负责老师：X老师

大家好，我是本次研学的指导师，X老师，欢迎大家来体验《空气的力量》的研学课程。

地球周围充满了空气。空气有时也安静，地球引力不让它们飘往太空，阳光照射让它们拥有温度与气压，海洋蒸发让它们拥有水分。温度、气压和水分既让空气有生气，也让空气有情绪：风雨雷电，冷暖无常。空气的运动既可以让天空彩云朵朵，让红旗飘飘，也可以让昆虫、飞鸟和人造飞机空中飞翔。

二、关于“空气动力”（14分钟）地点：暂定

活动目标：

理解空气动力以及空气动力的作用

活动准备：

PPT、气球，矿泉水瓶，剪刀，胶带，一次性纸杯

我们把物体与空气作相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。空气动力学涉及多方面，最主要是飞行器和火箭等高速运行物体。由于身边全是空气，包括动车也又空气动力学设计。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“噢”的一下飞出去了，这时气球获得了气动力。

为了方便同学们理解空气动力，我们现场制作一个空气炮，看看空气的威力。

实验器材：

      气球，矿泉水瓶，剪刀，胶带，一次性纸杯

步骤：

1、用剪刀将矿泉水瓶分成两个部分，留下瓶口部分；

2、用剪刀将气球剪成两部分，留下开口部分，提示：气球圆底部分少剪些；

3、将气球套在矿泉水瓶上，对气球开口处打结；

4、.用胶带固定住气球。

这样的简易空气炮到底有没有威力呢？将一次性纸杯做成一个标靶，来试试他的力量吧。

同学们，老师现在轻拉一下气球，把空气炮对准纸杯，你们说纸杯会移动吗？

好的，请一位同学上来试一下。

纸杯没有异常，那么如果拉长气球，纸杯会移动吗？

我们请这位同学再拉长一下气球，我们一起见证一下，哇！纸杯被吹落了！

接下来如果增加空气的流速，会有什么情况出现呢？

对瓶盖进行处理，我们把瓶盖戳一个洞，以达到减小空气出口从而增大流速，我们看看会出现什么情况。

快来看，情况果然不一样，增大空气的流速后，不用把气球拉的那么长就可以吹动纸杯啦！

我们如果改变空气的流量，情况又会怎样呢？

将瓶子的长度进行剪短，瓶口对准纸杯，拉长气球，纸杯会倒吗？

纸杯没有移动，我们又发现：流量对空气炮的威力也是有影响的，空气流量越大，产生的力就越大，反之产生的力就越小。

我们来个，小彩蛋，往瓶口加入彩纸，拉长气球，空气拉花炮就做成了呀。  

同学们思考一下，为什么会出现以上现象呢？

当拉住气球尾部向后拖的时候，气球内部会形成一定体积的气流，而突然松手时，气球内部的空生活气会迅速地喷出，而空气通过瓶口时，会形成涡流，从而产生一定的冲击力。

在生活中，空气炮瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能，可以产生强大的冲击力，是一种清洁、无污染、低耗能的理想能源。

我们为什么要研究空气动力学呢？空气动力学有什么作用？

天上到底有没有住着神仙，敦煌壁画上衣炔飘飘的飞天，《庄子·逍遥游》中怒而飞的“鹏”真的存在吗？……慢慢了解天空的奥秘和空气动力学后，这些年少时期的疑问才得以解答。其实，人类一直渴望自由飞翔（此处可插入世界名曲《月亮之上》），堪称同一个世界，同一个梦想！

《庄子·逍遥游》中有：“风之积也不厚，则其负大翼也无力。故九万里，则风斯在下矣，而后乃今培风；背负青天，而莫之夭阏者，而后乃今将图南。”

翻译成人话就是，如果聚集的风不够强大的话，那么负载一个巨大的翅膀也就没有力量了。因此，鹏在九万里的高空飞行，风就在它的身下了，凭借着风力，背负着青天毫无阻挡，然后才开始朝南飞。这是古代中国人对空气动力学与飞行关系作出的最早的科学猜测。

到西汉末年王莽时期，有声称会飞天的人，身着羽毛，作成鸟，架翅膀以为翼，身上还装有环纽机关，从山顶滑翔而下。虽有的飞数百步而坠，但几乎都一个个摔得鼻青脸肿。这大概是航空史上最早的，也是最大规模的一次人类飞行试验。

然后，明朝官员万户在一把座椅的背后，装上47枚当时能买到的最大火箭，将自己捆绑在椅子的前边，两只手各拿一个大风筝，命令仆人同时点燃47枚大火箭，想借火箭向上推进的力量，加上风筝上升的力量飞向上方。他的目标是月亮！作为人类历史上第一次载人飞天的伟大实践者，他所创造的采用捆绑式来解决大推力的设计思想无疑给后人留下了有益的启示。1959年，月球上的一座环形火山被命名为“万户山”，以纪念这位“真正的航天始祖”。

