乐高MINDSTORMS头脑风暴EV3机器人核心套装

自由落体

搭建一座落塔,以实验方式确定万有引力常数。

90-120分钟
中级
年级 6-8
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课程计划

1.课前准备

  • 浏览 EV3 课堂 App 应用程序中的学生学习材料。
  • 收集一些关于自由落体定律的信息。
  • 如果没有两节连续式 (double-block) 课堂时间,可以通过多次完成此课程。

Part A

2.参与(10 分钟)

  • 根据下面发起一次讨论部分的想法组织学生围绕本节课程展开一次讨论。
  • 将所有学生分为两人一组。

3.探究(35分钟)

  • 让每组学生搭建落塔
  • 给他们一些时间进行测试运行,确保模型搭建的正确且能够按预期工作。

Part B

4.解释(15分钟)

  • 让每组至少重复进行三次实验并记录结果。
  • 确保他们能够创建自己的测试表。

5.拓展(30 分钟)

  • 让学生根据自由落体定律,使用他们记录的数据计算平均速度和万有引力常数。
  • 要求每组简要总结实验结果。
  • 请记得预留整理时间。

6.评估

  • 就每位学生的课堂表现提供反馈。
  • 可借助所提供的评价准则来简化此环节。

发起一次讨论

自由落体是指物体仅由重力作用而产生的加速度。从飞机上跳下的人会因空气阻力而使下降速度减慢。真正的自由落体只可能发生在真空中,因为真空中除了重力不存在其它任何力。美国宇航局 (NASA) 位于俄亥俄州克利夫兰的格伦研究中心 (Glenn Research Center) 设有进行此类实验的测试环境。

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通过提出相关问题来围绕自由落体展开一次讨论,例如:

  • 术语自由落体是指什么?
  • 加速度与速度之间有什么关系?
  • 在真空中,河马与蚯蚓的下落速度完全一样吗?
  • 何时能够掌握自由落体概念?

搭建要诀

搭建手册

模型使用
将模型放置在坚固的水平面上。运行程序并等待,直到触动传感器出现在显示屏上。将球放在持球臂中,然后按压落塔背面的触动传感器,开始下落实验。如果实验成功,显示屏上将显示一个灿烂的笑容,然后是下落时间。如果失败,则会显示一个悲伤的表情。持球臂可以自动闭合,以便进行下一次实验。

进行实验
当学生进行实验时,提醒他们注意以下事项:

  • 如果实验成功,显示屏上将显示下落的时间。
  • 在测试表中记录实验编号和下落时间。并确保在表单中留出足够的空间,用于进一步计算。
  • 至少重复进行三次实验并使用平均值,以确保获得最可靠的结果。

编程要诀

程序

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分层教学

通过如下方式简化本节课:

  • 与学生合作,帮助他们解决一些计算问题

通过如下方式提高学生的学习水平:

  • 鼓励学生使用测量值进行附加运算
  • 解释平均值(例如算术平均值与中位数、对异常值的敏感性)的重要性,其能够均衡一系列实验的测量误差
  • 激发学生想出提高实验准确性的方法

评估环节

教师观察清单
可根据教学需要创设评价准则,例如:
1.部分完成
2.全部完成
3.超额完成

使用以下成功标准来评估学生的进步:

  • 学生能够运用数学概念和/或过程来确定万有引力常数。
  • 学生能够解释球以恒定速度加速。
  • 学生能够识别实验中的自变量和控制变量。

自我评估
让每位学生选择最能代表自己当前水平的等级。

  • 铜章:能够进行实验,但未计算平均速度或万有引力常数。
  • 银章:在帮助下能够计算平均速度和万有引力常数。
  • 金章:能够计算平均速度和万有引力常数。
  • 铂金章:不仅能够计算平均速度和万有引力常数,而且能够使用测量值进行附加计算。
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语言艺术拓展

整合语言艺术能力培养,要求学生:

  • 围绕他们的实验结果及其与公认的地表重力加速度 g 的对比结果,准备一份简短的报告
  • 准备演示文稿,说明他们的实验结果和学习成果

备注:这部分内容可用作拓展课程。

职业连接

喜欢这节课的学生可能会对以下相关行业产生兴趣:

  • 制造与工程(工程预科)
  • 科学、技术、工程、数学(科学与数学)

教师支持

学生将会

  • 学习确定万有引力常数
  • 了解适用于所有物体的万有引力定律

中华人民共和国教育部
义务教育初中物理课程标准
主题2 运动和相互作用(7年级)
用速度描述物体运动的快慢,通过实验测量物体运动的速度。用速度公式进行简单的计算。

学生材料

学生学习单

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