一、從現(xiàn)象到問題：熱氣球的“飛行密碼”初感知演講人CONTENTS從現(xiàn)象到問題：熱氣球的“飛行密碼”初感知抽絲剝繭：熱氣球上升的科學(xué)原理逐層解析實驗驗證：用“微型熱氣球”重現(xiàn)科學(xué)規(guī)律拓展思考：熱空氣上升原理的生活應(yīng)用與科學(xué)史總結(jié)與升華：用科學(xué)眼光看世界目錄2025四年級科學(xué)上冊熱氣球上升原理分析課件各位同學(xué)、老師們：今天我們要共同探索一個既充滿浪漫色彩又蘊(yùn)含科學(xué)智慧的主題——熱氣球上升的原理。當(dāng)你們在電影里看到《飛屋環(huán)游記》中色彩斑斕的氣球帶著房子緩緩升空，或是在節(jié)日里目睹熱氣球集群在藍(lán)天下飄游時，是否好奇過“它們?yōu)槭裁茨茱w起來”？這節(jié)課，我們將從生活現(xiàn)象出發(fā)，結(jié)合四年級上冊學(xué)過的“空氣”單元知識，一步步揭開這個問題的答案。01從現(xiàn)象到問題：熱氣球的“飛行密碼”初感知1生活中的熱氣球現(xiàn)象觀察我仍記得第一次在旅游景區(qū)看到熱氣球時的場景：工作人員用燃?xì)鈬娮煜蚯蝮w內(nèi)不斷輸送熱空氣，原本癟塌的球囊逐漸膨脹，像一朵巨大的花朵在地面“綻放”；當(dāng)球體完全鼓起并微微離地時，飛行員輕輕調(diào)整火焰大小，熱氣球便穩(wěn)穩(wěn)上升，越飛越高，最終消失在云層邊緣。這樣的畫面讓我著迷，但更讓我好奇的是：這個由布料和火焰組成的“大家伙”，究竟如何克服地球引力，實現(xiàn)“空中漫步”？同學(xué)們在生活中可能也觀察過類似現(xiàn)象：比如春節(jié)燃放的孔明燈，點燃底部的燃料后，會逐漸升上夜空；冬天打開暖氣時，靠近暖氣片的空氣會向上流動，帶動窗簾微微飄動。這些現(xiàn)象與熱氣球上升是否存在共同的科學(xué)原理？我們需要從“空氣的性質(zhì)”入手分析。2四年級上冊“空氣”知識回顧在之前的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)知道：空氣是一種混合氣體，由氮氣、氧氣、二氧化碳等成分組成；空氣具有質(zhì)量（通過“稱量充氣氣球”實驗可驗證）；空氣會流動（風(fēng)的形成、扇扇子時的氣流都是例證）；空氣受熱會膨脹，遇冷會收縮（“氣球套瓶口”實驗：將套有氣球的瓶子放入熱水中，氣球鼓起；放入冷水中，氣球收縮）。這些知識是理解熱氣球原理的“鑰匙”。接下來，我們需要將這些零散的知識點串聯(lián)成一條邏輯鏈，解答“熱氣球為何能上升”的核心問題。02抽絲剝繭：熱氣球上升的科學(xué)原理逐層解析1關(guān)鍵概念：密度與浮力的關(guān)系要解釋熱氣球上升，我們需要先理解兩個關(guān)鍵概念——密度和浮力。1關(guān)鍵概念：密度與浮力的關(guān)系1.1密度：衡量“輕重”的科學(xué)指標(biāo)密度是指單位體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量，公式為：密度=質(zhì)量/體積（ρ=m/V）。簡單來說，密度越大，相同體積的物質(zhì)越重；密度越小，相同體積的物質(zhì)越輕。例如，1立方厘米的水質(zhì)量約為1克（密度1g/cm3），1立方厘米的鐵質(zhì)量約為7.8克（密度7.8g/cm3），所以鐵比水“重”。