一、課程導(dǎo)入：從真實(shí)震感出發(fā)，建立探究興趣演講人CONTENTS課程導(dǎo)入：從真實(shí)震感出發(fā)，建立探究興趣知識(shí)鋪墊：從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念的遞進(jìn)理解裝置制作：從理論到實(shí)踐的動(dòng)手探究知識(shí)延伸：從模擬實(shí)驗(yàn)到真實(shí)地震的聯(lián)系總結(jié)與升華：從探究到責(zé)任的科學(xué)情懷目錄2025小學(xué)五年級(jí)科學(xué)下冊(cè)地震模擬裝置的震動(dòng)與波傳播課件01課程導(dǎo)入：從真實(shí)震感出發(fā)，建立探究興趣課程導(dǎo)入：從真實(shí)震感出發(fā)，建立探究興趣作為一名從事小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我始終相信：最好的科學(xué)課始于生活中的真實(shí)疑問。記得去年春季研學(xué)活動(dòng)時(shí)，我們參觀市地震局科普館，當(dāng)孩子們站在"地震體驗(yàn)平臺(tái)"上感受4級(jí)模擬地震時(shí)，小宇攥著我的衣角問："老師，地下的震動(dòng)是怎么傳到地面的？為什么有時(shí)候先上下晃，有時(shí)候又左右搖？"這個(gè)問題像一顆種子，埋在了我設(shè)計(jì)本節(jié)課的初衷里——用可操作的模擬裝置，讓抽象的"震動(dòng)與波傳播"變得可觸、可感、可究。同學(xué)們，2023年8月甘肅積石山6.2級(jí)地震中，距離震中200公里外的蘭州也有明顯震感；2024年2月臺(tái)灣花蓮5.9級(jí)地震時(shí)，福建沿海的居民說"感覺樓在輕輕擺動(dòng)"。這些現(xiàn)象背后，都藏著今天我們要探究的核心秘密：地震時(shí)，地下的震動(dòng)是如何像"波浪"一樣傳到遠(yuǎn)方的？讓我們從"制作一個(gè)地震模擬裝置"開始，一步步解開這個(gè)謎題。02知識(shí)鋪墊：從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念的遞進(jìn)理解1認(rèn)識(shí)"震動(dòng)"：最基礎(chǔ)的能量傳遞方式要理解地震波的傳播，首先要明確"震動(dòng)"的本質(zhì)。同學(xué)們回憶一下：當(dāng)你用手敲擊桌面時(shí)，為什么會(huì)聽到聲音？當(dāng)媽媽揉面時(shí)，面盆為什么會(huì)跟著顫動(dòng)？這些看似不同的現(xiàn)象，都有一個(gè)共同點(diǎn)——物體在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就叫"震動(dòng)"。為了更直觀觀察震動(dòng)，我們可以做個(gè)小實(shí)驗(yàn)：取一根彈性較好的鋼尺，將其一端固定在桌沿，另一端伸出桌面約15厘米。用手向下壓鋼尺末端再松開，觀察鋼尺的運(yùn)動(dòng)（會(huì)看到鋼尺上下快速顫動(dòng)，逐漸停止）。這個(gè)過程中，鋼尺的震動(dòng)其實(shí)是在傳遞能量——我按壓時(shí)輸入的機(jī)械能，通過鋼尺的形變轉(zhuǎn)化為震動(dòng)的能量，并向周圍空氣傳遞（所以我們能聽到聲音）。地震中的震動(dòng)也是同理：地殼巖層在構(gòu)造應(yīng)力作用下突然斷裂或錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生的能量以震動(dòng)的形式向四周傳播。這里需要明確兩個(gè)關(guān)鍵概念：1認(rèn)識(shí)"震動(dòng)"：最基礎(chǔ)的能量傳遞方式震源：巖層斷裂或錯(cuò)動(dòng)的起始點(diǎn)（就像我們按壓鋼尺的位置）；震中：震源正上方的地面位置（相當(dāng)于鋼尺固定端正上方的點(diǎn)）。