液體對壓強的傳遞

-.z.液體對壓強的傳遞一、教學(xué)任務(wù)分析"液體對壓強的傳遞〞是第六章的第五節(jié)內(nèi)容，是對第三節(jié)"液體內(nèi)部的壓強〞的延伸和拓展。其中"帕斯卡定律〞是流體力學(xué)中重要規(guī)律之一，主要闡述了液體對壓強傳遞的規(guī)律；而液壓傳動是液體傳遞壓強規(guī)律的重要應(yīng)用，液壓傳動原理在日常生活、生產(chǎn)中有著豐富的實用案例和巨大的實用價值。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容主要以壓強、液體內(nèi)部壓強的知識為根底，探究液體傳遞壓強的規(guī)律，了解液壓傳動的原理，同時也為分析托里拆利實驗測定大氣壓的值奠定了根底。本節(jié)課通過簡單的體驗活動，引導(dǎo)學(xué)生知道液體能夠傳遞壓強；在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)歷觀察、猜測、驗證猜測的過程，得出"帕斯卡定律〞的內(nèi)容；學(xué)生利用帕斯卡定律合壓強公式的變換推導(dǎo)演繹液壓傳動的原理，加深對"帕斯卡定律〞以及液壓傳動應(yīng)用的理解；最后，以觀察生活、生產(chǎn)中的液壓傳動的豐富事例為根底，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理物理知識，解決物理問題的興趣。本節(jié)課的教學(xué)要求學(xué)生在教師的引導(dǎo)下關(guān)注生活，關(guān)注實驗現(xiàn)象，積極主動探索和發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。通過實物、視頻圖像、實驗活動等直觀教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促使由具體感知物理現(xiàn)象向抽象思維的轉(zhuǎn)化。通過具體實例的分析，提高學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。二、教學(xué)目標1、知識與技能〔1〕知道帕斯卡定律?！?〕知道液體能夠傳遞壓強，知道液壓傳動?！?〕知道液壓傳動是液體傳遞壓強規(guī)律的重要應(yīng)用。2、過程與方法〔1〕經(jīng)歷觀察、猜測、實驗等活動，體驗科學(xué)探究的根本過程。〔2〕通過熟悉的生活事例、有趣的實驗，感悟理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用的重要意義。3、態(tài)度、情感與價值觀〔1〕通過熟悉的生活事例、有趣的實驗，了解液壓傳動原理，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣?！?〕通過聯(lián)系生活、生產(chǎn)中帕斯卡定律和液壓傳動的應(yīng)用，增強運用物理知識解決實際問題的能力。〔3〕重溫帕斯卡研究液體傳遞壓強規(guī)律的歷史，體驗科學(xué)探究的艱辛和樂趣，感悟科學(xué)家刻苦鉆研的精神。三、教學(xué)重點和難點重點：帕斯卡定律難點：液壓傳動的原理四、教學(xué)資源1、器材：學(xué)生實驗：水、礦泉水瓶、PVC管、筷子、保鮮袋、大頭針、紙團、水槽。演示實驗：帕斯卡球、帕斯卡管、橫截面積不同的注射器、橡皮管、鐵架臺、砝碼盒。2、課件：視頻、自制PPT幻燈片五、教學(xué)設(shè)計思路本設(shè)計的內(nèi)容包括兩個方面：一是帕斯卡定律；二是液壓傳動原理。本設(shè)計的根本思路是：以液壓千斤頂托起汽車為情景引發(fā)學(xué)生思考："為何小小的千斤頂能產(chǎn)生如此巨大的托力？〞繼而引出本節(jié)課的主題。通過學(xué)生的活動體驗，感受液體傳遞壓強的規(guī)律，從而形成帕斯卡定律。