液體的壓強創(chuàng)新實驗及教學(xué)設(shè)計

《液體的壓強》說課文稿石家莊市第十七中學(xué)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(cè)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(xué)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(guān)系的自制教具--可壓縮桶、探究液體壓強與容器形狀關(guān)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(dǎo)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(zhì)容器，探究液體壓強與容器形狀的關(guān)系。通過手捏軟塑料瓶身不同位置改變?nèi)萜餍螤睿欢康乃ＷC液體重力不變，繩結(jié)標(biāo)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(chǔ)上實現(xiàn)形狀的隨機改變。幫助學(xué)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(dǎo)學(xué)生探究液體壓強與液體重力關(guān)系。四．實驗設(shè)計思路義務(wù)教育課程標(biāo)準提倡聯(lián)系生產(chǎn)生活實際創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)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(dǎo)液體壓強三大板塊為載體層層遞進，以鮮活案例引導(dǎo)學(xué)生理性思考。強調(diào)注重科學(xué)探究，靈活選用教學(xué)方式突破學(xué)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(xué)生實驗、以及3組創(chuàng)新實驗確保學(xué)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(xué)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(xué)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(chǔ)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(guān)系，得到數(shù)據(jù)后畫出圖像，加深學(xué)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(guān)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(jié)的重錘線，水探究液體壓強與容器形狀的關(guān)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(guān)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(guān)系。逐個實驗現(xiàn)場演示和操作，幫助學(xué)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(xué)的核心是思維，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要思考。為了培養(yǎng)學(xué)生思維，教會學(xué)生思考。組織學(xué)生圍繞控制變量法設(shè)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(guān)系，展示方案、分析不足、反思改進、實驗創(chuàng)新，讓學(xué)生在思辨中解決實驗設(shè)計遇到的難題。利用自制教具和推導(dǎo)之前的“薄膜變平”實驗，為學(xué)生搭建最近發(fā)展區(qū)，突破理解瓶頸。五．實驗教學(xué)目標(biāo)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(guān)，能夠推導(dǎo)液體壓強公式?？茖W(xué)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(gòu)物理模型推導(dǎo)液體壓強?？茖W(xué)探究：利用控制變量法設(shè)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(guān)系?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：認識液體壓強在生活、生產(chǎn)科技及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，了解“奮斗者號”的深潛信息，激發(fā)學(xué)生愛國情懷，增強社會責(zé)任感和使命感。實驗教學(xué)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(guān)，并進一步探究液體壓強與深度和液體密度之間的定量關(guān)系。探究液體壓強的大小如何計算。七．實驗教學(xué)過程（一）導(dǎo)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(xué)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(xué)習(xí)的內(nèi)容。進行新課感受液體壓強①通過四個學(xué)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(xué)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(cè)，如圖7。圖7猜想影響液體壓強大小的因素可能是什么？（學(xué)生結(jié)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(guān)）②進行探究探究活動1.先讓學(xué)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(chǔ)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(guān)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(guān)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(biāo)記處，將壓強計的探頭放在容器底部，用手向內(nèi)側(cè)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(biāo)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(cè)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(jié)論：液體壓強大小與容器形狀無關(guān)。學(xué)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(xué)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(jié)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(guān)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(xué)生分析兩個初步結(jié)論，得出最終結(jié)論：液體壓強大小與液體重力大小無關(guān)。演示液體壓強與容器底面積的關(guān)系的探究，如圖14圖14學(xué)生觀察U形管兩側(cè)液面高度差，得出結(jié)論：液體壓強與容器底面積無關(guān)。③得出結(jié)論：液體壓強大小只與深度、液體密度有關(guān)；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(xué)生實踐活動展示：水球變大，模擬帕斯卡裂桶實驗。學(xué)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(guān)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(shè)備升級實質(zhì)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(yīng)用，從生活走向物理，從物理走向社會。推導(dǎo)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(dǎo)學(xué)生對輕質(zhì)薄膜受力分析，進一步推導(dǎo)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(dǎo)學(xué)生樹立科技強國的遠大理想。實驗效果評價2022年課標(biāo)要求聯(lián)系生產(chǎn)生活實際創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，以控制變量法為核心，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計、改進、創(chuàng)新實驗，提高學(xué)生的思考力、創(chuàng)造力、行動力。實驗探究敢質(zhì)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(shù)的優(yōu)勢