物理校本课程教案

物理校本课程

目录

第一章、力学篇

1.从不倒翁搬不倒说起

2.不倒卡通娃制作

3.桥梁种类

4.桥梁模型的制作比赛

5.摩擦力知识

6.哪一种鞋底的防滑性能好

7.登天利器—火箭

8.水火箭的制作

9.小结

第二章、热学篇

1.浮力的利用—飞艇和潜艇

2.沉浮子的制作

3.浮力天平

4.自己举起自己

5.热能的利用——地热

6.纸“锅”烧水

7.蜡烛上的蛇形风车

8.孔明灯制作的方法

9.总结

1.从不倒翁搬不倒说起

书桌上放着一个不倒翁，浑圆的身体，一张笑咪的脸，书读累了，你会去逗它一下，把它推倒了，可它马上又笑嘻嘻地站起来，好倔强的脾气。不倒翁告诉我们一个非常有用的物理知识，就是物体怎样才能平衡。放在地上的凳子，摆在桌面上的台灯都处于静止状态，在物理学上就叫做平衡，但是同学们是否注意到，同样是处于平衡状态的物体：一本书竖在桌子上，轻轻地用手一推，啪地一声便倒在桌子上，而不倒翁推倒了却一下又能站起来。这就是说，平衡里也有不同：一件东西立在那儿，轻轻地推一下，它晃了几晃又重新立稳，这种平衡叫稳定平衡；如果轻轻地一碰就倒，叫做不稳定平衡，不倒翁是稳定平衡，立在桌面上的书本、铅笔等是不稳定平衡。

不倒翁不倒的秘密在于它肚子底下的那个大泥坨，使不倒翁和桌子之间有一个很大的支持面，泥坨还使它的重心降得很低，所以特别稳定，倒了还能自己再站起来，站立在桌面上的书则不

1、小小称砣压千斤——根据杠杆平衡原理，如果动力

臂是阻力臂的几分之一，则动力就是阻力的几倍。如果称砣的力

臂很大，那么"一两拨千斤"是完全可能的。

2、破镜不能重圆——当分子间的距离较大时（大于几百

埃），分子间的引力很小，几乎为零，所以破镜很难重圆。

3、摘不着的是镜中月

捞不着的是水中花——平面镜成的像为虚像。

4、人心齐，泰山移——如果各个分力的方向一致，则

合力的大小等于各个分力的大小之和。

5、麻绳提豆腐--提不起来——在压力一定时，如果

受力面积小，则压强就大。

3桥梁种类

（1）梁式桥

梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其它结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，通常需用抗弯能力强的材料（钢、木、钢筋混凝土等）来建造。

梁式桥还可分为：钢桁梁桥、T型梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥和连续钢构桥等。其样板图如下图所示：

图一钢桁梁桥

图二连续式梁桥

图三悬臂梁桥

梁式桥的横截面种类较多，常见的有以下（如下图所示）：

图五梁式桥的截面

a）实心板梁；b）矮肋板梁；c）和d）空心板梁；e）T形梁；f）带马蹄形T形梁；g）多室箱形梁；h）大挑臂箱形梁；i）带横肋的箱梁；j）具有金属腹板的组合箱梁；k）具有钢管混凝土下弦的三角形箱梁（或桁架）

（2）拱式桥

拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。同时，这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料(如砖、石、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。

拱桥的跨越能力很大，外形也较美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。

拱桥种类繁多，常见的有：圬工拱桥、箱型拱桥、双曲拱桥、钢架拱桥、桁架拱桥、肋拱桥、桁式组合拱桥和斜腿钢架拱桥等。根据拱桥的不同承载方式，还可分为：上承式桥梁、下承式桥梁、中承式桥梁。如下图所示：

图六上承式拱桥桥梁

图七下承式拱桥桥梁

图八中承式拱桥桥梁

（3）悬索桥

传统的悬索桥(也称吊桥)均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。

悬索桥也是具有水平反力(拉力)的结构。现代的悬索桥上，广泛采用高强度的钢丝成股编制的钢缆，以充分发挥其优异的抗拉性能，因此结构自重较轻，就能以较小的建筑高度跨越其它任何桥型无与伦比的特大跨度。悬索桥的另一特点是：成卷的钢缆易于运输，结构的组成构件较轻，便于无支架悬吊拼装。我国在西南山岭地区和在遭受山洪泥石冲击等威胁的山区河流上，以及对于大跨径桥梁，当修建其他桥梁有困难的情况下，往往采用吊桥。悬索桥的样式图见下图所示：

