教科版八年级物理上册 1.3跨学科实践：降落伞（第1章 走进实验室 学习、上课课件）

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任务一 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安全降落到地面。
1.结构常见的降落伞主要由伞衣、伞绳和安全保障装置(如引导伞、背带系统、开伞部件)组成(如图1 所示)。
(1)伞衣：是降落伞的主体部分，通常由尼龙或聚酯纤维等柔性织物制成。常见的伞衣的形状有圆形和方形，伞衣的形状设计不仅要考虑空气动力学性能和稳定性，还要考虑材料的密度和强度，以及开伞时的响应时间和安全性。
(2)伞绳：是连接伞衣和背带系统的绳索，通常由高强度的合成纤维制成，以确保在强风或高速下降时保持稳定性。(3)安全保障装置：引导伞用于确保主伞迅速打开，背带系统用于确保跳伞者的安全和舒适，开伞部件用于在适当的时候展开降落伞。
2.原理当跳伞者从高空跳下时，降落伞会在适当的时候通过触发器展开。伞衣的展开增加了跳伞者的空气阻力，从而减缓了下降速度。同时，降落伞的形状和稳定性设计确保跳伞者能够安全、平稳地降落到地面。
3.类型(1)人用降落伞：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、舒适性和安全性等因素。(2)物用降落伞：用于空投物资、回收飞行器等。这些降落伞通常具有较大的伞面和更高的强度，以应对更大的重量和更高的速度。
知识储备降落伞的用途(1)军事领域：降落伞是空降兵作战和训练的重要装备，也是飞行员和机组人员的救生装备。(2)体育运动：跳伞运动是降落伞在体育运动领域的主要应用。跳伞运动员通过操纵降落伞，进行各种技巧表演和比赛。(3)科研和航空航天：在科学研究和航空航天领域中，降落伞被用于空投实验器材、回收太空舱等任务。(4)民用领域：在一些极限运动、娱乐活动和应急救援中，降落伞也发挥着重要作用。
任务二 实验探究：影响降落伞飞行时间的因素1.问题降落伞的飞行时间与什么因素有关呢？通过阅读新闻，同学们知道，神舟十七号降落时使用的降落伞伞衣为圆形，伞衣的面积相当于3 个篮球场。再结合生活经验，同学们猜想：降落伞的飞行时间可能与降落伞的伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度等因素有关。
深度理解问题是指初步具有科学探究意识，能在学习和日常生活中发现问题，提出较为合理的猜测和假设。
2.证据(1)设计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，所以设计实验时要逐个考查其中一个因素对所研究问题的影响，同时保持其他因素不变，这种研究方法叫作控制变量法。这里的“变量”是指影响所研究问题的因素。
如在本实验探究中，所研究的问题是降落伞的飞行时间，变量则包括伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度。因此，本实验可以分解为以下五个实验：
实验一：探究降落伞的飞行时间与伞绳长度是否有关？实验时，需要控制伞衣的形状、伞衣的面积、降落伞的总质量和降落的高度不变，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有关？实验时，需要控制伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度不变，只改变伞衣的形状。
实验三：探究降落伞的飞行时间与伞衣的面积否有关？实验时，需要控制伞衣的形状、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度不变，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。
实验五：探究降落伞的飞行时间与降落伞的总质量是否有关？实验时，需要控制降落伞的伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度和降落的高度不变，只改变降落伞的总质量。
深度理解证据是指初步具有设计探究方案和获取证据的能力，能实施探究方案，使用各种科技手段和方法收集信息。
(2)记录数据，收集证据根据实验需要记录的项目设计表格，进行实验并记录实验数据，如下表所示。
注意◆控制变量法是物理实验探究活动中最基本的研究方法之一。◆控制变量法中的“变量” 就是那些会影响(或人们认为可能会影响)这个问题的因素，这些因素可能是正确的，也可能是不正确的。◆控制变量法就是研究两个量之间的关系时，控制其他量不变。
(3)正确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、降落的高度以及降落伞的总质量；实验时，需测量降落伞的飞行时间。因此，需要的测量工具有刻度尺、托盘天平和机械秒表。正确选择和使用测量工具是一项基本技能。
