空气占据空间吗教学课件

空气占据空间吗？学习目标123认识空气占据空间会用实验方法加以验证学会用生活实例说明通过直观的实验和观察，认识到空气虽然看掌握简单的科学实验方法，能够通过实验证不见，但确实占据着空间，是一种实际存在明空气占据空间的科学事实，培养动手能力的物质和观察能力空气是什么？空气的特性空气是一种看不见的物质，它环绕在我们周围，是生命存在的必要条件尽管我们无法直接用肉眼观察到空气，但它确实实实在在地存在着空气主要由氮气和氧气组成，还包含少量的二氧化碳、氩气等其他气体其中氮气约占78%，氧气约占21%，其余气体占比很小空气在哪儿？空气无处不在三态物质都占据空间空气存在于我们生活的每一个角落，在自然界中，物质存在三种基本形从室内到室外，从海洋到高山，甚至态固体、液体和气体无论是哪种在我们的身体内部空气是地球的大形态的物质，它们都会占据一定的空气层的主要组成部分，形成了一层保间例如，一块石头占据空间，水也护地球的气体外衣占据空间，同样，空气作为气体也占据着空间空气是气体为什么要探究空气是否占据空间探究的意义•生活中常见相关现象我们的日常生活中充满了与空气占据空间相关的现象，如气球充气后变大、轮胎充气后变硬等，理解这些现象有助于我们更好地认识周围的世界•培养科学探究精神通过观察和实验证明空气占据空间，可以培养学生的科学探究能力和批判性思维，让他们学会用科学的方法认识世界科学实验能培养孩子们的探究精神，帮助他们理解空气这种看不见的物质确实占据空间空气能否被感知？视觉难以直接观察间接感知空气存在科学研究方法空气是无色透明的，我们的肉眼无法直接虽然看不见空气，但我们可以通过多种方科学家们通过设计各种巧妙的实验，来研看见空气这使得空气显得神秘而难以捉式间接感知它的存在究空气的性质和特点这些实验能够帮助摸，需要通过间接方式来研究它我们间接地证明空气的存在，以及它占据•风吹过脸颊的感觉空间的特性•观察树叶随风摇摆•气球充气后膨胀的现象•空气被压缩时产生的阻力案例气球实验气球实验步骤与观察

1.准备一个未充气的气球，观察其形状扁平，体积很小

2.用嘴或打气筒向气球内吹入空气

3.观察气球逐渐膨胀变大的过程

4.充满空气的气球变得圆鼓鼓的实验分析气球在充气前几乎没有体积，充气后却变得又大又圆，这说明了什么？显然，是我们吹入的空气占据了气球内部的空间，使气球膨胀起来空气进入气球后，需要一定的空间来容纳它，这直接证明了空气是占据空间的气球充气的过程直观地展示了空气占据空间的特性案例注射器实验注射器实验是另一个证明空气占据空间的直观例子这个实验通过操作注射器活塞，清晰地展示了空气在注射器中的存在和变化准备一个没有针头的干净注射器确保注射器内没有任何液体，只有空气注射器的活塞应该能够自由推拉观察并操作注射器拉动活塞，空气进入注射器内部；推动活塞，空气被排出注射器当你拉动活塞时，注射器内部的空间增大，外部的空气会进入填充这个空间体验阻力感受用手指堵住注射器出口，尝试推动活塞你会发现活塞很难被推入，并且有明显的阻力这是因为注射器内的空气被压缩，但无法排出，空气分子相互挤压产生阻力得出结论案例水杯倒立实验水杯倒立实验过程

