用手机GPS功能估算地球半径《科技教育类校本课程课时教案》.docx
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用手机GPS功能估算地球半径《科技教育类校本课程课时教案》
《趣味物理校本课程课时教案》
教学方案1
单元
第一单元
单元课时
4
主题
1用手机GPS功能估算地球半径
总课时
2
第1课时
背景分析
学生已经知道地球是圆的，并且知道地球的经纬线的特点，经线几乎等长，纬线圈不等长；知道经纬度与实际长度之间的换算关系；能够熟练应用手机中系统安装和利用手机在网络上查找资料。
教学目标
1.把地球当成一个球体进行简化处理；
2.测量地球半径的原理；
3.认识GPS系统，并了解定位原理；
4.寻找适当的地图软件，“精确定位地图”APP软件的使用。
评价设计
教师通过查找资料对比学生测得的地球半径与实际值，对学生实验结果进行评价；
对学生在测量过程中应用的简化操作和减少误差的设计进行公开表扬和推广，并请学生对自己的设计进行说明。
学与教活动设计
一、原理：
全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称：
GPS），是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。
它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。
全球定位系统可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。
该系统包括太空中的24颗GPS卫星;地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。
最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度;所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。
GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，StandardPositioningService）和军规的精确定位服务（PPS，PrecisePositioningService）两类，定位精度为10米。
地球赤道半径6378.140千米，所以赤道周长为40075.0355千米，在赤道上,穿越一度需要走40075.0355/360千米=111.3195千米，一分为111.3195/60千米=1.8553千米，一秒为0.030922千米。
经度和纬度不一样，各条经线会相交在南北极点，所以，上述距离是赤道上的距离，也是最大距离,最小为零。
两条经线的长度之和大约等于赤道的长度，每条经线的长度都几乎想等，而纬线的长度是随着纬度的增加而减小的，赤道最长，900纬线圈其实只有一个点了。
更严格的说，地球并非是很规则的正球体。
它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。
扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比，是表示地球形状的一个重要参量。
经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量，它的数值已经达到很高的精度。
这个椭球面不是真正的地球表面，而是对地面的一个更好的科学概括，用来作为全球各地大地测量的共同标准，所以也叫做参考椭球面。
按照这个参考椭球面，经线上一平均度是111.1千米，赤道上一平均度是111.3千米。
在这些知识的基础上，我们可以尝试用手机的定位系统结合卫星定位的基本原理，自己测量出地球的大小。
让同学们对这些知识有更深的了解，同时培养科学研究的兴趣。
二、器材准备
带GPS功能的手机、皮尺、计算器、指南针。
三、实施过程
1.安装软件获取位置信息
精确定位地图app是一款手机定位应用，精确定位地图app让用户可以快速定位自己在地图的当前位置，让用户可以及时的了解路线地图，为用户出行生活提供方便。
这是款地图定位的轻量app，使用本软件可以让你在何处都定位到自己的位置，为你的出行提供方便。
定位结合了地图定位和具体位置定位，并支持离线，GPS和在线定位，满足你的不同需要，去到一个地方，打开它，你将快速获取到你的位置，轻松，便捷。
方法/步骤：
（1）下载“精确定位地图”APP信息，并安装
（2）打开移动网络、位置信息
