液體的壓強創(chuàng)新實驗及教學設計

《液體的壓強》說課文稿石家莊市第十七中學黃元元使用教材人教版初中物理八年級下冊第九章第二節(jié)《液體的壓強》第一課時實驗器材常規(guī)儀器：微小壓強計、圓柱形玻璃水桶、鐵架臺、水、鹽水、硫酸銅溶液、洗滌靈、底面積不同的圓柱水桶3個、底部封有橡皮膜的細圓柱筒（一長一短）演示器材組（如圖1）：圓柱管（不同高度打孔）、水箱（側壁、頂部挖洞并封有橡皮膜）、上端與玻璃管相連的塑料瓶。圖1學生器材組（如圖2）：保鮮袋（或一次性手套）、吸管、扎有小孔的球形瓶。圖2創(chuàng)新器材組（如圖3）：液體壓強數(shù)字壓差計、探究液體壓強與液體重力關系的自制教具--可壓縮桶、探究液體壓強與容器形狀關系的軟瓶器材組。圖3實驗創(chuàng)新要點創(chuàng)新1：采用“數(shù)字壓差計”代替“U形管”，將數(shù)字壓差計與探頭相連，可以直接測量出探頭所受壓強大小。經(jīng)檢驗，在水下0.5米以內(nèi)，測得壓強數(shù)據(jù)相對誤差小于2.55%，準確度高。但受橡皮膜形變限度的影響，該裝置測量深度過大會導致誤差增大。值得注意的是，測出的數(shù)據(jù)整體比真實值偏小，這是因為薄膜受到液體壓強后向內(nèi)凹，所受液體壓強大于氣室內(nèi)的氣壓。為了減小誤差，我選用容易形變的薄橡皮膜并且固定時避免繃的太緊。利用數(shù)字壓差計操作方便、數(shù)據(jù)采集省時高效，實現(xiàn)從定性探究到定量探究的跨越。創(chuàng)新2：利用“軟塑料瓶”代替硬質容器，探究液體壓強與容器形狀的關系。通過手捏軟塑料瓶身不同位置改變?nèi)萜餍螤?，一定量的水保證液體重力不變，繩結標記確保液體深度一定，U形管液面高度差顯示壓強是否變化。在保證其他因素均不變的基礎上實現(xiàn)形狀的隨機改變。幫助學生解決探究容器形狀因素時難以控制變量的問題。創(chuàng)新3：利用透明圓柱筒和可壓縮塑料桶相連接，底部封上橡皮膜自制教具，利用該裝置加水后通過壓縮前后薄膜對比展現(xiàn)相同的液體重力可以產(chǎn)生不同的液體壓強、保證薄膜凸起程度相同情況下加水前后液體重力對比對比展現(xiàn)不同的液體重力可以產(chǎn)生相同的液體壓強，引導學生探究液體壓強與液體重力關系。四．實驗設計思路義務教育課程標準提倡聯(lián)系生產(chǎn)生活實際創(chuàng)設學習情境，本節(jié)課以“奮斗者”號為情境貫穿始終，引出感受、探究、推導液體壓強三大板塊為載體層層遞進，以鮮活案例引導學生理性思考。強調(diào)注重科學探究，靈活選用教學方式突破學生思維難點，我以系列探究實驗為抓手，通過7個演示實驗、4組學生實驗、以及3組創(chuàng)新實驗確保學生參與的主動性，搭建最近發(fā)展區(qū)，突破理解瓶頸，發(fā)展學生核心素養(yǎng)。亮點1：以“奮斗者”號研發(fā)面臨的巨大挑戰(zhàn)是什么提出問題引入新課，通過四個學生動手實驗感受液體內(nèi)存在各個方向的壓強。亮點2：在教材定性研究的基礎上，加入定量研究，采用數(shù)字壓差計代替U形管探究液體壓強與深度、液體密度的定量關系，得到數(shù)據(jù)后畫出圖像，加深學生的認知能力。亮點3：在課本中探究液體壓強和方向、深度、液體密度的關系之外，又拓展了三組創(chuàng)新實驗。1.