 3.将粉笔放入水中，观察现象。 4.比较空气和水（分别在两个同样大小的塑料袋中装入水和空气，然后压一压、 掂一掂)。 实验班 是优圳练 实验现象 注意事项 1.用手挤压塑料袋，感觉塑料袋会变形。 空塑料瓶放入水中时需倾斜 2.空塑料瓶瓶口有气泡冒出。 放。比较空气和水时要小 3.粉笔放入水中产生了气泡。 心，别把塑料袋弄破了。 4.空气和水都会流动，都没有固定的形状，空气很轻，水较重。 实验结论空气是无色、无味，真实存在的。 教材研讨答案 1.我们看不到空气，用哪些方法可以证明空气的存在？这些方法中哪些更有说服 力？为什么？ 生活中可以通过挤压密封塑料袋、吹气球、扇动纸条等方法证明空气真实存在。 撑开塑料袋后扎紧袋口，用力向内挤压袋体，袋子不易被压实收缩，是因为袋内 封存的空气占据空间、阻碍挤压；向气球中吹气，空气不断充入使气球膨胀鼓起； 快速扇动纸条，纸条晃动，面部感觉到气流，源于空气流动。在上述几种验证方 法里，挤压密封塑料袋说服力最强，该实验依托实物变化直观证实空气占据空 间，实验现象稳定客观、可重复操作，不受人的主观感受千扰；而吹气球依靠外形 变化、扇动纸条依靠人体触觉感知空气，判断结果容易受个人感官影响，对比之 下证明空气存在的说服力较弱。 2.空气和水有什么不同？ 空气属于气体，看不见、摸不着，没有固定的形状，受到外力挤压时体积容易变 小、具备可压缩性，同等体积下质量很轻，能够不受高低限制向四面八方自由扩 散流动；水属于液体，看得见、摸得着，受到挤压后体积几乎不会发生改变、难以 压缩，相同体积的水质量远大于空气，受重力影响，常态下水大多由地势高处向 地势低处流动。 2 空气能占据空间吗 知识要点速记 1.空气占据一定的空间，并且充满各处。 2.为了方便观察瓶内水位的变化，可以在瓶内水面上撒一些漂浮物（如泡沫、塑料）。 注：这里的“水位”指的是容器中水面距离容器底部的高度。无论装水的容器怎样倾 斜，我们看到的水面在水静止不动时总是平直的。我们把这条平直线叫作“水平线”。 2 实验操作指南 实验 空气占据空间 实验目的 证明空气占据空间。 实验材料 水槽、透明塑料瓶、小球、打气筒等。 实验步骤 1.剪掉塑料瓶的下半部分，将上半部分竖直压入水中，观察水位的变化（为了方 便观察瓶内水位的变化，可以在瓶内放一个小球漂浮在水面上)。 2.拧紧瓶盖，慢慢将塑料瓶的上半部分竖直压入水中，观察小球的位置并记录。 3.拧开瓶盖，把空气放出来，观察小球的位置有什么变化并记录。 4.用打气筒向瓶中注入一些空气，观察瓶中的水位会发生什么变化并记录。 实验现象 注意事项 1.拧紧瓶盖，将塑料瓶上半部分压入水中，水无 向下压塑料瓶时要竖直压入 法完全进入瓶内，小球未上浮。 水中，确保空气被密封在 2.将瓶盖拧开，瓶中的空气从瓶口流出，水进入 瓶内。 瓶中，小球随瓶内水面向上浮动。 3.向瓶内打气，空气进入瓶中，把瓶内的水挤压排出，瓶内水位下降，小球随水 面下降。 实验结论空气占据一定的空间。 3 实验班 提优圳练 @教材研讨答案 1.瓶中水位的变化是怎样产生的？ 瓶内水位变化的本质是空气占据空间，空气与水相互挤占瓶内有限容积带来的 结果。