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用心爱心专心- 1 - 2 研究液体的压强 1教学目标 知识与技能 知道液体内部存在压强,了解液体内部压强的特点,知道液体压强的大小跟什么因 素有关。 认识连通器,了解生活和生产中常见的连通器。 过程与方法 经历模仿帕斯卡裂桶实验的过程,体会帕斯卡裂桶实验的意义。 经历用 U形压强计探究液体内部压强特点的过程,发展分析实验数据、概括物理规 律的创造性思维能力。 经历用选取 “液柱”方法来推导液体内部压强公式的过程,培养学生的抽象思维能 力,引导学生领会这种研究问题的方法。 情感态度与价值观 通过液体压强公式的推导,让学生感受物理学逻辑推理的严密。 2教材说明 本节内容主要是探究液体压强的特点,学习液体内部压强的计算及液体压强应用的一个 重要实例连通器。虽然课程标准对本节课的内容没有具体的要求,但由于本节内容 与生产生活联系密切,并且液体的压强特点是学习大气压强和浮力等知识的基础,是后 续学习必备的知识,因此本节内容仍是初中学生必学的知识。 本节是按照“体验探究应用”的顺序编写的。首先通过“活动1:模仿帕斯卡的 实验”让学生亲自动手实验,体会液体压强的“神奇”,从而激发学生探究液体内部压强规 律的强烈愿望。 然后通过实验说明液体对容器底和侧壁有压强,介绍U形压强计, 安排“活 动 2:探究液体内部压强” ,让学生自己动手实验探究液体内部压强的特点。在定性探究的 基础上, 教材利用选取液柱这种建立理想模型的方法,根据压强的定义公式推导液体压强公 式,加深对液体内部压强特点的理解,并通过例题加深对液体压强公式的理解和应用,使学 生的思维从感性认识上升为理性认识。连通器是液体压强的典型应用,通过对茶壶、 过路涵 洞、锅炉水位器、船闸的认识,使学生体会到连通器在生产生活中的广泛应用。最后,通过 “STS ”栏目介绍三峡船闸的原理和工作过程,增强学生的民族自豪感,激发学生爱科学、 学科学的动机。 用心爱心专心- 2 - 本节教学重点是探究液体内部压强的特点。教学难点是液体内部压强特点和液体压强公 式。由于学生总认为液体的压强是由于液体受重力作用产生的,往往产生一种错误的认识: 液体的重力越大,产生的压强越大,对“帕斯卡裂桶实验”等一类现象感到费解,对认识液 体内部压强特点和理解液体内部压强公式形成干扰。另外,用选取液柱这种“理想模型法” 推导液体内部压强公式,由于学生的抽象思维能力和想象能力水平还比较低,也会形成本节 教学的一个难点。 3教学建议 本节课应从学生现有的知识和经验入手,引导学生提高实验认识液体内部存在压强, 探究液体压强的特点,然后逐步深入, 从理论上推导出液体压强的计算公式,并运用该公式 分析实际问题。 教科书通过图10-12 帕斯卡裂桶实验及其故事引入新课。除此之外, 这里再提供几种引 入方法以供参考: (1)讲故事:“聪明舰长巧补洞”:在一次海战中,敌人的一颗炮弹落到军舰上。军 舰的底部、侧壁被炸开了两个大小相同的洞,海水汹涌而入。舰长果断命令三人去堵舰底, 一人去堵侧壁的洞。侧壁的洞很快被一个人堵住了,而舰底的洞三个人却费了很大的劲才被 堵住。同学们想一想为何舰底的洞那么难堵呢?“潜水艇爆炸”:1963 年,一艘最大潜水 深度 500 米的美国潜艇长尾鲨号,由于发动机发生故障,潜水艇不断下 沉,最后发生爆炸, 造成了骇人听闻的重大伤亡事故。潜水艇下沉后为什么 会爆炸呢?“玻璃变雪花” :有位海洋学家曾做过这样一个实验,他把 玻璃管的两端都密封好,再放入布包内, 然后把玻璃管装入一端开口的铜管 中,水可以从铜管口进去,接着他把铜管沉到5km的深海里。 当他把铜管吊 上来时,倒出布包一看,不禁惊呆了:布包里玻璃不见了,只剩下一堆象雪花似的粉状物, 这是什么原因呢? (2)观察思考:演示如图1 实验,并提出问题: “水为什么会向塑料管内喷?为什么 塑料管进入水中的深度越大,喷出的水花越高?”