空氣也有密度。在常溫（20℃）、常壓下，1立方米空氣的質(zhì)量約為1.2千克（密度1.2kg/m3）。但空氣的密度會隨溫度變化——當(dāng)空氣受熱時，分子運(yùn)動加劇，分子間距離增大，體積膨脹（即“熱脹”）；由于質(zhì)量不變（沒有增加或減少空氣分子），根據(jù)密度公式，體積增大則密度減小。因此，熱空氣的密度比冷空氣小。1關(guān)鍵概念：密度與浮力的關(guān)系1.2浮力：流體對物體的“托舉力”我們在“物體在水中的沉浮”單元學(xué)過：浸沒在液體中的物體會受到向上的浮力，浮力大小等于物體排開的液體的重力。這一規(guī)律同樣適用于氣體——物體在空氣中也會受到浮力，浮力大小等于物體排開的空氣的重力。例如，一個體積為1立方米的氣球，排開的空氣重力為1.2kg×9.8N/kg≈11.76N（重力計算公式：G=mg）。如果氣球內(nèi)的氣體密度小于空氣密度，氣球總重力（氣球自身重量+內(nèi)部氣體重量）就會小于浮力，氣球便會上升；反之則會下降。2熱氣球的“動力源”：熱空氣的密度變化回到熱氣球的結(jié)構(gòu)：它由球囊（巨大的紡織物氣囊）、燃燒器（噴射火焰加熱空氣）和吊籃（承載人員與設(shè)備）組成。其核心“動力”來自燃燒器對球囊內(nèi)空氣的加熱。當(dāng)燃燒器工作時，火焰將球囊內(nèi)的空氣加熱到約100-120℃（具體溫度取決于氣球大小和載重）。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，100℃時空氣密度約為0.94kg/m3（比常溫空氣密度1.2kg/m3小約22%）。此時，球囊內(nèi)的熱空氣密度遠(yuǎn)小于外部冷空氣密度，導(dǎo)致兩個關(guān)鍵結(jié)果：球囊整體排開的空氣重力（即浮力）大于球囊總重力（球囊+吊籃+內(nèi)部熱空氣的總重量）；浮力與重力的差值形成向上的合力，推動熱氣球上升。3動態(tài)平衡：熱氣球的升降控制1熱氣球并非只能無限上升，飛行員可通過調(diào)節(jié)燃燒器火焰大小控制升降。這涉及“動態(tài)平衡”的科學(xué)原理：2上升：增大火焰，球囊內(nèi)空氣溫度升高→密度進(jìn)一步減小→浮力大于重力→熱氣球加速上升；3懸停：調(diào)節(jié)火焰使球囊內(nèi)空氣溫度穩(wěn)定→浮力等于重力→熱氣球保持高度；4下降：關(guān)閉火焰或減小火焰，球囊內(nèi)空氣逐漸冷卻→密度增大→浮力小于重力→熱氣球減速并下降（也可通過頂部的排氣閥釋放部分熱空氣，直接減小浮力）。03實驗驗證：用“微型熱氣球”重現(xiàn)科學(xué)規(guī)律實驗驗證：用“微型熱氣球”重現(xiàn)科學(xué)規(guī)律為了更直觀地理解熱氣球原理，我們可以用日常材料制作一個“微型熱氣球”，通過實驗觀察熱空氣的上升現(xiàn)象。1實驗材料與準(zhǔn)備材料：輕薄的塑料袋（如保鮮袋，尺寸約30cm×30cm）、細(xì)鐵絲（或竹條）、蠟燭（或酒精棉球）、火柴、托盤（用于放置蠟燭，避免燙傷）；安全提示：實驗需在教師指導(dǎo)下進(jìn)行，遠(yuǎn)離易燃物，避免塑料袋直接接觸火焰。