研究液体的压强的教案
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研究液体的压强的教案
1.教学目标
◆知识与技能
⑴.
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。
⑵. 认识连通器,了解生活和生产中常见的连通器。
◆过程与方法
⑶.
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。
⑷.
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。
⑸. 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
⑹.
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。
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:
①“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?②
“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?③“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5k
m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:①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?”②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:
①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。
②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2—3m为宜。
③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,<
br>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<
br>么?怎样验证你的猜想?然后让学生讨论实验方案:
①研究液体内部压强与深度是否有关,你的实验方案是什么?
②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?
③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<
br>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:①用较薄的有机玻璃做
成截面积约为10~16cm2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。②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10-19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管倾斜放置时,两管液面等高,则( )
A.A、B两管中液体的质量相等
B.A管中液体对管底的压强比B中大
C.A管中液体对管底的压强比B中小
D.A管中液体对管底的压强与B中相等
2. 如图6中甲图所示,圆台形密闭容器中装满
水,静置在水平桌面
上,此时容器对桌面的压强为P1,水对容器的压强为P2。然后将容
器倒
置,如图乙,则此时P1 、P2的变化情况是( )
A.P1变大,P2不变
B.P1变大,P2变小
C.P1不变,P2不变
D.P1变小,P2变大
3、连通器在生产生活中有着广泛的应用,图7中利用连通器原理的
有( )
A.只有甲、乙
B.只有丙、丁
C.只有甲、丙、丁
D.甲、乙、丙、丁
4、关于图8中a、b、c三点压强的说法中,正确的是( )
A.a点向下压强比向上压强大
B.a、b两点的压强相等
C.b点压强比c点压强小
D.b、c两点的压强相等
5.如图9所示,一开口的杯子,装上8
cm深的水后,放在水平桌面
上。已知杯子底面积为60 cm2;杯子装上水后的总质量为0.6
kg。则
水对杯底的压强为___Pa。杯子对桌面的压强为________
Pa。(g
取10N/kg)
6.图10是研究液体内部压强实验时的六种情况,除②图杯中
装的是
浓盐水外,其余杯里装的都是水。请你仔细观察这六幅图后回答:
(1)比较①②两幅图,可以得出:液体内部压强大小跟液体的___
____有关;
(2)比较⑤⑥两幅图,可以得出:液体内部压强大小还跟液体的_____
__有关;
(3)比较③④⑤三幅图,还可以得出结论_ __
____。
7.如图11所示,在水平桌面上放置一空玻璃杯,它
的底面积为
0.01m2,它对桌面的压强为200Pa。
⑴ 求玻璃杯的质量。
⑵ 在玻璃杯中装入1kg水后,水对杯底的压强为900Pa,求水的深
度。
⑶
通过计算推测出玻璃杯的大致形状是图中a
、b、c的哪一种?
(g=10Nkg,杯壁的厚度可忽略)
【参考答案】
1.
D 2. A 3.C 4. C 5.800 1000
6.(1)密度 (2)深度
(3)液体内部向各个方向都有压强,且
在同一深度处,液体向各个方向的压强相等。
7.⑴由 得:玻璃杯的重力:G = 200Pa×0.01m2=2N
由G
=mg得:玻璃杯的质量: = =0.2kg
⑵由 得:水的深度 = =0.09m
⑶假设杯壁是竖直的,装入1kg水后杯中水的深度应为:
=0.1m
因为
>h,所以水杯是底小、口大,大致形状是图a 。
●“自我评价与作业”指导
1.帕斯卡
将几杯水倒入插入桶内的细长管子中后,水的深度增大了,
水对水桶的压强增大了,所以水桶会被撑破。
2.潜水员所能承受的压强有一定的限度,由于水的压强随着水的深
度的增加而
增大,所以潜水员要穿上能耐压的特制潜水服,才能潜入
深水进行作业。而潜水服能够承受的水的压强也
是有限度的,因此潜
水员穿上潜水服也要限制潜水的深度。
3.(1)(a)、(b)
(2)对于同一种液体 (3)液体的密度越大,
压强就越大(或液体的压强跟液体的密度有关)
4.同一水平面上
连通器原理(或连通器内装入同一种液体,液体
静止时各容器中的液面总保持相平)
5.
P=ρgh=1.05×103kgm3×10Nkg×3.4m=3.57×104Pa