当瓶口处于敞开、未密封状态时，瓶内原有空气能够顺着瓶口向外自由流 出，原本被空气占据的瓶内空间被腾出，外部的水就可以持续进入瓶中，瓶内水 位随之慢慢上升；如果拧紧瓶盖，整个瓶体形成密闭环境，瓶里的空气被封闭在 容器内部无法向外排出，空气始终占据着瓶内一部分空间，水便难以继续流入， 瓶内水位就不再升高；若向密封的瓶内额外打入空气，瓶中空气总量不断增多， 空气挤占的瓶内空间持续变大，就会挤压瓶里的水体，促使瓶内的水向外排出， 最终直观表现为瓶内水位逐步下降。 2.空气能占据空间吗？还有其他方法可以证明空气的这一性质吗？ 空气能占据空间。往瘪气球中吹气，气球鼓起来；把塑料袋撑开，往里面兜风，再 抓紧袋口，袋子会变得鼓鼓的；用漏斗倒油时，速度太快导致油漏不下去等都可 以证明空气占据一定的空间。 3空气占据的空间会改变吗 E 知识要点速记 1.空气和水一样，都能占据空间。空气占据的空间容易被压缩，也容易被扩张；水占据 的空间不容易被压缩，也不容易被扩张。 2.被压缩的空气具有弹性，被压缩得越厉害，弹性越强；空气占据的空间容易被扩 张，被扩张的空气有恢复原来状态的能力，因此也会产生一股力量。 3.空气压缩枪利用被压缩的空气产生的弹力把“子弹”发射出去。 4.利用被压缩的空气有弹性的特点，人们制造了充气轮胎、充气城堡、充气坐垫等。 5.注射器里的空气和水的变化说明空气占据空间的大小是可以变化的，而水占据 空间的大小基本不会变化。 6.生活中用打气筒给篮球充气、按压洗手液瓶子等都运用了空气可以被压缩的 性质。 实验操作指南 实验比较空气与水占据空间的不同 实验目的 用注射器研究空气和水占据的空间。 实验材料 两个相同的注射器、水等。 实验步骤 注意事项 1.用两个相同的注射器分别抽进10毫升的空气 控制两个注射器刚抽入水和 和水，记录注射器的初始刻度。 空气时的活塞刻度相同。挤 2.用手分别堵住两个注射器管口，慢慢用力向下 压时，要及时记录活塞的 压活塞，直到活塞压不动为止，观察并记录此时 刻度。 的刻度。 3.用相同的方法向上拉活塞，直到活塞拉不动为止，观察并记录此时的刻度。 4.重复做几次上面的实验。 5.在记录表上记录向下压和向上拉时，管内水和空气占据空间的变化情况。 实验记录 注射器内空气和水占据空间的情况对比实验记录表 注射器内的物体 用力向下压活塞时的刻度 用力向上拉活塞时的刻度 空气 30m 马 水 实验结论空气占据的空间大小是可以变化的；水占据的空间大小基本没有 变化。 实验班 是忧练 教材研讨答案 1.根据注射器实验我们可以推测，在探索2中当我们挤压装空气的塑料瓶时，瓶中 的空气被压缩了，这样说对吗？说一说理由。 这种说法是正确的。结合注射器压缩空气的实验结论可知，空气具备能够被压 缩的特性。当瓶口封闭、内部空气无法向外溢出时，挤压塑料瓶，瓶体受外力作 用发生形变、内部容纳空间不断缩小，密闭在瓶中的空气没有外泄通道，无法离 开瓶体，原本分散占据瓶内空间的空气微粒被挤压聚拢，空气所占空间随之变 小，由此能够确定瓶内的空气发生了压缩。 2.将装满空气的塑料瓶倒扣入水中，为什么还会有水进入瓶中？ 在水的自身重力与液体压强的共同作用下，瓶口水体持续对瓶内空气施加压力， 空气受到挤压后体积被压缩、占用的空间不断减小，瓶内空余空间随之增多，外 部的水便顺着瓶口填补空气被压缩后腾出的空间，因此会出现一部分水进入塑 料瓶中的现象。 