（3）打开“精确定位地图”APP
（4）打开右上角的位置信息并同样在手机上得到定位的信息，记录此位置的经度A1。
2.向南走数百米，寻找相同纬度的位置，并同样在手机上得到定位的信息，记录此位置的经度A2。
利用皮尺测量两地之间的实际距离。
3.利用公式计算经线的长度L，并得到地球的半径R。
L=180x/（A1-A2）
R=L/3.14159
4.重复上面的步骤，测量3次，最后取地球半径的平均值作为最后的结果。
【思考】1.能不能朝东西方向走，然后根据纬线的变化来计算地球的半径。
2.如果测量的两个位置之间的方向不是特殊方向，在测量得到其经纬度后要怎样处理，才能得到地球的半径。
3.怎样减小测量值与实际值只讲的误差？
有哪些方法？
四、反思总结
手机的GPS定位本身存在3-5米的误差，而且GPS控制部分存在人为影响。
例如，在启动地图程序的同时，使导航仪进行其他数据处理，产生数据误差从而影响GPS定位的准确性，还有一些例如车内的电磁脉冲干扰以及车内其他电子产品对于GPS的定位都或多或少产生一些影响。
所以我们在使用手机进行定位时应该注意的是：
1.在定位终端启动后搜寻卫星的阶段应该尽量在地势开阔的区域，不要选择在高楼密集的卫星信号的盲区进行启动，在搜星阶段给予终端良好的卫星接收范围为精准的定位做好准备。
2.使用过程中，如果频繁遭遇丢星或者信号漂移现象，可以给予接收终端加装外接天线，来获得更好的卫星信号接收效果。
3.寻找稳定的卫星信号，稳定的卫星信号才能进行精准的定位。
4.由于定位的距离误差在几米的范围内，我们研究所要测量的两地的距离不能太近，为了减小误差，这个距离应该在100米以上。
5.尽量选择平坦的地面进行测量，并且防止地势的高低对测量产生影响。
6.研究得到的是经线的长度，只有近似把地球看成规则的球体，才能用以上方法计算得到地球的半径。
（备注或反思）
备注
教学方案2
单元
第二单元
单元课时
4
主题
5.公路弯道的倾斜度测量
总课时
2
第1课时
背景分析
桐乡经济发展非常迅猛，交通建设蒸蒸日上，过往的行人经过时发现，路面在拐弯处不是水平的，而是一侧高、另一侧低，人们对此议论纷纷，有人说是为了下雨时雨水容易流走，有人说这样车可以跑得快，经常从这里路过的同学问我路面为什么要修成这样？
这是类似火车转弯的向心力问题，相关的知识学生现在还没有学到，觉得这是一个不错的研究性课题。
教学目标
1.能分析汽车转弯过程中的向心力来源
2.水平仪的练习使用
3.能解释弯道外高内低的原因
评价设计
对比学生的测量设计方案，请学生说明测量所应用的原理和自己的创新方法；
对学生在测量过程中应用的简化操作和减少误差的设计进行公开表扬和推广，并请学生对自己的设计进行说明。
学与教活动设计
一、问题的提出
通过观察生活实际，发现道路弯道的内地外高的现象，引发学生三个思考，第一，为什么道路施工时要进行内地外高的设计，第二，这种内地外高的设计依据的时什么标准，倾斜度与什么因素有关？
第三，现实生活中的弯道设计是否合理，可以通过怎样的测量来确定其合理的倾斜度？
带着思考我亲自对路面进行了实地考察，决定以“公路弯道测量”为课题进行研究性学习。
这个课题具有可行性和现实性：
1、公路正在一段一段的修筑，没有通车，测量较安全；2、从路况可以看出，路面比较复杂，部分路段没有修筑，这可以给研究留下一些悬念；3、虽然现在学生没有学到向心力的知识，但他们探究未知领域、获取必要的信息、了解、分析问题和得出结论的愿望很强烈。
二、研究的实施步骤
共组织了4个小组，每个小组大约6人左右，研究是在课余时间分时完成的。
各小组首先分批对公路地形和路面进行了更为详细的调查，学生们观察很细致，最后总结地形特点报告：
这段路面呈“S”形，弯曲部分内侧路面低，外侧部分路面高，弯曲程度大的（老师注：
曲率半径小的）路段内外侧高度差较大，否则小。
为什么要修成这样呢？
我告诉他们，到物理教材“圆周运动及其应用”一章中去找答案。
通过自学，他们很快找到了合理的解释，虽然有的同学还不很理解，但他们这时对该知识的需求却成为他们理解这些知识的强大动力。
为了使原理的理解更透彻，各小组在一起，一个小组解释，其他做必要的补充，这是一次交流、互相学习的机会。
我们的实践表明，对某一部分知识的实际需求会形成对之学习的强大动力，这是一种“问题驱动”式的学习。
最后讨论的合理解释为：
如图所示，汽车以一定的速度v通过公路，在拐弯处，重力和支持力的合力提供向心力。
由公式可知，转弯处半径越小，路面的倾角越大。
学生们的问题解决了，他们很高兴，似乎完成任务了。
我又向他们提出了一个新问题：
工程师设计这段公路的设计车速是多大?