图九单跨式悬索桥

悬索桥的有点是自重轻，结构的刚度差，在车辆动荷载和风荷载作用下，桥有较大的变形和振动。可以说，整个吊桥的发展历史，是和变形与振动斗争的历电．亦即是争取刚度的历史。（4）斜拉桥

斜拉桥由斜索、塔柱和主梁所组成。用高强钢材制成的斜索将主粱多点吊起，并将主梁的恒载和车辆荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。这样，跨度软人的主梁就象一根多点弹性支承(吊起)的连续梁一样工作，从而可使主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又大幅度地增大桥梁的跨越能力。此外，与悬索桥相比，斜拉桥的结构刚度大，即在荷载作用下的结构变形小得多，且其抵抗风振的能力也比悬索桥好，这也是在斜拉桥可能达到大跨度情况下使悬索桥逊色的重要因素。

斜索在立面上也可布置成不同型式。各种索形在构造上和力学上各有特点，在外形美观上也各具特色。常用的索形布置为竖琴形(图十)和扇形(图十一)两种。另一种是斜索集中锚固在塔顶的辐射形布置(图十二)，因其塔顶锚固结构复杂而较少采用。

图十竖琴形斜拉桥

图十一扇形斜拉桥

图十二放射形斜拉桥

（5）组合体系桥梁

根据结构的受力特点，由几种不同体系的结构组合而成的桥梁称为组合体系桥。图十三为梁和拱的组合体系，其中梁和拱都是主要的承重结构，两者相互配合共同受力。

4桥梁模型的制作比赛

一、作品要求

1、模型制作材料自备，制作模型的材质提倡使用废弃物和环保材料，但必须保证桥梁刚度，

以便搬运、安装和保存。

2、桥梁模型（实物）：模型制作主要以美学为主兼顾结构，构造合理，整桥模型（既桥梁的

完整度，包括桥体，桥墩等完整的模型）可以采用悬索桥、斜拉桥、梁桥、拱桥等，也可以由参赛选手自我创新设计桥梁。

3、作品要有创造性，贴近实际，结构合理，制作精巧。

4、作品由各小组参赛队自行命名。

二、评分标准

1、桥梁造型美观独特，有新意30分；

2、结构合理性30分；

3、模型制作细致，连接紧固20分。

4、模型的选材20分（环保材料有适当的加分）；

制作评价

自我评价：

6、真金不怕火来炼，真理不怕争辩——从金的熔点来看，虽不是最高的，但也有1068℃，而一般火焰的温度为800℃左右，由于火焰的温度小于金的熔点，所以金不能熔化。

7、月晕而风，础润而雨——大风来临时，高空中气温迅速下降，水蒸气凝结成小水滴，这些小水滴相当于许多三棱镜，月光通过这些"三棱镜"发生色散，形成彩色的月晕，故有 "月晕而风"之说。础润即地面反潮，大雨来临之前，空气湿度较大，地面温度较低，靠近地面的水汽遇冷凝聚为小水珠，另外，地面含有的盐分容易吸附潮湿的水汽，故地面反潮预示大雨将至。

8、长啸一声，山鸣谷应——人在崇山峻岭中长啸一声，声音通过多次反射，可以形成洪亮的回音，经久不息，似乎山在狂呼，谷在回音。

9、但闻其声，不见其人——波在传播的过程中，当障碍物的尺寸小于波长时，可以发生明显的衍射。一般围墙的高度为几米，声波的波长比围墙的高度要大，所以，它能绕地高墙，使墙外的人听到；而光波的波长较短（10-6米左右），远小于高墙尺寸，所以人身上发出的光线不能衍射到墙外，墙外的人就无法看到墙内人。