深度理解根据测量的实际要求选用测量工具。不同的测量工具其分度值一般不同，精确程度也不同。实际要求测量精确度较高，就选用精密度较高的测量工具。不同的测量工具其量程一般不同。实际要求所用测量工具的量程较大，就选用量程较大的测量工具。使用任何测量仪器，都要遵守其正确的操作方法。一般来说，在测量仪器使用前，都要进行调零。若不能调零，则要结合初始读数对测量结果进行修正。
(4)测量不规则图形的面积(方格纸法)如图2 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。总的格数乘一个格的面积，就是不规则图形的大致面积。
3.解释在实验探究中，对上表记录数据的分析如下：(1)比较序号为1、2 的两次实验可知，伞衣的形状、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞衣的面积不同。第1 次实验中，伞衣的面积是0 .5 m2，降落伞的飞行时间为3 .67 s ；第2 次实验中，伞衣的面积是1 m 2，降落伞的飞行时间为5 .82s 。
由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度一定时，伞衣的面积越大，降落伞的飞行时间越长。
(2)比较序号为2、3 的两次实验可知，伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度、和降落的高度都相同，只有降落伞的总质量不同。第2 次实验中，降落伞的总质量是2 0 g，降落伞的飞行时间是5 .82 s；第3 次实验中，降落伞的总质量是3 0g，降落伞的飞行时间是4 .91 s 。
由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度和降落的高度一定时，降落伞的总质量越小，降落伞的飞行时间越长。
(3)比较序号为2、4 的两次实验可知，伞衣的面积、伞绳长度、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞衣的形状不同。第2 次实验中，伞衣是圆形，降落伞的飞行时间是5.8 2 s；第4 次实验中，伞衣是方形，降落伞的飞行时间是5.8 1 s。考虑误差的存在，5 .8 2 s 和5.8 1 s 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形状无关。
(4)比较序号为4、5 的两次实验可知，伞衣的形状、伞衣的面积、降落伞的总质量和降落的高度都相同，只有伞绳长度不同。第4 次实验中，伞绳长度为1 m，降落伞的飞行时间是5 .81 s；第5 次实验中，伞绳长度为1 .5 m，降落伞的飞行时间是5 .83 s。考虑误差的存在，5 .81 s 和5.83 s 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绳长度无关。
(5)比较序号为5、6 的两次实验可知，伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度和降落伞的总质量都相同，只有降落的高度不同。第5 次实验中，降落的高度为3 m，降落伞的飞行时间是5 .8 3 s；第6 次实验中，降落的高度为6 m，降落伞的飞行时间是9 .24 s 。由此可初步得出结论：在伞衣的形状、伞衣的面积、伞绳长度和降落伞的总质量一定时，降落的高度越大，降落伞的飞行时间越长。
综上可知，降落伞的飞行时间与伞衣的形状、伞绳长度无关，与伞衣的面积、降落伞的总质量和降落的高度有关，伞衣面积越大、降落伞的总质量越小、降落的高度越大，降落伞的飞行时间越长。
深度理解解释是指初步具有分析论证的能力，会使用各种方法和手段分析、处理信息，描述、解释探究结果和变化趋势，基于证据得出合理的结论。
4.交流(1)上面的实验中，只比较一组实验数据就得出了结论，实验结论可能具有偶然性。所以，为了得出普遍的结论，应多次进行实验。
(2)在探究降落伞的飞行时间与伞的形状、伞绳长度的关系时，对照组的实验数据相差为1 s 或2 s ，这可能是误差，但也不能完全排除降落伞的飞行时间与伞的形状、伞绳的长度无关，所以应进一步进行研究。(3)降落伞的飞行时间还可能与伞衣材质等因素有关。
深度理解交流是指初步具有交流与合作的意愿和能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果。如，在次实验探究中，可以从实验过程是否合理、实验结论是否准确、猜想的影响因素是否全面等方面进行反思与交流。
任务三 降落伞比赛(1)准备材料：方形的布若干块，线团，胶带，橡皮泥，剪刀，如图3 所示。
(2)制作降落伞(制作过程参考图如图4 所示)以小组为单位制作降落伞。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。将伞面上下对折再左右对折，确定四个对称点。在确定的四个点位置各用胶带粘上一根线的一端。第三步：把四根线的另一端集中在一处，将橡皮泥粘在上面。把橡皮泥搓成球状，使线头缠绕其中。
(3)进行比赛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从同一高度自然释放，记录降落伞的飞行时间。(4)交流与评价对各小组自制降落伞的科学性、艺术性和飞行时间进行综合评价。