1.准备一个透明塑料杯和一些纸巾或餐巾纸

2.将纸巾揉成一个小纸团，塞入杯底

3.确保纸团塞得紧实，不会轻易掉落

4.将杯子口朝下，垂直地压入装有水的盆中

5.保持杯子垂直，观察杯内情况

6.取出杯子，检查纸团是否湿润实验现象与解释奇妙的是，当我们取出杯子并检查纸团时，会发现纸团依然干燥！这是为什么呢？水杯倒立实验是一个经典的小学科学实验，直观展示空气占据空间的原理小实验准备水杯与纸团透明塑料杯干纸团一盆清水选择一个透明的塑料杯，这样可以清楚地观准备一些餐巾纸、纸巾或普通纸张，将其揉准备一盆清水，水量要足够，至少能让杯子察实验过程中杯内的情况杯子不宜太大，成小纸团纸团的大小应适中，能够紧密地在倒扣时有一半以上浸入水中盆子的直径中等大小或小一些的杯子更适合进行这个实塞入杯底而不会松动掉落应该大于杯口直径，这样杯子可以方便地插验入水中确保纸团完全干燥，这样在实验后我们才能透明塑料杯比玻璃杯更安全，特别是在小学明确判断水是否进入了杯中纸团的颜色最生进行实验时确保杯子干净无损，没有任好选择容易看出湿润变化的，如白色或浅何裂缝或漏洞色步骤一塞纸团详细操作步骤

1.取一张或几张纸巾，视纸的厚度而定

2.将纸巾揉搓成一个小而紧实的纸团

3.确保纸团完全干燥，没有任何湿气

4.将纸团放入透明杯子的底部中央位置

5.轻轻按压纸团，确保它紧贴杯底

6.纸团不要太松散，以防在后续操作中掉落注意事项纸团的大小应适中，既要能明显看出是否被水浸湿，又不能太大以至于占据杯子的大部分空间塞纸团时要轻柔，避免损坏杯子，特别是当使用塑料杯时将干燥的纸团放入杯底，这是实验的第一步，也是关键的准备工作步骤二倒扣杯子准备倒扣1确保纸团已经紧实地塞在杯底，然后双手握住杯子的侧面，将杯口朝下杯子应该保持垂直状态，杯口平行于水面垂直插入水中2慢慢地将杯子垂直插入盛有水的容器中动作要平稳，不要倾斜杯子，以免空气从杯中逸出，导致水进入杯中保持垂直姿势3将杯子压入水中至少一半深度，确保杯口完全浸入水下整个过程中，杯子必须保持垂直状态，杯口始终朝下观察水位步骤三观察纸团取出杯子与纸团

1.保持杯子垂直，小心地将杯子从水中提出

2.迅速将杯子倒转过来（杯口朝上），避免残留的水滴落到纸团上

3.用手指或镊子取出杯底的纸团

4.仔细检查纸团的状态，触摸它以确定是否有湿气现象与观察惊奇的是，当我们取出纸团时，会发现它依然是干燥的！即使杯子已经深入水中，但纸团却没有被水浸湿这个现象明确地表明，杯中的空气阻止了水进入杯子内部如果实验操作正确，纸团应该保持完全干燥如果纸团有一点湿润，可能是因为在提取杯子或取出纸团的过程中，少量的水不小心进入了杯取出杯中的纸团，验证实验结果是这个科学探究的关键步骤中这种情况下，可以重新进行实验，更加小心地操作实验原理解释杯中的空气空气形成屏障当我们把杯子倒扣时，杯子内部原本就充满了空气这些空气看不见，当杯子插入水中时，杯内的空气无法逃逸，因为它被水和杯壁围住了但确实存在于杯子内部的每一个角落空气比水轻，会自然地上浮，形成一个阻止水进入杯内的屏障空气占据空间纸团保持干燥空气占据了杯内的空间，水无法同时占据这个空间根据物理学原理，由于水无法进入杯内，纸团得以保持干燥这一现象直接证明了空气占同一空间在同一时间不能被两种物质同时占据，所以水被阻挡在杯外据空间的科学事实，虽然我们看不见空气，但它确实存在并发挥着作用这个简单而有趣的实验清晰地展示了空气占据空间的物理特性通过观察纸团的干燥状态，我们得到了直接的证据，证明了空气确实占据着杯内的空间，并阻止了水的进入案例扩展水与空气占空间的互换扩展实验步骤