10、开水不响，响水不开——水沸腾之前，由于对

流，水内气泡一边上升，一边上下振动，大部分气泡在水内压力

下破裂，其破裂声和振动声又与容器产生共鸣，所以声音很大。

水沸腾后，上下等温，气泡体积增大，在浮力作用下一直升到水

面才破裂开来，因而响声比较小。

5摩擦力知识

1.人靠什么走路

在平坦的马路上，谁都可以迈开大步向前走。一个健康的人，走路并不是什么难事，因而也没有想过人是靠什么走路的。听了这个问题，有的人会觉得好笑。人只要有气力，抬腿，迈步，不就可以往前走了吗？而事实上，问题并不那么简单。请你试一个动作：挺直身体，背贴着墙站在地上。把一只脚抬起来，向前迈步，只要身体不离开墙壁，这只脚是跨不出去的。如果抬起来的脚向前迈出去一步，那末，回头一望，身体已经离开墙壁。这说明，身体向前移动了。人身体向前移动的时候，一定依靠了一种外力。或者说，是这种力推着人前进的。如果这种外力比较小，走路就会遇到困难，比如，在光滑的冰面上，人们就不敢迈大步，而只能小心翼翼地挪动双脚。现在，请你回答，后脚蹬了一下地。从物理的角度来分析，那是人体给了地面一个向后的力，与此同时，地面也给了人体一个向前的力。正是这个力把人体向前推了一下。脚蹬地面，这是作用力；地面给人体一个向前的力，这是反作用力。这个反作用力表现为摩擦力。在一般情况下，作用力和反作用力正好相等，因此，我们走路并不觉得困难。可是，人在冰面上走，冰面过于光滑，给人的摩擦力要小得多。这样，如果你仍然像在地面上走路那样使劲，向后蹬的力与摩擦力不平衡，后脚要向后滑，人就会跌跤。

2、自行车上的摩擦知识。

①自行车外胎为什么要有凸凹不平的花纹

摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。

②自行车为什么能前进？

当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦，不过，要问自行车为何能前进？这还是依靠后轮与地面之间的摩擦而产生的，这个摩擦力的方向是向前的。那前轮的摩擦力是干什么的？阻碍车的运动！其方向与自行车前进方向相反。正是这两个力大小相等，方向相反，所以自行车作匀速运动。不过，当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后。那谁和这两个力平衡呢？脚对地面的摩擦力向前！

③刹车以后，自行车为何能停止？

刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。④自行车哪些地方安有钢珠？为什么安钢珠？

在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处等地方，都安有钢珠。

人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力，因此要在自行车转动的地方安装钢珠，我们可以经常加润滑油，使接触面彼此离开，这样就可以使摩擦力变得更小。

3.轮胎的花纹

你一定注意到汽车、自行车等橡胶轮胎上都有凸凹不平的花纹。加这些花纹，目的是增加轮子与地面间的摩擦力，防止轮子在地面打滑。早在1892年前后，人们制造车轮时就开始在轮胎上加花纹了，当时的花纹都很简单，随着车辆速度、载重量的提高，路面的改进，轮胎花纹也在不断变化，以适应新的要求。现在的轮胎花纹大致分为通用、高越野性和联合式花纹三大类。而它们的几何形状有纵向直线、横向直线、斜线、块形和混合式等五种，各种花纹适合不同的行驶情况。例如，公共汽车轮胎上常见的是纵向直线型和锯齿型花纹，适合在硬性路面上行驶，可以消除噪声，也称无声花纹。车辆在荒野及松软土地上行驶，适宜使用高越野花纹，它块大、沟深，行驶时不容易陷在沟里，却很能"啃泥"，使轮子不打滑，拖拉机、起重机常在较疏松的泥地行驶，特别适合选用这类花纹的轮胎。联合式花纹轮胎适应性强，既能在硬性路面上行驶又可在松软路面上行驶，甚至可以在冰雪路面上行驶，因此使用最为广泛。