2區(qū)分"地震波"：縱波與橫波的不同特征震動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的"波動(dòng)"，就是地震波。就像往平靜的湖面扔一顆石子，水面會(huì)泛起圓形波紋，地震波也會(huì)從震源向四周擴(kuò)散，但它比水波復(fù)雜得多——因?yàn)榈厍騼?nèi)部有固體、液體等不同介質(zhì)，地震波會(huì)分成兩種主要類型：2區(qū)分"地震波"：縱波與橫波的不同特征2.1縱波（P波）：像彈簧伸縮的"壓縮波"取一根長(zhǎng)約2米的軟彈簧（如玩具拉力器），將其水平拉直。用手快速推一下彈簧的一端，觀察彈簧的變化（會(huì)看到彈簧局部被壓縮，形成"密部-疏部"交替的波紋，向另一端傳播）。這種波的特點(diǎn)是：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致，就像小朋友排隊(duì)前進(jìn)時(shí)，前面的人突然停下，后面的人依次碰撞，形成"前后擠壓"的波動(dòng)?？v波是地震波中傳播速度最快的，約5-7千米/秒。它到達(dá)地面時(shí)，會(huì)引起地面的上下顛簸（就像坐電梯突然升降的感覺）。由于傳播速度快，縱波是地震時(shí)最先被感知的震動(dòng)，這也是為什么我們常說"上下顛是縱波，來得快但破壞力較小"。2區(qū)分"地震波"：縱波與橫波的不同特征2.2橫波（S波）：像繩子晃動(dòng)的"剪切波"再取一根長(zhǎng)繩（如跳繩），固定一端，用手握住另一端上下快速抖動(dòng)。觀察繩子的變化（會(huì)看到繩子上形成"波峰-波谷"交替的波紋，向固定端傳播）。這種波的特點(diǎn)是：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，就像我們抖床單時(shí)，床單的褶皺向遠(yuǎn)處移動(dòng)，但床單上的每個(gè)點(diǎn)只是上下運(yùn)動(dòng)。橫波傳播速度較慢，約3-5千米/秒，到達(dá)地面時(shí)會(huì)引起水平搖晃（類似坐船時(shí)的左右晃動(dòng)）。由于橫波的振動(dòng)方向與建筑物的結(jié)構(gòu)承載力方向垂直，它對(duì)建筑物的破壞力比縱波大得多。2區(qū)分"地震波"：縱波與橫波的不同特征2.3面波（L波）：地面的"波浪舞"當(dāng)縱波和橫波傳播到地面時(shí)，會(huì)在地表附近相互疊加，形成一種特殊的面波。它就像我們用手在水面劃圈時(shí)，水面泛起的"滾浪"——質(zhì)點(diǎn)既上下運(yùn)動(dòng)又前后運(yùn)動(dòng)，形成類似"蛇形"的波動(dòng)。面波傳播速度最慢（約3千米/秒），但能量最集中，是造成建筑物倒塌的主要原因。2008年汶川地震中，北川縣城的嚴(yán)重?fù)p毀，主要就是面波的"長(zhǎng)周期震動(dòng)"導(dǎo)致的。2.3介質(zhì)對(duì)波傳播的影響：從"固體-液體-氣體"看差異同學(xué)們可能會(huì)問：如果地震波遇到不同的物質(zhì)（比如土壤、巖石、水），傳播情況會(huì)變化嗎？我們可以用三組小實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證：實(shí)驗(yàn)1：用手敲擊課桌一端，耳朵貼在另一端，能清晰聽到"咚咚"聲（固體傳波，速度快、能量損失?。?；2區(qū)分"地震波"：縱波與橫波的不同特征2.3面波（L波）：地面的"波浪舞"實(shí)驗(yàn)2：將耳朵貼在水面（如裝滿水的玻璃缸），用玻璃棒敲擊缸壁，能聽到較清晰的"悶響"（液體傳波，速度較慢、能量損失稍大）；實(shí)驗(yàn)3：在空氣中敲擊音叉，距離3米外能聽到聲音但較微弱（氣體傳波，速度最慢、能量損失最大）。這說明：地震波在固體中傳播最快、能量保留最多，在液體中次之，在氣體中最弱。