学生：
问一问设计的工程师。
另一学生：
我们只要测出公路的转弯半径和路面的倾角，由公式就可以求出了。
老师：
我们先自己测量，再请教工程师叔叔，看看我们的测量准不准。
请大家设计出测弯道半径、路面倾角和设计车速的方案来，过几天我们进行交流。
鼓励同学提出与他人不同的办法
再用水槽测出路面的倾角。
他们的生成性问题及其解决方案：
风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。
由几何知识得到
则公路的转弯半径R为
用激光笔的光线水平射到标尺上，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。
再用水槽测出路面的倾角。
他们的生成性问题及其解决方案：
风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。
三、总结思考
我们对学生研究性学习的科研价值不要苛求，在问题的提出和选择上，不一定要追求问题的学术价值，只要是学生们在实际生活中发现的问题，再小也有意义。
（备注或反思）
备注
教学方案3
单元
第四单元
单元课时
4
主题
13趣味比赛：
怎么才能让纸在空中停留时间更长
总课时
1
第1课时
背景分析
学生通过进一个学期的高中学习，已经对伽利略的裸体实验有所了解，有了重力加速度的概念，知道空气摩擦对下落物体的阻碍作用，会计算一定高度物体自由落体的时间。
在学习自由落体的时候，我们大都想办法忽略空气的阻力，但是空气阻力确实存在，我们从另一个角度去研究，不忽略空气阻力而想办法增加空气阻力的作用，于是有了这个趣味比赛的设计。
想通过这个比赛的进行，让学生对空气阻力有更深的印象，也锻炼他们的动手和创新能力，在这个过程中还能增进学生之间的互助合作，加深交流沟通。
教学目标
1.理解空气阻力对落体运动的影响
2.理解空气阻力的大小与什么因素有关
3.发散性思维和创新能力的培养
4.培养解决问题过程中的合作能力
评价设计
把本课设计成趣味比赛的形式，在比赛前应该设置好比赛条件，设置好统一的测量方法，可以用秒表测量下落的时间，设置表格记录数据，并及时评奖；
比赛之后要及时总结，让学生汇报设计思路，分析设计原理。
学与教活动设计
一、任务布置
你见过落叶吗？
有的很快就落在地上，有的却在空中摇呀摇、转呀转，久久不能落地。
这到底是为什么呢？
我们进行一个“怎样让纸在空中停留时间最长”的趣味比赛。
这个比赛的创造性表现在设计和构思上。
二、活动要求
1.使用统一的纸张。
从环保角度出发，我们这次活动使用的是被废弃的规格为16k的复印纸张。
2.纸可以根据自己的需要设计成各种形状的作品.但是,每一个作品最多只能用一张纸（可以少于一张纸）。
3.除了可以使用不干胶粘贴外,不能有其它的辅助材料。
4.在无风的情况下，作品统一从在科技楼大厅2楼栏杆外（大概5米左右）将纸静止放开飘落，不能人为施加任何偏向上的外力。
5.静止开始释放，不得有初速度。
6.试验三次，将留空时间最长的一次作为该作品的成绩。
三、活动的材料
规格为16k的复印纸张，不干胶，秒表，记录单。
四、我们的猜测
纸下落的过程中，会受到地球对它的引力、空气对它的浮力以及空气对它的阻力。
那么引力越小，浮力和阻力越大，纸留在空中的时间会越长。
因些，我们作出以下猜测：
1.纸越轻在空中停留时间越长；
2.纸与空气接触面越大，在空中停留时间越长；
3.不同形状的纸，在空中停留时间不一样。
五、原理分析：
旋转的纸能让它在空中停留时间长
我们看到过竹蜻蜓下落速度慢，大家估计小时候都玩过纸螺旋桨，它下降的方式和竹蜻蜓下落的方式是一样的，如果把纸片做成螺旋桨的形式，其在空中下落的速度就会比较慢。
螺旋桨的桨叶之所以会转，主要是因为两个桨叶的不对称，可以观察到桨叶并不是像直升机那样平行的，而是延中点，一个偏左一点，一个偏右，下落时每一侧桨叶产生向上的阻力，同时在其边缘处形成向前的力，另一侧反之，所以会转。
可以把纸螺旋桨简化为这么个模型：
上方桨叶，下方重心，中间杠杆重心至少要和上方桨叶一样重不然下落的时候就会歪。
为了说明这个问题，用一次性纸杯制作纸锥式的螺旋桨。
选择一张正方形纸张，将其沿两条对角线对折后，裁去图中的阴影部分，将边沿中心O向边旋转折叠，重合后粘贴在梯形上，这样就制成了纸锥式的螺旋桨。
再制作一个小些的纸锥式的螺旋桨，只需改变折叠的位置，即可得到一个与前一个纸锥质量相同的但口径小些的纸锥式的螺旋桨。
这种纸锥式的螺旋桨的开口面较大，迎风阻力面也较大，从而可以延长下落所需时间。
如果活动中觉得纸锥下落的时间还不够长，这种纸锥可以增设“阻力翼”。
具体做法是：
将纸锥的三个纸角沿图中的虚线向外翻折，即可形成“阻力翼”，我们在实验中发现：
同一纸锥在没有折叠阻力翼前后的落地耗时可以延长。
实际操作中阻力翼的大小还可以根据纸锥下落的快慢进行调整，这是延长纸锥下落过程需要时间的有效途径，从而利于学生在活动中更容易，更准确地测得纸锥的下落时间。
通过这个原理的实验与分析，可以为学生提供一些思考的依据。
六、数据记录
怎样让纸在空中停留的时间更长数据记录表
组别
成员
序号
高度
起始状态
下落方式
留空时间（s）
5m
5m
5m
5m
5m
5m
5m
5m
5m
5m
七、评比结果表扬和思考
根据记录的数据评选出下落时间最长的三组，通过评比表扬总结比赛过程中的得与失，让成绩较好的同学谈一下制作的经验和设计的原理。
也鼓励其余的同学谈制作的感受或应该吸取的教训。
（备注或反思）
备注
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