利用軟塑料瓶、U形管液體壓強計、系有黃色繩結的重錘線，水探究液體壓強與容器形狀的關系。2.利用自制教具“壓縮桶”，探究液體壓強與液體重力大小的關系。3.利用3個底面積不同的圓柱水桶，保證深度相同、容器形狀相同、液體密度相同，探究探究液體壓強與容器底面積的關系。逐個實驗現(xiàn)場演示和操作，幫助學生理解決定液體壓強大小的因素只有深度和液體密度。教學的核心是思維，學生的學習需要思考。為了培養(yǎng)學生思維，教會學生思考。組織學生圍繞控制變量法設計實驗探究液體壓強與其他因素（容器形狀、液體重力、有容器底面積）的關系，展示方案、分析不足、反思改進、實驗創(chuàng)新，讓學生在思辨中解決實驗設計遇到的難題。利用自制教具和推導之前的“薄膜變平”實驗，為學生搭建最近發(fā)展區(qū)，突破理解瓶頸。五．實驗教學目標物理觀念：理解液體內(nèi)各個方向都存在壓強，探究得到液體壓強與哪些因素有關，能夠推導液體壓強公式。科學思維：基于觀察提出猜想，根據(jù)實驗現(xiàn)象得出液體壓強的產(chǎn)生原因以及影響因素，建構物理模型推導液體壓強?？茖W探究：利用控制變量法設計實驗探究液體壓強的影響因素，獲得液體壓強與深度和液體密度之間的關系?？茖W態(tài)度與責任：認識液體壓強在生活、生產(chǎn)科技及軍事領域的應用，了解“奮斗者號”的深潛信息，激發(fā)學生愛國情懷，增強社會責任感和使命感。實驗教學內(nèi)容感受液體內(nèi)各個方向都存在液體壓強并理解產(chǎn)生原理。探究液體壓強與方向、深度、液體密度、容器形狀、液體重力、容器底面積等因素是否有關，并進一步探究液體壓強與深度和液體密度之間的定量關系。探究液體壓強的大小如何計算。七．實驗教學過程（一）導入新課教師展示展示“高低水柱”實驗如圖4，引發(fā)思考：水柱有什么不一樣？（學生清晰直觀的看到越高的小孔水柱噴出彎曲程度越大。）圖4教師追問：海洋的不同深度處，又有怎樣的世界？播放“海洋深處”視頻。（觀看視頻，初步形成猜想：水中存在壓強，并且越深的地方壓力/壓強越大。）提問：“奮斗者”號在研發(fā)過程中面臨的巨大挑戰(zhàn)是什么？這就是我們今天要學習的內(nèi)容。進行新課感受液體壓強①通過四個學生活動認識液體內(nèi)各個方向都存在液體壓強，如圖5。圖5②通過演示實驗理解液體壓強的產(chǎn)生原因如圖6。水瓶裝水自由下落過程模擬水不受重力，驗證液體壓強的產(chǎn)生原因。圖6（學生觀察到水柱消失現(xiàn)象，分析論證，得出液體壓強的產(chǎn)生原因——液體受重力且具有流動性。）探究液體壓強①提出猜想提問：海水對“奮斗者號”的壓強為什么這么大？演示實驗：在洗滌靈里面吹氣泡，觀察氣泡上升時體積怎樣變化；等深度的鹽水將擋板上的薄膜壓向酒精一側，如圖7。圖7猜想影響液體壓強大小的因素可能是什么？（學生結合已有經(jīng)驗，提出猜想：液體壓強大小可能與方向、深度、液體密度、容器形狀、液體重力、容器底面積等因素有關）②進行探究探究活動1.先讓學生利用U形管液體壓強計對方向、深度和液體密度三個因素進行基礎定性探究如圖8；為了朝定量的方向邁進，選用數(shù)字壓差計代替U形管采集數(shù)據(jù)進一步探究液體壓強與三個因素的關系，利用多組直觀的數(shù)據(jù)、圖線得出定量規(guī)律如圖9。圖8圖9探究活動2:方案一方案方案一方案二圖10（容器形狀因素）分析方案1存在的問題：沒有控制深度一定，方案二沒有控制液體重力大小一定。