2實驗步驟與現(xiàn)象記錄組裝“球囊”：將細(xì)鐵絲彎成一個直徑約20cm的圓環(huán)，套在塑料袋開口處，用膠帶固定（模擬熱氣球的球囊和支撐結(jié)構(gòu)）；1加熱空氣：點燃蠟燭，放置在托盤上，將“球囊”開口朝下罩住蠟燭（注意保持安全距離，避免塑料袋被燒穿）；2觀察現(xiàn)象：約10-15秒后，塑料袋逐漸膨脹，當(dāng)膨脹到一定程度時，“球囊”會脫離蠟燭，緩緩上升；3分析結(jié)論：停止加熱后，“球囊”內(nèi)空氣冷卻，逐漸下落。43實驗結(jié)論與科學(xué)解釋實驗中，蠟燭加熱了塑料袋內(nèi)的空氣，使其體積膨脹、密度減小。當(dāng)袋內(nèi)空氣密度小于外部空氣密度時，“球囊”受到的浮力大于總重力（塑料袋+內(nèi)部熱空氣的重量），因此上升；冷卻后，袋內(nèi)空氣密度增大，浮力減小，“球囊”因重力大于浮力而下落。這與真實熱氣球的上升原理完全一致。04拓展思考：熱空氣上升原理的生活應(yīng)用與科學(xué)史1生活中的“熱空氣上升”現(xiàn)象STEP5STEP4STEP3STEP2STEP1熱氣球并非唯一利用熱空氣上升原理的發(fā)明，我們的日常生活中還有許多例子：孔明燈：通過燃燒燃料加熱燈內(nèi)空氣，使整體密度小于空氣密度，從而升空；暖氣片的安裝：暖氣片通常安裝在窗戶下方或房間低處，加熱后的空氣上升，帶動冷空氣循環(huán)，使整個房間變暖；抽油煙機(jī)：廚房烹飪時產(chǎn)生的熱空氣（含油煙）密度小、易上升，抽油煙機(jī)安裝在爐灶上方，能更高效地吸走油煙；熱氣球氣象觀測：科學(xué)家用高空氣球攜帶儀器，通過加熱氣體控制高度，收集大氣溫度、濕度等數(shù)據(jù)。2熱氣球的科學(xué)史：從“紙氣球”到載人飛行熱氣球的發(fā)明是人類對“熱空氣上升”原理的一次偉大實踐。1783年，法國的蒙哥爾費(fèi)兄弟（約瑟夫蒙哥爾費(fèi)和艾蒂安蒙哥爾費(fèi)）用亞麻布和紙制作了一個直徑11米的氣球，通過燃燒稻草和羊毛加熱內(nèi)部空氣，成功讓氣球上升至1800米高空，飛行了2公里。同年11月，他們的熱氣球?qū)崿F(xiàn)了人類首次載人飛行——飛行員羅齊埃和達(dá)爾朗德在巴黎上空飛行了25分鐘，徹底打破了人類“無法離開地面”的限制。這段歷史告訴我們：科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)源于對生活現(xiàn)象的觀察，而技術(shù)發(fā)明則是對科學(xué)原理的創(chuàng)造性應(yīng)用。正如蒙哥爾費(fèi)兄弟所說：“當(dāng)我們看到煙霧上升時，便想到或許可以用同樣的方法讓更大的‘煙霧袋’載著人飛起來?！?5總結(jié)與升華：用科學(xué)眼光看世界總結(jié)與升華：用科學(xué)眼光看世界通過今天的學(xué)習(xí)，我們從熱氣球的現(xiàn)象出發(fā)，逐步解析了其上升的核心原理：熱空氣因體積膨脹、密度減小，導(dǎo)致熱氣球受到的浮力大于重力，從而上升；通過控制加熱程度，可調(diào)節(jié)熱氣球的升降。這一過程不僅讓我們掌握了“密度”“浮力”等科學(xué)概念，更重要的是學(xué)會了“觀察現(xiàn)象—提出問題—回顧知識—實驗驗證—應(yīng)用拓展”的科學(xué)探究方法。希望同學(xué)們今后在生活中多留意類