6 哪一种鞋底的防滑性能好

你家里一定有各种各样的鞋子：塑料底鞋，橡胶底鞋，布底鞋等；同样的材料做的鞋底花纹还有所不同；就是同类的鞋子，新旧也有所不同。哪一种鞋子防

滑性能更好一些？如果你能够测出各种鞋子对地面的摩擦系数，哪怕精确程度差

一点，对你也是有帮助的。

实验1：也许你认为那还不简单？只要把一根橡皮筋系在鞋子上，再把鞋放在地面上，用手去拉橡皮筋，哪一只鞋子容易拉动，它的防滑性能就最差。这样

做不行，因为各种鞋子所受重力不一样，对地面的压力也就不同，所以没有共同

例如，要测出塑料鞋底与水泥地面间的最大静摩擦系数，可以先测出橡皮筋

的原长L

0，再测出挂上鞋子后的长度L

1

，这时橡皮筋的伸长ΔL

1

＝L

1

－L

。再把

鞋子放在水泥地面上，手拉橡皮筋沿水平方向拖动它，测出刚要拉动鞋时橡皮筋

的长度L

2，这时橡皮筋的伸长ΔL

2

＝L

2

－L

。则塑料鞋底与水泥地面间的最大静

摩擦系数μ＝ΔL

2／ΔL

1

。你还可以用其他鞋子做实验，并把你的实验数据记录在上面表格中。

实验2：把鞋子放在一块支撑板上，将板的一端逐渐抬高（如图1．4），直到鞋子刚要开始滑动时，测出鞋面与水平面的夹角θ，查表得出正切函数tgθ

的值，则最大静摩擦系数μ＝tgθ。请你推导一下，说明为什么μ＝tgθ。将你的结果与实验1的方法比较。看看两种方法得到的结果相差多大。

11、猪八戒照镜子--里外不是人——根据平面镜

成像的规律，平面镜所成的像大小相等，物像对称，因此猪八戒

看到的像和自已"一模一样"，仍然是个猪像，自然就"里外不是

人了"。

12、水火不相容——物质燃烧，必须达到着火点，由于

水的比热大，水与火接触可大量吸收热量，至使着

火物温度降低；同时汽化后的水蒸气包围在燃烧的物体外面，使

得物体不可能和空气接触，而没有了空气，燃烧就不能进行。

13、洞中方一日，世上已千年——根据爱因斯坦的

相对论，在接近光速的宇宙飞船中航行，时间的流逝会比地球上

慢得多，在这个"洞中"生活几天，则地球上已渡过了几年，几十

年，甚至几百年，几千年。

14、千里眼，顺风耳——人们利用电磁波传送声音和

图像信号，使古代神话中的"千里眼，顺风耳"变为现实。并且人

类的视野已远远超过了"千里"。

15、坐地日行八万里——由于地球的半径为6370千米，

地球每转一圈，其表面上的物体"走"的路程约为40003.6千米，

约8万里。这是毛泽东吟出的诗词，它还科学的揭示了运动和静

止关系——运动是绝对的，静止总是相对参照物而言的。

7 登天利器—火箭

随着中国的航天事业的不断发展和提高，人们对航天知识和技术越来越关注。特别是中国的“嫦娥一号”卫星顺利升空，就连小学生都每天观看电视，了解“嫦娥一号”的工作情况。利用水的冲力和压缩空气后冲击力的作用制作出来的水火箭和纸火箭，结构简单，造价低，制作方便。

一、介绍火箭的发展历程

1、“火箭”一词根据古书记载，最早出现在公元3世纪的三国时代，蜀汉建兴七年（公元229年），丞

相诸葛亮率兵攻打陈仓（今陕西宝鸡市东）。魏国守将郝昭指挥士兵用火箭冲架云梯攻城的蜀军怒射，云梯燃烧，蜀军受挫。后来人们把一种头部带有易燃物、点燃后射向敌方、飞行时带火的箭叫做火箭。

2、飞空震天雷——将球体内置放炸药和涂有毒药的铁菱角及发烟剂。当点燃纸筒发射后，球体升空，

并引燃炸药，随即发出火焰、烟雾和有毒的铁剌。但使用时需留意风向，不可逆风发射，若能顺风发射而威力更大。

3、神火飞鸦——就是用竹蔑扎成的“乌鸦”，它的内部装满火药，发射以后，能飞一百多丈远才落地。

就在这时候，装在“乌鸦”背上跟起火相连的药线也烧着了，引起“乌鸦”内部的火药爆炸，一时烈火熊熊，在陆地上可以烧敌人的军营，在水面上可以烧敌人的船只。

4、飞空砂筒——明朝时候，技术水平最高的火箭，发射出去还能再飞回来。这种火箭叫“飞空砂筒”。

根据《武备志》记载，这种火箭是把装上炸药和细砂的小筒子，连在竹杆的一端；同时，再用两个“起火”一类的东西，一正一反地绑在竹杆上。点燃正向绑着的“起火”，整个筒子就会飞走，运行到敌人的上空时，引火线点着炸药，小筒子就下落爆炸；同时，反向绑着的“起火”也被点着，使竹杆