3.鼓起来的皮球为什么还可以继续充入空气？ 皮球内部已经充入空气、整体鼓胀，但依旧能够继续打入空气，核心原理是空气 具有可压缩性。皮球皮存在弹性余量，新的空气被压进球体内部后，会将皮球撑 大释放空间，同时原有空气在外来气体的挤压下体积被压缩，所以皮球内还可以 继续充入空气。 04 空气有质量吗 知识要点速记 1.空气具有一定的质量。 2.简易天平可以用来研究空气是否有质量。 3.将两个都装有皮球的小桶挂在简易天平两端，调节天平，使天平保持平衡。向其 中一个皮球内充气，发现天平不再平衡，说明空气有质量。 4.给天平一端的皮球注入空气，另一端慢慢放入绿豆，天平恢复平衡的时候，注入 空气的质量等于加入绿豆的质量。 -6 实验操作指南 实验 用简易天平测量空气的质量 实验目的 用简易天平来验证空气是否有质量。 实验材料 自制的简易天平、塑料小桶、皮球、绿豆、打气筒等。 实验步骤 注意事项 1.在简易天平两端等距离的位置分别挂上塑料 1.刚开始要调节天平，使天 小桶，小桶内各装一个皮球，调节简易天平，使天 平保持平衡。 平保持平衡。 2.给一侧皮球充气时，要保 2.保持桶的位置不变，往其中一个皮球内打入 持桶的位置不变。 10筒空气（天平右端），观察并记录天平的状态有什么改变。 3.往没有打气的一端的桶里，慢慢加入一些绿豆，直到简易天平重新达到平衡。 4.继续给右端皮球打入10筒空气，重复上面的实验。 实验现象充气前，天平处于平衡状态；注入空气后，天平向注入空气的一端 倾斜。 实验结论空气有一定的质量。 @教材研讨答案 1.根据实验结果判断，空气有质量吗？与我们的猜测一样吗？ 通过实验能够得出结论：空气是具有质量的。多数学生课前猜想空气有质量，实 验结论与课前猜想保持一致；也有部分学生原本误以为空气没有质量，实验结果 会修正原有认知。 2.在皮球和绿豆实验中，怎样描述空气质量的大小？ 本实验借助绿豆作为质量参照物，量化描述空气质量的大小。向一端皮球中注 入空气，向另一端未注入空气的小桶内加绿豆，直至天平再次恢复平衡，此时添 7 实验班 提优圳练 加绿豆的总质量就等同于注入皮球内部空气的总质量。实际操作中，只需要补 充为数不多的绿豆就能使天平重新达到平衡，由此说明同等体积下空气的质量 数值很小，空气自身质量很轻。 3.实验中的两个桶的大小可以不同吗？ 实验中的两个桶的大小可以不同。简易天平实验的核心变量只有皮球内的空气 质量，实验前只要在挂好桶后使简易天平平衡，提前消除两只桶自身质量不同带 来的影响即可。完成初始调平后，后续实验变化只由皮球充气带来的空气质量 改变引发，桶体本身的质量差异不会干扰实验结果，因此两只桶不需要保持大小 一致。 5空气流动有力量 知识要点速记 1.充满空气的气球放气时可以吹动空纸杯，说明流动的空气有力量。 2.我们可以利用空气流动有力量这一性质制作气球小火箭。 3.生活中，风力发电、放风筝、帆船、气象观测设备上的风向袋等都是利用空气流动有 力量这一性质。我们还可以利用这个性质自制空气炮。 实验操作指南 实验 流动的空气有力量 实验目的 证明流动的空气有力量。 实验材料 气球、吸管、细绳、胶带等。 实验步骤 注意事项 1.取一个气球、一根吸管和一段细绳。 将细绳拉直，确保气球喷气 2.