1.重复前面的水杯倒立实验，将塞有纸团的杯子倒扣入水中

2.这一次，在杯子倒扣在水中时，用手指按压杯底（即现在朝上的部分）

3.如果杯底有小孔，或者杯子材质较软可以稍微变形，会看到气泡从杯子里冒出

4.观察随着气泡的释放，水逐渐进入杯中，最终纸团被水浸湿原理解析当我们按压杯底或利用杯底的小孔时，杯内的空气有了出路，可以以气泡的形式逸出随着空气逐渐离开杯子，原本被空气占据的空间变得空缺，水便趁机进入杯中，最终浸湿了纸团这个扩展实验进一步证明了空气占据空间的特性，同时也展示了空气和水在空间占据上的互换关系当空气离开，水便进入；当空气占据，水则被排除这种互换现象清晰地表明，空气和水都是实际存在的物质，都会占据一定的空间通过在杯底开小孔，我们可以观察空气与水如何交换位置，进一步验证空气占据空间的特性生活中的现象一气垫床气垫床的工作原理气垫床是一种可充气的床垫，最初呈扁平状态，充气后变成舒适的床垫气垫床的工作原理直接展示了空气占据空间的科学现象充气过程使用电动或手动打气筒向气垫床内充入空气随着空气不断进入，原本瘪的气垫床逐渐膨胀，体积明显增大当充入足够的空气后，气垫床变得坚硬而有弹性，可以支撑人体重量空气的作用空气进入气垫床内部后，占据了内部空间，撑开了气垫床的外壳空气的存在使得原本柔软的塑料外壳变得坚固，能够支撑重物这种变化清晰地表明空气确实占据着空间，并且能够发挥支撑作用与实验的联系气垫床的充气过程与前面的气球实验原理相似，都是通过观察空气进入后物体体积和形状的变化，来证明空气占据空间的特性这个生活中常见的例子，让抽象的科学原理变得更加具体和易于理解生活中的现象二救生圈救生圈与空气救生圈是水上救生的重要工具，通常由橡胶或塑料制成，内部需要充入空气才能发挥作用救生圈的使用与空气占据空间的特性密切相关充气与浮力救生圈在使用前需要充气，空气进入救生圈内部后占据了空间，使救生圈膨胀起来由于空气的密度比水小，充满空气的救生圈具有良好的浮力，能够在水面上漂浮并支撑人体重量实际应用当我们将充满空气的救生圈放入水中时，它会浮在水面上如果救生圈漏气，内部的空气逐渐减少，救生圈就会逐渐失去浮力，最终可能沉入水中这种现象直接证明了空气的存在及其对物体浮力的影响救生圈的例子不仅证明了空气占据空间，还展示了空气的另一个重要特充气救生圈是空气占据空间的另一个生活实例，它的浮力正是来源于内性——密度小于水，这使得含有空气的物体能够漂浮在水面上这一特性部的空气在很多水上运动和救生设备中得到了广泛应用气泡的形成气泡的本质气泡形成过程气泡是空气或其他气体在液体中形成的当我们用吸管在水中吹气时，吹出的空小球体在水中，气泡通常是空气被水气会在水中形成气泡这些气泡由于空包围形成的球形体气泡的存在是空气气密度小于水，会迅速上升至水面，然占据空间的直接证据，因为每个气泡内后破裂，空气释放到大气中气泡的形部都是被空气占据的空间成过程表明，空气可以在水中占据一定的空间，虽然这种占据是暂时的气泡的科学意义气泡不仅是一种有趣的现象，还具有重要的科学意义通过观察气泡的形成、大小、上升速度等特征，科学家可以研究气体在液体中的行为，以及液体的表面张力等物理特性气泡的研究也应用于许多领域，如医学超声、工业生产等观察气泡是研究空气占据空间的一个直观方法每个气泡都代表着一个被空气占据的小空间，气泡的数量和大小反映了空气占据空间的程度这种方法在科学教育中很有价值，它帮助学生形象地理解空气占据空间的概念气球与打气筒打气筒与空气传输打气筒是一种简单的空气压缩和传输工具，常用于给气球、轮胎等充气它的工作原理直接涉及到空气占据空间的特性充气过程分析当我们使用打气筒给气球充气时，打气筒活塞向下推动，压缩筒内的空气，这些被压缩的空气通过连接管道进入气球随着越来越多的空气进入气球，气球逐渐膨胀，体积不断增大物理原理这个过程实际上是空气从打气筒转移到气球中，空气始终占据着一定的空间，只是这个空间的位置从打气筒变成了气球气球膨胀的程度直接反映了内部空气占据空间的多少通过观察和感受气球充气的过程，我们可以直接体验到空气占据空间的现象当我们触摸充满空气的气球时，可以感受到气球内部的空气对气球壁产生的压力，这种压力也是空气占据空间的一种表现试一试封闭瓶子的变化准备工作1找一个干净的塑料瓶子（如饮料瓶），确保瓶盖完好，能够紧密封闭瓶口这个简单的实验可以在家中或教室里轻松进行，不需实验步骤一瓶盖紧闭状态要特殊设备2先确保瓶子盖子拧紧，然后用手用力挤压瓶身你会发现，尽管实验步骤二瓶盖打开状态用了很大的力气，瓶身却很难变形，而且一旦松手，瓶子会立即3恢复原