以帕斯卡定律為根底，通過學(xué)生利用公式推導(dǎo)演繹得出液壓傳動的原理。通過學(xué)生對帕斯卡定律在生活中的應(yīng)用實例的了解，進一步加深對帕斯卡定律和液壓傳動原理的理解。本設(shè)計要突出的重點是：帕斯卡定律。方法是：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過由淺入深的、分層次的三組實驗得出帕斯卡定律。首先由學(xué)生通過完成活動卡上第一組體驗活動，感受液體能夠傳遞壓強，并猜測液體對壓強傳遞的方向；然后由教師演示"帕斯卡球〞實驗，學(xué)生通過觀察了解液體能夠向各個方向傳遞壓強；最后，教師通過演示"帕斯卡管〞實驗，引導(dǎo)學(xué)生得出完整的帕斯卡定律。本設(shè)計要突出的難點是：液壓傳動的原理。方法是：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過觀察實驗現(xiàn)象，推導(dǎo)比例公式的學(xué)習(xí)過程，得出液壓傳動的原理。首先，學(xué)生通過觀察小砝碼頂起大砝碼的演示實驗，知道液壓傳動的現(xiàn)象；然后，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過對壓強公式的推導(dǎo)，歸納演繹出液壓傳動的原理。本設(shè)計以大量的生活事例為根底，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過實驗和推理分析，歸納得出帕斯卡定律；以液壓傳動原理為載體，加深對帕斯卡定律的理解，同時感知物理學(xué)與我們生活是密切相關(guān)的；以帕斯卡的人物介紹，體驗科學(xué)家們獨特的人格魅力。完本錢設(shè)計的內(nèi)容需1課時。活動I學(xué)生實驗1活動I學(xué)生實驗1教學(xué)流程圖情景II情景II圖片情景I視頻帕斯卡定律情景I視頻帕斯卡定律活動II演示實驗1活動III活動III演示實驗2情景III情景III圖片液壓傳動原理活動V演示實驗3活動IV學(xué)生實驗22、教學(xué)流程圖說明情境I液壓千斤頂托起汽車引發(fā)學(xué)生思考："為何小小的千斤頂能產(chǎn)生如此巨大的托力？〞繼而引出本節(jié)課的主題。活動I學(xué)生實驗1每組學(xué)生分別用手擠壓塑料瓶，觀察實驗現(xiàn)象，感受液體能夠傳遞壓強。通過改變用力的大小和方向進一步擠壓塑料瓶，猜測液體傳遞壓強大小和方向的特點。每組學(xué)生將一只薄膜塑料袋平放在桌面上，用大頭針在袋上扎一些小孔后，裝入水，左手用力捏緊塑料袋口，右手擠壓塑料袋，觀察水流動的方向?；顒覫I演示實驗1學(xué)生通過觀察"帕斯卡球〞演示實驗，知道液體能夠向各個方向傳遞壓強。活動III演示實驗2學(xué)生通過觀察"帕斯卡管〞演示實驗，觀察各方向上橡皮膜凸出的程度，知道液體傳遞壓強大小的特點。情境II圖片介紹帕斯卡研究液體傳遞壓強規(guī)律的歷史?；顒覫V學(xué)生實驗2每組學(xué)生在開口的PVC管兩端各塞入一個濕紙團，用筷子一端快速用力推動其中一個紙團，觀察實驗現(xiàn)象，知道帕斯卡定律也適用于氣體。活動V演示實驗3將兩個橫截面積不同的注射器豎直固定在鐵架臺上，并用橡皮管連接，在小注射器的活塞上放上重力為G1的砝碼，在大注射器的活塞上放上重力為G2的砝碼，學(xué)生通過觀察2個注射器活塞的變化情況，知道液壓傳動現(xiàn)象。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，利用帕斯卡定律，通過對壓強公式的推導(dǎo)，得出液壓傳動原理。情境III圖片通過介紹液壓千斤頂、液壓挖掘機、消防車云梯、萬噸水壓機、大型盾構(gòu)、仿真機器人工作時的情景，引出液壓傳動原理在生活中的廣泛應(yīng)用。