師生共同探討，進行創(chuàng)新實驗探究液體壓強與容器形狀的關系如圖11：圖11操作方法：實驗前將金屬球放入水中，細線豎直，使水面略低于標記處，將壓強計的探頭放在容器底部，用手向內(nèi)側捏瓶子的不同位置使容器呈現(xiàn)不同的形狀，并且使每次捏住時液面都剛好到達標記處，保證三次液體深度相等，注意觀察比較每次捏住時U形管兩側液面高度差，我們發(fā)現(xiàn)）在液體重力、深度等因素都一定的條件下，改變?nèi)萜餍螤畈⒉粫绊懸后w壓強大小。得出結論：液體壓強大小與容器形狀無關。學生形成對液體重力因素的探究方案，如圖12。圖12（液體重力因素）分析學生方案，該方案實際操作時很難保證兩瓶口薄膜的松緊程度相同，可能出現(xiàn)加水后兩薄膜凸起程度不同的現(xiàn)象進而得出錯誤的結論。利用自制教具進行性創(chuàng)新實驗探究液體壓強與液體重力大小的關系，如圖13。圖13操作方法：向容器中加入適量的水，水充滿紅色塑料桶后進入透明圓柱筒中，觀察此時橡皮膜，向下凸起，用力按壓塑料桶，水進入上方較細圓柱桶后，深度增加，同時觀察橡皮膜凸起程度明顯變大，說明相同的液體重力可以產(chǎn)生不同的液體壓強，此時凸起的橡皮膜剛好充滿玻璃杯口，繼續(xù)加水直至橡皮膜再次剛好充滿玻璃杯口，說明不同的液體重力可以產(chǎn)生相同的液體壓強。學生分析兩個初步結論，得出最終結論：液體壓強大小與液體重力大小無關。演示液體壓強與容器底面積的關系的探究，如圖14圖14學生觀察U形管兩側液面高度差，得出結論：液體壓強與容器底面積無關。③得出結論：液體壓強大小只與深度、液體密度有關；同種液體，深度越深，壓強越大；深度相同時，液體密度越大，壓強越大。學生實踐活動展示：水球變大，模擬帕斯卡裂桶實驗。學生在有趣和震撼的實驗現(xiàn)象中進一步認識液體壓強與深度的關系，理解帕斯卡裂桶實驗。利用物理模型解決實際問題：隨著潛水深度的增大為什么潛水裝備需要逐步升級？用空塑料瓶模擬人體，觀察隨深度增加，人體所受液體壓強的變化，如圖15。理解潛水設備升級實質上是在抵抗隨深度越來越大的液體壓強。圖15介紹液體壓強在生產(chǎn)生活中的其他應用，從生活走向物理，從物理走向社會。推導液體壓強：利用利用底部封有橡皮膜的圓柱筒、水桶和水進行實驗如圖16。圖16操作方法：將封有橡皮膜的圓柱筒壓入水中，此時薄膜上凸。向圓筒中加水，薄膜凸起程度變小，繼續(xù)加水，直至薄膜變平，此時，圓筒內(nèi)外水面相平。引導學生對輕質薄膜受力分析，進一步推導液體壓強的表達式。運用公式計算“奮斗者號”所受壓強大小，介紹我國深海探索發(fā)展情況，凸顯科技成績，增強文化自信，引導學生樹立科技強國的遠大理想。實驗效果評價2022年課標要求聯(lián)系生產(chǎn)生活實際創(chuàng)設學習情境，本節(jié)課以“奮斗者號”情境貫穿，用三個問題為線索展開探究，使學生在問題情境中探索和發(fā)現(xiàn)知識，掌握技能。為了滲透科學研究方法，培養(yǎng)學生的科學思維，以控制變量法為核心，引導學生設計、改進、創(chuàng)新實驗，提高學生的思考力、創(chuàng)造力、行動力。實驗探究敢質疑勇創(chuàng)新，利用數(shù)字壓差計代替U形管液體壓強計，充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