演示如图2 实验,并 提问: “小孔的大小相同, 水的多少相同, 为什么水流出需要的时间不同?” (乙需要的时间较少) (3)想象体验:提出一些能建立物理情景的问题,让学生回忆或想象 自己的体验。如提问:我们在游泳时常常会潜入水中或在水池中行走,这 图 2 图 1 用心爱心专心- 3 - 时你有什么感受?学生可能会回答水浸没到胸部以上时感到呼吸困难,或潜水时感到的压抑 等等。那么为什么会有这样的感受呢?由此引导学生猜想、分析,引出液体的压强问题。 令人惊奇的实验 “活动1:模仿帕斯卡的实验”目的是在于用学生感到惊奇的效果,意识到液体会产生 压强。 本实验活动会对学生认识产生强烈的冲击力,做好这个实验, 会使学生对物理产生惊 奇感和兴奋感,教师一定要创造条件让学生做好这个实验。 如果条件允许(器材较多,教室内场地空间较宽敞),这个活动可以由学生分组完成,这 样学生活动更充分,体验更深刻。如果条件不足,可以采取两种办法:一是选择可见度较大 的器材在教室内由教师或学生演示;二是作为课外活动,由学生分组实验。课前可以布置学 生准备部分器材:饮料瓶、杯子、水桶和水,其他器材可由教师准备:每组一个漏斗,一个 带有玻璃管的塞子,一根长大约5m的塑料管,塑料管的直径1.5cm 左右为宜。如果直径太 细,向管内注水时不利于排出管子中的空气。在饮料瓶上刻上浅槽不容易把握,可由教师代 替完成。 对于课本上提到的几个问题,不必急于在活动前讨论回答,可在活动过程中或活动后组 织讨论。例如: 塑料瓶壁上为什么要刻些浅槽?是为了在教室的高度范围内显示出“裂桶”的效果。 槽刻得太深,容易漏水;刻得太浅, 要使水从槽中喷出,需要使水管中的水面达到很高的高 度,往往要超出教室的高度,而且对密封的要求也提高了,增加了实验的难度。 管子应该长些还是短些?可让学生在实验过程中体会。一般要比在教室高度略小一些, 以 23m为宜。 怎样保证瓶塞与瓶口之间的密封?可让学生从活动中发现瓶塞与瓶口等处密封不严时 会漏水,很自然地想到密封问题。 在活动之前,各小组人员要有明确分工,相互合作,要注意安全。如果采用课外活动方 式,要让学生把观察到的现象、想到的问题记录下来,然后带到课内讨论交流。 探究液体内部压强的特点 通过上面模拟帕斯卡裂桶实验,学生能够意识到液体也可以产生压强,教师在此可以引 导学生认识液体的压强是由于液体受到重力和具有流动性而产生的。为了加深学生对液体产 生压强的认识, 为进一步研究液体内部压强的规律做好铺垫,教师可以引导学生设计其他实 验来验证液体压强的存在。教师要明确设计的要素:怎样显示压强的存在?如何比较压强的 用心爱心专心- 4 - 大小?根据学生的生活经验,学生通过讨论一般可以设计出如下方案:方案一: 取两端开口 的玻璃管或硬塑料管,在一端覆盖橡皮薄膜(可用气球薄膜代替)。当向管中倒入水后,能 看到橡皮薄膜鼓起来,说明液体能够产生压强,橡皮薄膜形变的程度可反映压强的大小。方 案二: 在瓶子上打孔,然后往里面装水,水喷射出来则说明液体能够产生压强,水流射出的 急缓反映压强的大小(此处要注意: 学生可能会说水流射出的远近反映压强的大小,教师应 予以纠正, 但不宜深究。 如果学生没有设计这种方案,教师不要再引出,以免带来不必要的 麻烦) 。然后教师或学生演示设计的实验,证明液体对容器底部和侧壁有压强。 为了使学生进一步认识液体内部压强及其特点,引入一个探测器U形压强计。一侧 开口并在开口侧面覆盖橡皮膜的金属盒(或塑料盒)就是探测压强的探头,U型管两边中的 水柱就是用来显示压强的。教师应通过演示介绍U型压强计的使用方法,然后让学生自己练 习 U型压强计的使用方法:用力按压压强计金属盒上橡皮膜,观察 U形管两液面高度差的变 化,可以看出橡皮膜上受到的压强就越大,两管中液面的高度差就越大,因此,两管中液面 的高度差的大小可反映出橡皮膜受到的压强的大小。 活动 2:“探究液体内部的压强”的目的是让学生亲身经历探究液体内部压强特点的过程, 使学生获得直观的感性认识,总结出液体内部压强的特点。 