状接下来，打开瓶盖，再次用手挤压瓶身这一次，你会发现瓶身很容易就被压扁了，而且松手后瓶子不会自动恢复原状原理解释4在瓶盖紧闭的情况下，瓶子内部的空气无法逃逸，当你挤压瓶身时，内部的空气被压缩，产生反作用力抵抗变形而在瓶盖打开结论5的情况下，挤压时瓶内的空气可以从瓶口逸出，瓶身就容易变形了这个实验证明了空气确实占据着瓶子内部的空间，并且当这些空气无法逃逸时，它会对外界的压力产生反作用力这直接验证了空气占据空间的科学事实空气与其他物质的对比固体占据空间液体占据空间气体占据空间固体是三态物质中最容易感知的一种固体液体没有固定的形状，但有固定的体积，它气体既没有固定的形状，也没有固定的体有确定的形状和体积，占据着明确的空间会根据容器的形状而改变自身形状，但始终积，它会充满整个容器尽管如此，气体仍例如，一块石头放在桌子上，占据了桌面的占据一定的空间当我们将水倒入杯中，水然占据空间我们前面的实验已经证明，空一部分空间，其他物体无法同时占据这个位占据了杯中的部分空间；当我们将一块石头气作为一种气体，确实占据着一定的空间，置固体的体积和形状在常温常压下变化很放入装有水的杯中，水位上升，显示石头占只是因为它的透明特性使得我们难以直接观小据了原本被水占据的部分空间察到空气与水的关系特别值得注意它们互不相容，当一个空间被空气占据时，水无法同时占据这个空间，反之亦然这就是为什么我们在水杯倒立实验中，杯内的纸团能保持干燥，因为空气占据了杯内空间，阻止了水的进入感受空气的体积简易对比实验这个简单的实验可以帮助我们直接感受到空气的存在及其占据的空间准备两个相同的塑料瓶，一个保持原状（内部充满空气），另一个则尽可能排出空气（可以先挤压瓶身，然后拧紧瓶盖）手感差异用手轻拍这两个瓶子，你会发现它们给手的感觉完全不同•充满空气的瓶子拍打时有弹性，会产生清脆的声音，感觉像拍打一个充气的物体•排空空气的瓶子拍打时几乎没有弹性，声音闷沉，感觉像拍打一个实心物体科学解释通过拍打不同状态的瓶子，可以直接感受到空气存在的证据这种手感差异直接源于瓶内空气的存在与否充满空气的瓶子中，空气分子占据着空间，当受到外力（拍打）时，这些空气分子被压缩，然后反弹，产生弹性感而排空空气的瓶子中，由于缺乏空气分子，就没有这种弹性反应这个简单的体验活动，让我们能够通过触觉直接感受到空气的存在及其占据空间的特性，使抽象的科学概念变得更加具体和易于理解空气体积分布大气层的结构地球的大气层由多层结构组成，从近地面的对流层到高空的平流层、中间层、热层等随着海拔高度的增加，空气密度逐渐降低，这意味着单位体积内的空气分子数量减少高空空气的特点在高海拔地区，空气变得稀薄，氧气含量相对较低这就是为什么在高山上人们会感到呼吸困难，甚至出现高原反应登山者在攀登高峰时，常常需要携带氧气瓶来补充氧气空气分子的分布空气由无数微小的气体分子组成在地球表面附近，这些分子密集分布，共同占据着空间；而在高空，分子之间的距离变大，分布更加稀疏，但它们仍然占据着空间，只是密度降低了科学意义理解空气密度随高度变化的规律，对气象学、航空航天、环境科学等领域有重要意义例如，飞机在不同高度飞行时需要考虑空气密度的变化，调整发动机性能和机翼形状科学史小知识托里拆利实验17世纪的意大利科学家埃万杰利斯塔•托里拆利（Evangelista Torricelli）进行了一项划时代的实验，这个实验不仅发现了气压的存在，还证明了空气是有实体的物质实验过程托里拆利将一根封闭一端的玻璃管灌满水银，然后将开口端倒置在盛有水银的容器中他发现玻璃管中的水银柱高度总是保持在约76厘米处，管子上部形成了真空空间（现称托里拆利真空）科学突破这个实验首次证明了大气压的存在，解释了为什么水银柱能在管中保持一定高度——因为大气对水银槽施加压力更重要的是，它彻底推翻了自然厌恶真空的古老观念，证明了空气是一种具有实体的物质，能够对其他物体施加压力托里拆利的工作为后来的气象学和物理学研究奠定了基础，也使人们认识到空托里拆利的气压实验是科学史上关于空气研究的重要里程碑气不仅仅是无物，而是真实存在的、可以占据空间的物质这一认识对科学发展产生了深远的影响误区辨析看不见不等于不存在不易察觉不等于不重要无重量不等于无质量很多人因为无法直接看到空气，就认为空气另一个常见误区是认为空气因为不易察觉就很多人误以为空气没有重量或质量实际不是实体物质或不占据空间这是一个常见不那么重要事实上，空气对地球上的生命上，空气是有质量的，地球上的整个大气层的误区我们需要明白，人类的视觉有局限至关重要，它不仅提供了生物呼吸所需的氧重达约