所以，當(dāng)震源位于地下巖層（固體）時(shí)，縱波和橫波能有效傳播；但如果震源靠近地表松散的沙土（固體顆粒間空隙大），波的能量會(huì)被部分吸收，地面震動(dòng)反而可能減弱——這也是為什么有些地震中，堅(jiān)硬巖石區(qū)的震感比松軟土地區(qū)更明顯。03裝置制作：從理論到實(shí)踐的動(dòng)手探究裝置制作：從理論到實(shí)踐的動(dòng)手探究3.1材料準(zhǔn)備：低成本、易獲取的"家庭實(shí)驗(yàn)室"CDFEAB主體框架：30cm×40cm的硬紙箱（如快遞盒）；震動(dòng)發(fā)生裝置：小型電動(dòng)馬達(dá)（如玩具車馬達(dá)）、偏心輪（用硬紙板剪一個(gè)不規(guī)則圓形，固定在馬達(dá)轉(zhuǎn)軸上）；（注：考慮安全，電動(dòng)馬達(dá)需使用3V紐扣電池供電，由教師提前組裝好核心震動(dòng)模塊。）為了讓每個(gè)同學(xué)都能親自動(dòng)手模擬地震波，我們選擇以下材料（可替換為家庭常見物品）：介質(zhì)模擬：干燥細(xì)沙（模擬地殼巖層）、食用色素（區(qū)分不同介質(zhì)層）、透明塑料膜（模擬地下水位）；觀測(cè)工具：細(xì)木棍（標(biāo)記沙面位置）、手機(jī)慢動(dòng)作攝像（記錄波傳播過程）。ABCDEF2組裝步驟：分模塊構(gòu)建模擬系統(tǒng)2.1基礎(chǔ)層搭建將紙箱底部鋪3cm厚的細(xì)沙，用直尺刮平。在沙層表面用食用色素畫5條等距平行線（間距5cm），作為"震波傳播標(biāo)記線"。在沙層下方約2cm處平鋪透明塑料膜（模擬地下含水層），再覆蓋2cm厚的深色沙（與表層沙區(qū)分），形成"雙層介質(zhì)結(jié)構(gòu)"。2組裝步驟：分模塊構(gòu)建模擬系統(tǒng)2.2震動(dòng)源安裝在紙箱左側(cè)壁中部開一個(gè)直徑2cm的圓孔，將馬達(dá)的偏心輪部分穿過圓孔，確保偏心輪與表層沙接觸但不深陷（約陷入沙中0.5cm）。用膠帶固定馬達(dá)機(jī)身，連接3V電池（注意正負(fù)極）。2組裝步驟：分模塊構(gòu)建模擬系統(tǒng)2.3觀測(cè)系統(tǒng)布置在紙箱右側(cè)邊緣豎直插入3根細(xì)木棍（高度超過沙面5cm），分別對(duì)應(yīng)表層沙、塑料膜層、底層沙的位置，用于觀察不同介質(zhì)層的震動(dòng)差異。將手機(jī)固定在紙箱正上方30cm處，開啟慢動(dòng)作拍攝（240幀/秒）。3實(shí)驗(yàn)操作：控制變量下的現(xiàn)象記錄3.1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)我唤橘|(zhì)中的波傳播操作：僅保留表層沙（移除塑料膜和底層沙），啟動(dòng)馬達(dá)，觀察沙面變化。01現(xiàn)象記錄：02偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，沙面首先出現(xiàn)圓形凹陷（縱波到達(dá)，沙粒被壓縮）；03約0.2秒后，凹陷周圍出現(xiàn)放射狀波紋（橫波到達(dá)，沙粒水平移動(dòng)）；04波紋傳播速度約為2-3cm/秒（通過慢動(dòng)作視頻測(cè)量）；05距離震源越遠(yuǎn)，波紋振幅越?。芰恐饾u衰減）。063實(shí)驗(yàn)操作：控制變量下的現(xiàn)象記錄3.2對(duì)比實(shí)驗(yàn)：雙層介質(zhì)中的波傳播底層沙：僅能觀察到微弱的震動(dòng)（橫波難以通過液體傳播，能量被塑料膜吸收）。塑料膜層：膜面出現(xiàn)連續(xù)的上下起伏（縱波通過液體介質(zhì)傳播的特征）；表層沙：波紋傳播到塑料膜邊緣時(shí)，部分波紋"拐彎"（折射現(xiàn)象），振幅明顯減??；現(xiàn)象記錄：操作：恢復(fù)塑料膜和底層沙，再次啟動(dòng)馬達(dá)，重點(diǎn)觀察不同介質(zhì)層的反應(yīng)。