剪下一段吸管穿在细绳上。 方向始终与细绳平行。 3.将气球吹起来，捏紧出气口。 4.用胶带将气球和吸管粘在一起。 -8 5.将细绳拉直，松开气球观察现象。 胶带吸管细绳 实验现象气球在细绳上运动。 实验结论流动的空气有力量。 ●教材研讨答案 1.气球小火箭中的气球会向哪个方向运动？空气流动和气球运动有什么关系？ 松开充气气球的出气口后，气球内部的高压空气会从出气口快速向外流出，气球 朝着与空气流出方向完全相反的方向运动。以出气口朝右为例，内部空气持续 向右高速流出，流出的空气会对气球产生一个反向的推力，在这个反作用力的推 动下，气球沿着细线向左快速滑行。二者的运动规律为：空气流动的方向和气球 运动的方向始终相反。 2.回忆学习过的人们利用水流动产生力量的例子，与风的利用有什么相同点？ 人们利用水流动产生力量的实例有水力发电、老式水轮车引水灌溉、水磨研磨粮 食等；风（流动空气）的利用的实例包含风力发电、帆船借助风力航行等。两者的 相同点是都靠“流动”产生力量。 6 我们来做“热气球” 知识要点速记 1.加热后，袋子由扁变膨胀，体积增长，表面温度升高；松手后袋子表面变紧，袋子 会飞起来，然后会掉下来。 2.袋子里的空气受热后会膨胀变轻而上升，变冷后袋子里空气体积缩小变重而下降。 3.孔明灯是利用热空气比冷空气轻的原理制成的。 实验班 是优圳练 实验操作指南 实验我们来做一个“热气球” 实验目的 做一个“热气球”观察热空气上升现象。 实验材料 大塑料袋、纸筒、蜡烛、火柴等。 实验步骤 注意事项 1.在纸筒的底端剪一个“窗口”，供空气流通。 加热时注意安全，避免点燃 2.将蜡烛点燃，用纸筒罩住蜡烛，再用塑料袋罩 周围物体，避免烫到手。 住纸筒，加热袋中的空气。 3.用手扶着袋子的外壁，当感到袋子快要上升的时候，松开双手，观察并描述袋 子状态的变化。 4.重复几次实验，记录观察到的现象。 实验现象塑料袋鼓起来并上升了，过了一会儿又下降了。 实验结论空气受热会膨胀变轻而上升，变冷后又下降。 ●教材研讨答案 1.我们可以怎样解释热气球上升或下降的原因？怎样进一步检验我们的想法？ 将袋中的空气加热，空气受热膨胀，袋内的空气变“轻”了，热气球就会升起来；反 之，停止加热，袋内的空气慢慢冷却，袋内的空气变“重”了，热气球就会下降。可 以用“模拟热气球”实验来验证我们的猜想。 2.怎样能让热气球在空中停留更长时间？ 想要延长热气球在空中停留的时间，核心思路是维持球内空气温度、延缓空气降 温速度，可从三个方面优化：第一，保持热源持续稳定供热，不间断补充热量，抵 10 消球内向外界散失的热量，避免内部空气快速冷却增重；第二，选用隔热性能优 异的面料制作气球，减少球内热空气与外界冷空气的热量交换，降低热量损耗， 延缓空气降温；第三，在安全范围内减轻热气球自身配重、吊篮及附属设备的整 体质量，有效延长气球在空中停留的时间。 7 风的成因 知识要点速记 1.在生活中，我们会根据需要想办法制造“风”，比如打开电风扇。 2.我们平时感受到的自然风大多在地面附近形成。地面附近大气的 温度会随高度的增加而降低，所以同一时间、同一地区高海拔处 温度较低。靠近地面的空气会因为地面状况不同而有温度差异。 3.