教师可先让学生猜想:你认为液体内部压强可能有什么特点?液体内部压强的大小可能 与什么因素有关?你作出这一猜想的依据是什么?怎样验证你的猜想?然后让学生讨论实 验方案: 研究液体内部压强与深度是否有关,你的实验方案是什么? 研究同一深度液体内部向各个方向的压强的大小是否相等,你的实验方案是什么? 研究液体内部压强与液体密度是否有关,你的实验方案又是什么? 实验结论为:液体内部各个方向都有压强,并且在同一深度向各个方向的压强相等;同 种液体内部的压强跟深度有关,深度增加, 压强增大; 不同液体内部的压强跟液体的密度有 关,同一深度处,液体密度越大,产生的压强越大。 怎样计算液体内部的压强? 与其他许多版本的教材不同,本教材安排了运用已有物理知识推导液体压强的公式,而 且其中许多内容留有空白让学生填写,这既是对学生的挑战, 也是一次很好的推导公式训练, 可以使学生对液体压强规律的认识和理解从“定性” 上升为“定量”。 其中的推导过程和“液 柱模型”,对提高学生的逻辑推理能力和抽象思维能力具有重要价值,而这些能力正是学生 用心爱心专心- 5 - 继续学习高中物理必备的重要素质之一。 关于液体压强公式的推导可以采用类比推导,即先计算圆柱形固体对底部产生的压强, 再建立“液柱模型” ,推导液体产生的压强。 由于初中学生抽象思维水平较低,从液体中想像出“液柱模型”是有一定困难的。为了 突破难点, 增加学生的感性认识,可以采用将抽象问题具体化的方法,即用玻璃管内的水柱 来代替一个抽象的液柱(如教材图10-17 所示) ,将玻璃管插入盛有水的大容器中,当管内 外的水面相平时, 通过求管内水对管底的压强来得出同深度处容器内水的压强的大小,进而 推导出液体的压强公式。 下面再介绍几种 “液柱模型” 具体化的教具: 用较薄的有机玻璃做成截面积约为10 16cm 2 的立方体管(大小以学生能看清楚为准),里面灌满有色水,把管子浸入水中,使其上 表面与水面平齐来分析它的底面上受到的压强。用金属丝制成一个长方体框架,在框架底 面贴上带色的薄塑料片,使框架上底与水面相平,借助长方体框架,帮助学生建立理想液柱 的物理模型。 然后可以按照教材,引导学生一步步讨论如何计算出液柱的体积、质量、液柱重、 对底 面的压力、 底面受到的压强,每步的计算结果同时用字母表示出来,最后得出计算液体压强 的公式。 关于例题的教学,可以放手让学生自己解决,然后引导学生讨论应用液体压强公式应注 意的问题, 如:公式中h的物理意义,单位的统一等,让学生在讨论交流中达到对知识应用 的巩固和升华。 连通器 连通器属于液体压强的应用。课本图1019 是连通器的示意图, 教材直接给出了“若连通器内装入同种液体,当液体静止时,各容器中 的液面总保持相平”结论。教学时,可用图3 所示的较简单的连通器演 示,尽管连通器外形粗细不同,但盛入水静止后,各个容器的水面总是 相平,这会使学生确信上述结论。 对于连通器中液面相平的原因,教材中没有分析。如果学生抽象思 维水平较高,教师可以补充。运用液体压强的知识以及建立液片模型法 (如图 4 所示)来解释。分析时可引导学生按下面的思路进行:液体不 流动液片处于平衡状态液片两侧受到的压力相等(F左 F右)液 图 3 图 4 用心爱心专心- 6 - 片两侧受到的压强相等(P左 P右)两管液面高度相等(h左h右)两管液面相平。 教材通过“ STS ”栏目,介绍三峡船闸,目的在于引导学生运用自己的知识分析生活中 的实例,体验物理知识在生产技术中的重要作用。教师可结合利用课本图10 22 或船闸模 型、活动挂图、多媒体动画、录像资料等就行教学,重点分析船闸工作的过程,理解其中的 原理。 同时还要注意利用这个素材,对学生进行爱国主义教育,以培养其民族自信心和自豪 感。 4教学评价 课堂测评 1如图 5 所示, A、B两个内径相同的玻璃管内盛有同 种液体,当A管竖直, B管倾斜
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