再然后，清朝苏州木匠徐士明花了10年时间，耗尽家财，经过几百次失败后，终于造出一架人力飞车，人只要踩动踏板，飞车就会离开地面一尺多高，快速向前飞去。试验成功了，徐士明高兴极了，又开始研制飞得更高、更远的机器，可惜因贫病交加，徐士明不久后含恨离开人世。

一直到1903年12月17日，美国莱特兄弟实现了人类历史上第一次驾机动力飞行。

到19世纪末，经典流体力学的基础已经形成，成为力学大家族的重要一员。20世纪以来，随着航空事业的迅速发展，空气动力学便从流体力学中发展出来，并形成力学的一个新的分支。随着现代航空与喷气技术的快速发展，飞行速度越来越快，从亚声速到超声速再到高超声速；飞行器所处环境也越来越高，从低空到高空再到太空。空气动力学与物理学中的热力学、声学、光学等结合，又产生了气动热力学、气动声学和气动光学等交叉学科。

三、生活中的空气动力（10分钟）地点：暂定

活动目标：

了解生活中的空气动力以及吸尘器的工作原理

活动准备：

PPT  

空气动力学这么高大上，那么在我们的日常生活中，空气动力学有哪些应用呢？

说的很好，空气动力和空气一样，无处不在。

对于热爱运动的同学来说，生活中的空气动力学可能想到的就是足球比赛中著名的香蕉球。

香蕉球的原理是因为足球运动员给足球的一侧发力，使其高速旋转，导致，足球两侧的流场不对称，产生了一个侧向力，造成了足球的飞行轨迹弯曲，形成类似香蕉的形状。同样的道理，对于乒乓球运动来说，选手发的侧旋球也有类似的效果，也是利用乒乓球的旋转使得两侧的流场不对称，产生了一个侧向力，而这个侧向力的方向与乒乓球的旋转方向有关，这也是乒乓球运动的一大乐趣。

另外在高尔夫球运动中，大家可能会有疑问，高尔夫球的表面为什么要设计成凹凸不平的形状，而不是光滑平整的形状，在大家的常识看来，越光滑的表面摩擦力越小，阻力越小，飞的距离越远，但是事实上，表面凹凸不平的高尔夫球比光滑的高尔夫球飞的更远，阻力更小，这里面蕴含的丰富的空气动力学知识。

这是由于高尔夫球的凹凸不平的表面，使得层流受到了扰动，使其由层流转捩为湍流，并使得分离点后移，将层流边界层转变为湍流边界层，降低了压差阻力，使得高尔夫球的阻力下降，使其飞的更远。

世界上还有有一种“会飞”的蛇，我们一起了解一下：（1分15秒）

我们生活中还有一种常见的工具也运用到了空气动力学，那就是——吸尘器。

那么吸尘器是怎么在工作的呢？

首先，当吸尘器运转时，其通过吸尘器内部的电机高速运转，带动电机周围的叶片组成的叶轮高速转动，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差的作用下，可吸入含灰尘的空气，从而将地面上的垃圾吸入其中，而过滤后的清洁空气从风机、电动机的后部出气口排出。 

同理排气扇也运用到了空气动力学。排气扇向外排出空气的过程中会造成室内气压下降，室内空气变稀薄，形成一个负压区，空气由于气压差补偿流入室内。

四、自制吸尘器（30分钟）地点：暂定

活动目标：

动手制作吸尘器

活动准备：

木棍、纱布、木板、叶片、支架、双面胶、电池盒、马达、螺丝、皮筋、半个塑料瓶

了解了吸尘器的工作原理，我们现在开始自制吸尘器，先看一下制作方法：

所需材料：

步骤

1

将支架和木块粘贴在木板上

2

将纱布用皮筋绑在塑料瓶的大口上

3

将叶片安装在电机上

并用导线连接电机和电池盒

4

将电机夹在支架中

并将电池盒粘贴在木板上

5

将木板和塑料瓶粘贴在木棍上

6

装上电池，吸尘器就完成啦

老师给那么每人发一份材料包，你们在制作的过程中，如果有任何疑问都可以举手问老师哦！

吸尘器制作好了就赶紧试一试它的效果吧！（45秒）

五、收获与分享（5分钟）

同学们真棒，今天我们认识了空气的力量，谁可以和老师分享一下收获和感谢？

说的不错，今天的家庭任务是，思考一下如何使用气球、瓶盖、纸板、竹签制作一个空气动力车？

六、结束语

今天的研学课程到这里就结束啦！非常感谢同学们陪老师度过的愉快时光，期待我们下次再见！

七、课程反思