5.5×10^18千克！只是因为空气压力性，许多真实存在的物质因为透明或太小而气，还调节着地球的温度、传播声音、影响从各个方向均匀地作用于我们，所以我们通无法被肉眼直接看到天气变化等常感觉不到空气的重量实际上，空气由无数微小的气体分子组成，空气虽然在日常生活中常被忽视，但它无处在科学上，质量是物质的基本属性，任何物这些分子确实占据着空间，只是因为它们透不在，影响着我们生活的方方面面从呼吸质包括空气都具有质量这也是为什么空气明且排列疏松，所以我们看不到它们但通系统的运作到风力发电，从气球膨胀到飞机可以被压缩（如气球中的空气）或产生阻力过科学实验，我们可以间接证明空气的存在飞行，空气的存在及其特性都扮演着关键角（如风对物体的作用），因为它是由具有质及其占据空间的特性色量的分子组成的实体物质思维拓展塑料袋的物理原理当塑料袋鼓起来后，之所以很难被压扁，是因为袋内的空气分子占据了空间，并且在受到外力时产生反作用力当我们尝试压扁塑料袋时，实际上是在压缩袋内的空气，而空气分子会抵抗这种压缩，产生向外的压力这种现象还涉及到气体的可压缩性当塑料袋被封闭后，内部的空气分子数量固定，如果我们压缩袋子，就会减小内部空间，导致单位体积内的分子数量增加，分子之间的碰撞更加频繁，从而产生更大的压力抵抗外力空气的其他应用•气垫技术从气垫船到气垫运动鞋，利用空气的缓冲特性•空气动力学飞机翼、汽车设计利用空气流动原理•气动工具许多工业和家用工具利用压缩空气提供动力•医疗应用呼吸机、氧气疗法等依赖空气或其成分•环境控制空调、空气净化器调节室内空气质量拓展活动自制空气火箭准备材料这个有趣的小实验需要准备以下材料•一个长气球（条形气球效果最佳）•一根塑料吸管•一段细绳或鱼线（约3-5米长）•透明胶带•剪刀组装火箭