3、教學(xué)主要環(huán)節(jié)本設(shè)計可分為兩個主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。第一環(huán)節(jié)，以液壓千斤頂托起汽車為背景，激發(fā)學(xué)生思考，通過學(xué)生實驗和教師演示，引導(dǎo)學(xué)生探究得到帕斯卡定律。第二環(huán)節(jié)，以帕斯卡定律為根底，通過觀察和推導(dǎo)演繹得出液壓傳動原理，并用以解釋生活實例。七、教案例如〔一〕新課引入師："通過對物理課的學(xué)習(xí)，我們發(fā)現(xiàn)生活中蘊含著豐富的物理現(xiàn)象，同樣物理知識也能不斷的改善我們的生活質(zhì)量。下面就請同學(xué)們一起來觀看一段有關(guān)物理現(xiàn)象的視頻。〞1、情景1：視頻：以液壓千斤托起汽車。師："這是教師在換輪胎時，用液壓千斤頂輕而易舉就將一輛質(zhì)量為1.2噸的轎車頂了起來。〞2、問題1：師："為何小小的千斤頂能產(chǎn)生如此巨大的托力呢？〞〔展示液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D〕師："讓我們一起來認識一下液壓千斤頂?shù)膬?nèi)部構(gòu)造，〔這是液壓千斤頂?shù)陌磯菏直?、與手柄相連的小活塞、與重物相連的大活塞、中間是一段密閉液體〕，而小小的千斤頂能產(chǎn)生如此巨大托力的奧秘就在這段液體上，通過今天的學(xué)習(xí)以后，同學(xué)們就能解釋剛剛的問題了。〞〔二〕新課教學(xué)3、探究帕斯卡定律〔1〕學(xué)生實驗1：師："下面先讓我們一起來做一個實驗，每組同學(xué)的水槽中都有一個開有小孔的塑料瓶。預(yù)設(shè)：同學(xué)們不要忙著實驗，先聽清楚實驗的要求。請大家用力擠壓塑料瓶，仔細觀察實驗現(xiàn)象，并將實驗現(xiàn)象與實驗結(jié)論填寫在活動卡上。請大家先仔細閱讀活動卡實驗1〔a〕的要求，進展實驗。〞〔a〕每組學(xué)生分別用手擠壓塑料瓶，觀察實驗現(xiàn)象，感受液體能夠傳遞壓強。師："下面請同學(xué)交流一下實驗情況，請××同學(xué)交流。〞預(yù)設(shè)：學(xué)生交流答復(fù)〔學(xué)生答復(fù)不出追問："手擠壓以后小孔處的壓強是如何變化的？增加的壓強是從哪里來的呢？是通過什么傳遞的呢？〞〕師："其他同學(xué)有不同意見嗎？〞預(yù)設(shè)：學(xué)生無異議得出結(jié)論：液體能夠傳遞壓強。師："下面讓我們再深入的來探究一下,假設(shè)改變手擠壓瓶子力的大小和方向，水從小孔流出的情況會有什么不同嗎？請大家一起來試一試，并仔細觀察實驗現(xiàn)象。〞預(yù)設(shè)學(xué)生活動師："下面請同學(xué)交流一下實驗情況，請××同學(xué)交流。〞預(yù)設(shè)學(xué)生答復(fù)師："改變用力的方向，水流出的方向不同了。你觀察到水是從哪個方向流出的？增大擠壓的力水流出的情況有何變化嗎？再請位同學(xué)交流，請××同學(xué)交流，你觀察到水是從······。〞師："根據(jù)剛剛的實驗現(xiàn)象，請大家猜測一下液體傳遞壓強的方向和大小有何特點？先請同學(xué)猜測液體傳遞壓強方向的特點。〞〔請同學(xué)猜測〕師："請同學(xué)猜測一下液體傳遞壓強大小的特點。〞師："哪位同學(xué)的猜測正確呢？讓我們通過實驗來驗證一下。每組同學(xué)桌面上有一個塑料袋，請大家把袋子平放在桌面上，并用大頭針在上面扎些小孔，然后裝入水，一只手捏緊袋口，另一只手擠壓塑料袋，觀察水的流動方向。請大家先仔細閱讀活動卡實驗1〔b〕的要求，進展實驗。〞〔b〕每組學(xué)生把袋子平放在桌面上，并用大頭針在上面扎些小孔，然后裝入水，一只手捏緊袋口，另一只手用力擠壓塑料袋，觀察水的流動方向。