3實(shí)驗(yàn)操作：控制變量下的現(xiàn)象記錄3.3拓展實(shí)驗(yàn)：改變震源強(qiáng)度STEP1STEP2STEP3STEP4操作：更換不同大小的偏心輪（增大或減小偏心距），重復(fù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)象記錄：大偏心輪（偏心距2cm）：沙面凹陷更深，波紋振幅更大，傳播距離更遠(yuǎn)（模擬強(qiáng)震）；小偏心輪（偏心距1cm）：沙面僅輕微震動(dòng)，波紋很快消失（模擬弱震）。4結(jié)論推導(dǎo)：從現(xiàn)象到規(guī)律的科學(xué)思維通過三組實(shí)驗(yàn)，我們可以總結(jié)出以下規(guī)律：地震波的傳播是縱波先到、橫波后到、面波最后但破壞力最大的順序；不同介質(zhì)（固體、液體）會(huì)影響波的傳播速度和能量衰減——固體中波的類型更完整（縱波+橫波），液體中主要傳播縱波；震源能量越強(qiáng)（相當(dāng)于偏心輪越大），波傳播的距離越遠(yuǎn)、破壞力越強(qiáng)。這就解釋了為什么真實(shí)地震中，距離震中較近的區(qū)域會(huì)先感到上下顛簸（縱波），隨后是劇烈的水平搖晃（橫波），而遠(yuǎn)離震中的區(qū)域可能只感受到較長(zhǎng)時(shí)間的面波震動(dòng)。04知識(shí)延伸：從模擬實(shí)驗(yàn)到真實(shí)地震的聯(lián)系1地震預(yù)警的科學(xué)原理同學(xué)們是否注意到，新聞中常提到"地震預(yù)警系統(tǒng)提前30秒發(fā)出警報(bào)"？這正是利用了縱波和橫波的速度差。由于縱波比橫波快約2千米/秒，當(dāng)震源附近的監(jiān)測(cè)站檢測(cè)到縱波后，立即通過無線電波（速度30萬千米/秒）向遠(yuǎn)處城市發(fā)送預(yù)警，搶在橫波和面波到達(dá)前提醒人們避險(xiǎn)。我們的模擬實(shí)驗(yàn)中，縱波先到達(dá)沙面、橫波后到達(dá)的現(xiàn)象，就是預(yù)警系統(tǒng)的核心原理。2建筑抗震的設(shè)計(jì)依據(jù)04030102工程師在建造高樓時(shí)，會(huì)根據(jù)地震波的特點(diǎn)設(shè)計(jì)"減震裝置"。比如：針對(duì)橫波的水平搖晃，高層建筑會(huì)使用橡膠隔震支座（類似給大樓裝"彈簧"，吸收橫波能量）；針對(duì)面波的長(zhǎng)周期震動(dòng)，超高層建筑會(huì)在頂層安裝調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（如上海中心大廈的"大擺錘"，通過反向擺動(dòng)抵消面波震動(dòng)）。這些設(shè)計(jì)，都是基于我們今天探究的"波的傳播特征"。3生活中的波現(xiàn)象遷移A除了地震波，生活中還有很多波的例子：B說話時(shí)的聲波（縱波，通過空氣傳播）；C手機(jī)信號(hào)的電磁波（橫波，通過空間傳播）；D跳繩時(shí)的繩子波（橫波，通過固體傳播）。E同學(xué)們可以課后觀察，記錄3種不同的波現(xiàn)象，并嘗試用"質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向的關(guān)系"來分類，下節(jié)課我們一起分享。05總結(jié)與升華：從探究到責(zé)任的科學(xué)情懷總結(jié)與升華：從探究到責(zé)任的科學(xué)情懷本節(jié)課，我們通過"觀察-假設(shè)-實(shí)驗(yàn)-結(jié)論"的科學(xué)探究流程，從認(rèn)識(shí)震動(dòng)開始，到區(qū)分地震波類型，再到動(dòng)手制作模擬裝置驗(yàn)證規(guī)律，最終理解了地震波傳播的本質(zhì)。我特別欣慰地看到，在實(shí)驗(yàn)過程中，小悅主動(dòng)幫助鄰組調(diào)整馬達(dá)位置，小航用尺子反復(fù)測(cè)量波紋間距，這正是科學(xué)探究中最珍貴的"