飞回原来的地方。这种“飞空砂筒”，不但是一种两级火箭，而且还能飞出去又飞回来，真是巧妙极了。

5、窝蜂火箭——多枚火箭放在发射筒内，用一总引火线将各个火箭的引线串联起来；只要点燃总线，

筒内所有火箭便会朝同一方向齐发，这就是一窝蜂火箭。由于火力集中，退敌性大大提升。

6、二级火箭的始祖——"火龙出水"

"火龙出水"是我国古代明朝时期水陆两用的火箭，也是二级火箭的始祖。

龙头下面、龙尾两侧各装一个半斤重火箭筒，将四个火箭引信汇总一起，并与龙腹内火箭引信相连。

水战时，在离水面三、四尺处点燃引信，火龙腾空飞去，可飞行近千米，当4支火箭燃金尽时，通过引信点燃，龙腹内火箭，这时从龙口喷射出数支火箭，向前直达目标，致使敌船烧毁。

二、介绍中国40余年的努力——航天技术大事记

（1）新一代大型运载火箭

（2）载人航天工程

（3）探月工程（五大系统）

（4）中国北斗卫星导航系统

8水火箭的制作

【水火箭原理】

根据反冲原理，当打气筒往瓶子打气到一定程度后,随著打入气体的增加，瓶

Ｐ

水

内空气密度也随著增加，利用气体压力将瓶内的水喷出,瓶里的水也有向下的速度,根据动量守恒,原来瓶子静止,动量为零,现在水向下射出,有向下的速度,则要保持动量守恒,那么瓶子有一个向上的速度,且水的动量大小与瓶子的动量相等.此过程可用来模拟火箭的发射情景，在制作中可了解物理学中动量守恒原理与反冲运动。

【材料】

碳酸饮料瓶（耐压，不宜爆裂）、圆筒支架、打气筒、卡纸、橡胶塞（带打气针头）、胶水、胶带等。

【制作说明】

⑴、增压塞制作：用小刀切下橡皮塞较粗的一端，切口直径为2.3cm，穿过小孔装上气门芯、

胶管、和螺帽，将橡皮塞用力塞进瓶口内，其露在瓶口外的部分不超过约2mm；用剪刀在饮料瓶盖中间挖一个直径约12mm的孔，以便使旋紧瓶盖时仅让气门芯露在外面，如图3所示。

⑵、侧翼的制作：用硬纸片按图2所示尺寸剪下侧翼四个，为了使火箭飞行时有较好的稳定

性，侧翼必须有较高的硬度，如果纸片片硬度不够，可将两片或三片粘叠在一起制作，剪好侧翼后，将“粘贴爪”交替地折回两侧，用透明胶带对称地粘贴在火箭的下部侧面。

⑶火箭体的制作：

水火箭制作流程表

在A瓶子上下1-1、2-2的位置各划一条

线

16、釜底抽薪——液体沸腾有两个条件：一是达到沸点，二是继续吸热。如果"抽薪"以后，便能制止液体沸腾。

17、墙内开花墙外香——由于分了在不停的做无规则的运动，墙内的花香就会扩散到墙外。

18、坐井观天所见甚少——由于光沿直线传播，由几何作图知识可知，青蛙的视野将很小。

19、如坐针毡——由压强公式可知，当压力一定时，如果受力面积越小，则压强越大。人坐在这样的毡子上就会感觉极不舒服。20、瑞雪照丰年——下到地上的雪有许多松散的空隙，里面充满着不流动的空气，是热的不良导体，当它覆盖在农作物上时，可

以很好的防止热传导和空气对流，因此能起到保温作用。

9 小结

我的想

法：

21、霜前冷，雪后寒——在深秋的夜晚，地面附近的空气温度骤然变冷（温度低于0℃以下），空气中的水蒸气凝华成小冰晶，附着在地面上形成霜，所以有"霜前冷"的感觉。雪熔化时要需吸收热量，使空气的温度降低，所以我们有"雪后寒"的感觉。

22、一滴水可见太阳，一件事可见精神——一滴水相当于一个凸透镜，根据凸透镜成像的规律，透过一滴水可以有太阳的像，小中见大。

23、鸡蛋碰石头——自不量力——鸡蛋碰石头，虽然力的大小相同，但每个物体所能承受的压强一定，超过这个限度，物体就可能被损坏。鸡蛋能承受的压强小，所以鸡蛋将破裂。

24、纸里包不住火——纸达到燃点就会燃烧。

25、有麝自然香，何须迎风扬——气体的扩散现象。