師："下面請同學(xué)交流一下實驗情況，請××同學(xué)交流。〞預(yù)設(shè)學(xué)生交流答復(fù)師："其實早在350多年前法國科學(xué)家帕斯卡已經(jīng)通過帕斯卡球?qū)嶒灠l(fā)現(xiàn)了液體傳遞壓強的方向，下面就讓我們一起來重溫一下這個實驗。請大家仔細觀察水噴射的方向，并完成活動卡上的活動2。〞師："請××同學(xué)交流一下。〞師："這位同學(xué)的結(jié)論正確嗎？大家有沒有發(fā)現(xiàn)，剛剛我們實驗中的液體都是密閉的，所以結(jié)論應(yīng)該是密閉液體能夠向各個方向傳遞壓強。〞〔2〕演示實驗1：帕斯卡球?qū)嶒灒涸谂了箍ㄇ蛑凶M水，用力推氣筒，觀察水噴射的方向。師："和同學(xué)們的猜測完全一致，液體能夠向各個方向傳遞壓強。〞得出結(jié)論：密閉液體能夠向各個方向傳遞壓強?！?〕演示實驗2：師："下面我們再通過教師改裝的"帕斯卡管〞實驗來探究一下液體傳遞壓強的大小的特點?！埠唵谓榻B帕斯卡管的構(gòu)造：將帕斯卡球改成了帕斯卡管，在左右兩側(cè)和前端開口并用橡皮膜密封?！吃诟难b的"帕斯卡管〞內(nèi)注滿水，推動活塞，觀察各個方向上橡皮膜形變的情況師："我先輕輕推動活塞，請大家仔細觀察各個方向上橡皮膜形變大小的關(guān)系。〞師："然后我增大推動的力，請大家再仔細觀察各個方向上橡皮膜形變大小的關(guān)系。〞師："下面請同學(xué)先完成活動卡上活動3。〞師："請××同學(xué)交流一下。〞預(yù)設(shè)學(xué)生師："不管推力的大小如何，各個方向上橡皮膜受到的壓強都相等。〞師："其實帕斯卡在做帕斯卡球?qū)嶒灂r，通過大量實驗和反復(fù)測算已經(jīng)得出了密閉液體能大小不變傳遞壓強的結(jié)論。這就是著名的帕斯卡定律。〞得出結(jié)論：密閉液體能夠大小不變的傳遞壓強。〔4〕帕斯卡定律：加在密閉液體上的壓強能大小不變被液體向各個方向傳遞。師："下面讓我們一起來了解一下帕斯卡。〞〔5〕帕斯卡人物介紹師："帕斯卡(1623-1662)，法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、近代概率論的奠基者。在幾百年前，帕斯卡注意到在扎有小孔的水龍帶里注滿水，水會向四面八方噴射。年輕的帕斯卡敏銳的注意到了這一現(xiàn)象，并通過不斷的設(shè)計改良實驗，最終于1653年提出了著名的"帕斯卡定律〞。所以帕斯卡被尊稱為"液壓機之父〞。為了紀念他，把壓強的單位定為帕斯卡。〞師："密閉液體能夠傳遞壓強，則密閉氣體是否也能傳遞壓強呢？下面就讓我們用實驗來探究一下，每組同學(xué)桌面上都有一根PVC管、一根筷子和一些濕紙團，請同學(xué)們用濕紙團嚴密的堵住PVC管的兩端，然后用筷子寬大的一端快速用力的去頂其中一個濕紙團，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。請大家先仔細閱讀活動卡活動4的要求，進展實驗。〞〔展示實驗過程〕學(xué)生實驗2：用濕紙團堵住PVC管的兩端，然后用筷子寬大的一端快速用力去頂其中一個濕紙團，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。師："下面請同學(xué)們交流一下實驗情況，××同學(xué)。〞預(yù)設(shè)學(xué)生大量實驗還說明：帕斯卡定律同樣適用于氣體。師："下面就讓我們用剛學(xué)的帕斯卡定律來討論以下的問題。教師這里有一個用橡皮管連接的兩個橫截面積不同的注射器形成的密閉容器，在左邊小的注射器上放一個質(zhì)量為100克的廢舊砝碼，能不能將右邊大的注射器上200克的廢舊砝碼頂起來呢？認為頂?shù)钠鸬耐瑢W(xué)請舉手。〞師："下面就是見證奇跡的時刻了。