1.将细绳或鱼线穿过吸管

2.将绳子的两端固定在房间的两端，绷紧

3.将气球吹起来但不要扎口

4.用透明胶带将气球的开口固定在吸管上，确保气球的开口朝着吸管的一端

5.将吸管挂在绷紧的绳子上，气球开口朝后发射火箭松开捏住气球开口的手指，让气球中的空气喷出观察吸管（我们的火箭）如何沿着绳子快速移动到另一端科学原理分析这个实验展示了牛顿第三定律（作用力与反作用力）当气球中的空气喷出时（作用力），气球及吸管受到相反方向的推力（反作用力）这种推力使吸管沿着绳子移动同时，这也展示了空气占据空间的特性气球中的空气被释放出来，推动了火箭前进，证明了空气是真实存在的物质，能够产生力的作用小组讨论实验改进现象观察实际应用如何改进我们今天学习的实验，使其更加精除了课堂上展示的实验外，你还能想到哪些空气占据空间的特性在哪些领域或技术中得确或更具说服力？生活中的现象可以证明空气占据空间？到了应用？•思考使用不同材质的容器（如玻璃杯、•描述你在日常生活中观察到的与空气占•探讨空气在工业、医疗、交通等领域的塑料杯）会对实验结果有何影响？据空间相关的现象应用•如果改变纸团的大小或材质，会观察到•解释这些现象背后的科学原理•讨论如何利用空气占据空间的特性解决什么不同现象？生活中的问题•讨论这些现象与我们今天学习的实验有•能否设计一个定量测量空气占据空间的什么联系•设想未来可能出现的新技术或应用实验方法？小组讨论完成后，每组选派一名代表向全班分享讨论结果鼓励学生提出创新性的想法和批判性思考，培养科学探究精神和团队协作能力课堂小测试回顾实验生活应用请列举我们今天学习的能够证明空气占请举出一个日常生活中能够证明空气占据空间的实验，并简要描述每个实验的据空间的现象，并用所学知识解释其原过程和原理理

1.气球实验向气球内吹气，观察气球可能的回答包括体积变化•自行车或汽车轮胎充气后变硬

2.注射器实验推拉活塞，感受空气压•打开瓶装饮料时听到的嘶嘶声缩和扩张•潜水时看到的气泡上升

3.水杯倒立实验杯中塞纸团，倒扣入•气垫船能够在水面上漂浮水，观察纸团状态•风吹动树叶或风筝飞翔

4.塑料瓶挤压实验比较瓶盖开闭状态下瓶身受压的差异•吸尘器吸尘的原理•吹气球、充气床垫或游泳圈总结提升实验证明空气的本质通过一系列简单而有趣的实验，如气球充气、注射器操作、水杯倒立等，我们能够直观地证明空空气是由多种气体组成的混合物，主要包括氮气气占据空间的科学事实和氧气虽然我们看不见空气，但它确实是一种生活应用真实存在的物质，占据着空间空气占据空间的特性在我们的日常生活中随3处可见，从气球膨胀到轮胎充气，从救生圈批判思维漂浮到气泡上升，都体现了这一科学原理科学方法科学教育不仅是学习知识，更重要的是培养批判性思维和探究精神通过质疑、实验和讨论，我科学探究需要仔细观察、设计实验、收集数据和们能够更深入地理解自然界的规律分析结果通过这些方法，我们能够研究那些看不见的自然现象，如空气的特性通过今天的学习，我们不仅知道了空气确实占据空间，还体验了科学探究的乐趣希望这次课程能激发大家对科学的兴趣，鼓励大家继续用科学的眼光和方法去探索周围的世界，发现更多的科学奥秘记住，科学就在我们的日常生活中，只要我们善于观察和思考，就能发现许多有趣的科学现象！。