模拟实验中的风如何形成：筒内空气受热会上升，周围的冷空气会补充进筒内， 空气不停地流动，从而形成了风。 4.大自然中的“蜡烛”是太阳。太阳的热量使空气冷热发生变化，冷热不同的空气流 动形成了风。 5.海岸边白天的大气温度和风向示意图如下所示。 高空温度低 风向 热空气上升 冷空气下沉 升温快（温度高）·一风向 升温慢（温度低） 陆地 海洋 实验操作指南 实验 风的形成模拟实验 实验目的 观察空气的流动，探究风形成的原因。 -11 实验班 是优圳练 实验材料 蜡烛、圆柱形塑料筒、透明塑料瓶、蚊香、双面胶、蚊香支架、剪刀等。 实验步骤 1.用剪刀把透明塑料瓶从离瓶口三分之一处剪开，剪掉底部。 2.在圆柱形塑料筒侧面底部打一个和塑料瓶口一样 大的孔，组装成如右图所示的装置并点燃蚊香。 3.点燃蜡烛后，借助蚊香烟来观察空气的流动，并用 图画和文字记录风的形成过程和路线。 实验现象点燃蜡烛前，蚊香的烟向上飘；点燃 注意事项 蜡烛后，蚊香的烟会从侧面的塑料瓶飘进塑料筒 使用剪刀和蜡烛时要注意 中，然后从塑料筒上方飘出。 安全。 实验结论点燃蜡烛后，塑料筒内外的空气冷热不均使空气流动，形成了风。 教材研讨答案 1.在模拟实验中，风的方向是怎样的？ 在模拟实验中，用蜡烛加热筒内空气，热空气上升，冷空气会从侧面底部向筒内 填补，带动蚊香的烟向着蜡烛的方向飘，再从筒上方飘出，烟的飘动方向直观代 表风的流动方向。 2.根据实验现象推测自然界的风是怎样形成的。 太阳照在地球上，有的地方温度高，有的地方温度低，温度高的地方热空气上升， 周围温度低的空气就会流过来补充，空气流动就形成了风。 3.炎炎夏日，如果停电了，我们有哪些制造风的方法？ 停电无法使用电风扇等电器设备时，依靠人为或环境温差驱动空气流动即可人 工造风。例如，手动扇风：借助扇子、硬皮书、纸板等片状物品反复快速摆动，推 动身边空气快速流动，形成人造风；开窗对流：错开打开房屋相对方向的门窗，利 用室内外、房间之间的温度差，促使冷热空气自然对流，形成自然穿堂风；辅助降 -12 温造风：在地面摆放凉水、冰块，局部降温带动附近冷空气流动，进一步提升空气 流动效果。 8 自制打气筒 知识要点速记 1.只用塑料瓶和气球制作的打气简不能将气球变得更大，松手后气球还会变瘪。 2.在塑料瓶盖上打个小孔并将长条形气球皮拉紧盖住小孔，用胶带固定，就制作成 了一个单向阀。单向阀的作用是挤压瓶子时空气可通过气球皮侧边进入气球，松 手时空气被气球皮挡住返回不了塑料瓶。 3.制作打气筒时要明确任务、设计制作、展示交流并评估改进。 实验操作指南 实验 自制打气筒 实验目的 用身边的材料制作一个简易的打气筒。 实验材料 气球、塑料瓶、胶带、剪刀等。 实验步骤 注意事项 1.将气球套在塑料瓶瓶口，挤压塑料瓶观察现 做单向阀时，气球皮要处于 象，松手再次观察。 紧绷状态。 2.在塑料瓶的瓶盖上打个小孔。 3.剪一块长条形的气球皮。 4.用胶带将气球皮固定在瓶盖上，盖住小孔。 5.在瓶身上打一个小孔。 6.将气球套在瓶口处，挤压时，手指堵住瓶身上的小孔，观察现象；松手时，手指 从小孔身上移开，再次观察现象。 实验现象，刚开始没加气球皮时，松手后气球就变瘪了，加了气球皮之后就能 将气球打得更大。 实验结论加了气球皮做单向阀，空气可以持续被打入气球中。 13