〞演示實驗3：將兩個橫截面積不同的注射器豎直固定在鐵架臺上，并用橡皮管連接，在小注射器的活塞上放上重力為G1廢舊的砝碼，在大注射器的活塞上放上重力為G2廢舊的砝碼〔G1＜G2〕，學(xué)生通過觀察2個注射器活塞的變化情況，知道液壓傳動現(xiàn)象。師："小的砝碼真的把大的砝碼頂了起來，像這種利用液體傳遞動力的方式叫做液壓傳動。那液壓傳動的原理是什么呢？下面就讓我們一起來分析一下。〞師："請同學(xué)們考慮一下，當兩個活塞靜止時，兩個活塞底部受到的壓強大小有何關(guān)系？來請××同學(xué)分析一下，先分析大活塞所受的壓強，小活塞所受的壓強，因為壓強相等，所以可得出F1/S1=F2/S2，假設(shè)我們把S1與F2位置互換，公式可變?yōu)镕1/F2=S1/S2，在密閉容器中，活塞的受力面積越大，活塞受到的壓力越大。這就是液壓傳動的原理。〞4、帕斯卡定律的應(yīng)用〔1〕液壓傳動原理：得出結(jié)論：利用帕斯卡定律傳遞壓強時，液體對面積不同的活塞傳遞的動力大小不同，面積較大的活塞受到的動力也較大。師："液壓傳動在我們的生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用非常廣泛。液壓千斤頂就是利用液壓傳動將較小的力轉(zhuǎn)化為了較大的力。液壓千斤頂雖然省了力但費了距離。隨著我國工業(yè)和科技水平的不斷進步，我國的造船業(yè)和地鐵里程已經(jīng)到達世界第一的水平。這就是造船工業(yè)中常用的萬噸液壓機，這是隧道和地鐵建立中常用的盾構(gòu)設(shè)備，還有這些仿真機器人的四肢、挖掘機的工作手臂、消防車云梯都是利用液壓原理制成的。物理提升生活，生活創(chuàng)造物理，我們今天學(xué)習(xí)，就是為了明天更好的生活。〞〔2〕液壓傳動原理的應(yīng)用：油壓千斤頂、挖掘機的工作手臂、消防車上的升降云梯、萬噸水壓機、大型盾構(gòu)、仿生機器人?！踩痴n后小結(jié)章節(jié)導(dǎo)讀大型吊車的機械臂液壓千金頂利用液壓滾軸移動建筑物在許多大型機械工作過程中，我們都能看到液壓傳動的身影，則液體為什么能產(chǎn)生如此巨大的力呢？液壓的產(chǎn)生在幾百年前，帕斯卡注意到一些生活現(xiàn)象，如沒有灌水的水龍帶是扁的．水龍帶接到自來水龍頭上，灌進水，就變成圓柱形了．如果水龍帶上有幾個眼，就會有水從小眼里噴出來，噴射的方向是向四面八方的．水是往前流的，為什么能把水龍帶撐圓？

通過觀察，帕斯卡設(shè)計了"帕斯卡球〞實驗，帕斯卡球是一個壁上有許多小孔的空心球，球上連接一個圓筒，筒里有可以移動的活塞．把水灌進球和筒里，向里壓活塞，水便從各個小孔里噴射出來了，成了一支"多孔水槍〞。帕斯卡球的實驗證明，液體能夠把它所受到的壓強向各個方向傳遞．通過觀察發(fā)現(xiàn)每個孔噴出去水的距離差不多，這說明，每個孔所受到的壓強都一樣。帕斯卡通過"帕斯卡球〞實驗，得出著名的帕斯卡定律：加在密閉液體任一局部的壓強，必然按其原來的大小，由液體向各個方向傳遞。帕斯卡定律加在密閉液體上的壓強能大小不變被液體向各個方向傳遞。帕斯卡(1623-1662)，法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、近代概率論的奠基者。在幾百年前，帕斯卡注意到在扎有小孔的水龍帶里注滿水，水會向四面八方噴射。年輕的帕斯卡敏銳的注意到了這一現(xiàn)象，并通過不斷的設(shè)計改良實驗，最終于1653年提出了著名的"帕斯卡定律〞。所以帕斯卡被尊稱為"液壓機之父〞。為了紀念他，把壓強的單位定為帕斯卡。液壓傳動將兩個橫截面積不同的注射器豎直固定在鐵架臺上，并用橡皮管連接，在小注射器的活塞上放上重力為G1廢舊的砝碼，在大注射器的活塞上放上重力為G2廢舊的砝碼〔G1＜G2〕，學(xué)生通過觀察2個注射器活塞的變化情況，知道液壓傳動現(xiàn)象。小的砝碼真的把大的砝碼頂了起來，像這種利用液體傳遞動力的方式叫做液壓傳動?！?〕液壓傳動原