第九章第2节——核心素养下探究液体的压强-2024-2025学年教科版初中物理八年级下册

教科版初中物理八年级下册第九章第二节——核心素养下探究液体的压强 一、使用教材教科版初中物理八年级下册第九章第二节课程名称：液体的压强二、实验器材 （1） 实验 1：感受液体内部存在压强所用器材：透明水槽、保鲜袋。 （2） 实验 2：模拟演示“帕斯卡桶”实验所用器材：塑料瓶、乳胶管、被切割后的矿泉水瓶、铁架台、气球。 （3） 实验 3：演示液体压强与液体深度、密度的关系所用器材：透明塑料长管、橡皮膜、橡皮筋、铁架台、油。 （4） 实验 4：演示液体内部存在压强所用器材：亚力克材质长方体水槽、带有手柄的小一号六孔长方体、橡胶膜、塑料密封圈。 （5） 实验 6：探究液体压强与水的质量（体积）的关系所用器材：微小压强计、U 形管、铁架台、体积不一致的水槽。 3、 实验对象八年级下期学生 4、 实验创新/改进要点 本节课从真实情景出发，重视学生的感知过程，让学生经历较为完整的科学探究过程，提升了学生的核心素养，突出了学科特色，在实验设计和内容设计上均有所创新。 （1） 实验 2：“帕斯卡桶”实验，取材简单，让学生感知液体压强。 （2） 实验 3：“猜想液体压强影响因素”实验，采用了自制实验仪器，利用透明管和 半透明橡皮膜，制作了四个相同的透明胶管，并将其下管口蒙上相同的橡皮膜，达到了很好的可视性，且利用生料带极大提高了橡皮膜处的密封性。其中管 1、2、3 中注入了深度不同的红色的水，管 4 注入了与管 3 深度一致的油。4 根管子同时悬挂在支架上，该对比实验中的现象明显，启发猜想的导向性特别明确，实验时，可根据橡皮膜的形变程度来反映液体压强。见图 4，通过管 1、2、3 可知，对于同一液体，深度越深，压强越大；通过管 3 和管 4 可知，相同深度，密度越大的液体压强越大，由此学生可以自然而然猜想出，液体压强与深度、密度有关。 在实际教学中，学生在猜想时，极有可能把“深度”说成“长度”，为了让学生对这两个概念进行区分，对透明管进行以下操作，见图 5，将管 1 转动到倾斜状态，与管 2 对比可以看出，虽然管 1 中水柱比管 2 中的长，但其深度小，下端橡皮膜鼓起的程度也小。因此，学生从真实的情境中感知到，液体的“深度”与“长度”不同。 （3） 实验 4：猜想影响液体压强大小的因素中，所用的器材整体为透明亚克力材质， 由两部分组成，一部分是用于盛水的长方体水槽，另一部分是安装有手柄的小号空心长方体，其上下左右有六孔，每个孔处均用密封圈将弹性好的橡胶膜固定，见图 6。其固定方法简单且能保证六个孔的膜受力均匀。膜内侧平面与长方体的内壁在同一平面，当膜外侧受到水的压力时向内侧凹陷明显。实验时，左右两侧四陷程度相同，说明液体水平位置（相同深度）压强相同。上方膜凹陷程度最小，下方膜凹陷程度最大，说明液体压强与深度有关，深度大压强大。 （4） 实验 6：探究液体压强的大小与水的质量（体积）的关系中，本套实验器材对教材上的实验器材上作了改进，将 U 形管左右两边都安上橡皮管以及探头，采用在两个不同容器中装不同体积的水，保持 U 形管探头处在同种液体的相同深度，来观察 U 形管中左右两边液面高度是否相平，见图 10，借此消除学生脑海中错误认为：“液体质量越大，压强越大”的观念。 5、 实验原理/实验设计思路运用转换法、控制变量法，通过物体的形变程度、U 形管液面差等反映液体压强的大小。 6、 实验教学目标 （1） 物理观念知道液体对容器底和侧壁的压强，知道液体内部存在压强。 （2） 科学思维能利用液体内部压强的分布规律解释分析一些简单的相关问题。 （3） 科学探究通过实验探究，总结液体的压强分布规律，体会实验归纳的研究方法。 （4） 科学态度与责任通过各个实验教学环节，使学生体验探究的乐趣，培养学生乐于探究物理知识的精神。 七、实验教学内容 （1） 利用实验让学生感受液体压强。 （2） 通过实验，让学生猜想影响液体压强大小的因素。 （3） 利用微小压强计的改进实验，揭示液体压强的大小与液体的质量和体积无关。 八、教学重点、难点 （1） 教学重点：通过实验，让学生猜想影响液体压强大小的因素。 （2） 教学难点： 通过实验，区分液体“长度”和“深度”。 通过实验，知道液体压强的大小与液体的质量和体积无关。 九、实验教学过程 （一）引入 对于初二学生来讲，刚学习物理，普遍缺乏对生活中各种物理现象的关注和挖掘生活中与物理相关事物的意识。在进行探究式教学时，需要我们创设导向明确的探究情境，激发学生的探究欲望，让学生进行有依据的猜想。所以，我在引入部分抛出了这样的问题：为什么游泳时，耳膜会痛？“奋斗者”号为什么要用钛合金制成极厚外壳？ 学生会猜想液体可能也存在压强。随即，开始进行以下这些创新实验：实验 1（图 1）、实验 2（图 2、图 3）让学生感受液体压强； 实验 3（图 4、图 5）、实验 4（图 6、图 7）猜想影响液体压强的因素且辨析液体“长度”、 “深度”两个概念； 实验 5（图 8）进行分组实验，让学生定性探究液体压强；实验 6（图 9、图 10）辨析液体压强的大小与质量无关。 首先看实验 1： （1） 实验 1：感受液体内部存在压强 图 1 感受液体压强 过程及现象： 伸出一只手，然后将手套上塑料袋，接着伸入水中，塑料袋紧紧贴在手上且手感受到了来自液体的压力，见图 1。 目的：感知液体内部存在压强。 再来看实验二： （2） 实验 2：演示深度与液体压强的关系 我用切割后打孔的矿泉水瓶制作成为一个“漏斗”，乳胶管、气球等器材制作成为一个“帕斯卡桶”，该实验器材用以显示液体深度与液体压强关系。现在，我模拟演示自制“帕斯卡桶” 实验： 图 2 “帕斯卡桶”实验装置 图 3 实验现象演示过程及现象： 首先让漏斗比“帕斯卡桶”位置略高并且注满水，观察到气球略微膨起，见图 2，逐渐升高漏斗位置，观察到到气球膨起越来越明显，见图 3。 目的：直观观察到等量的水，深度增大，产生的液体压强也增大。 通过以上两个实验，能够让学生感知到液体存在压强。接下来，为了让学生猜想影响液体压强大小的因素，我采用了以下的自制创新教具，用透明管演示液体压强与液体深度、密度的关系： （3）实验 3：演示液体压强与液体深度、密度的关系 图 4 演示液体压强与深度、密度的关系 图 5 辨析液体“长度”与液体“深度” 见图 4，该教具采用了 4 个相同的透明胶管，下管口均蒙上了相同的橡皮膜，其中管 1、 2、3 中注入了深度不同的水，管 4 注入了与管 3 深度一致的油。实验时，可以根据橡皮膜的形变程度来反映液体压强。 通过管 1、2、3 可知，对于同一液体，深度越深，压强越大；通过管 3、4 可知，相同深度，密度越大的液体压强越大，由此学生可以自然而然猜想出，液体压强与液体深度、密度有关。 在实际教学中，学生在猜想时，极有可能把“深度”说成“长度”，为了让学生对这两个概 念进行区分，我设计了以上实验，见图 5，将管 1 缓慢从竖直状态转动到倾斜，在此过程中，管 1 底部的橡皮膜鼓起程度慢慢减小，与管 2 对比可以看出，虽然管 1 中水柱比管 2 中的长，但其深度小，下端橡皮膜鼓起的程度也小。因此，学生从真实的情境中感知到，液体的“深度”与“长度”不同。 但此套创新实验教具只能演示液体对底部存在压强，并不能演示液体对侧壁存在压强， 为了弥补这个遗憾，我采用以下的创新教具进行实验。 （4）实验 4：演示液体内部存在压强 该器材整体为透明塑料材质，一部分是用于盛水的长方体水槽，另一部分是小一号的空心长方体，它上下左右有六孔，每个孔处均用密封圈将弹性好的橡胶膜固定，当膜外侧受到液体的压力时，橡皮膜向内侧凹陷明显，由此可以通过橡皮膜的形变程度反映液体压强的大小。 图 6 装置图 图 7 实验现象 过程及现象： 将有薄膜的长方体缓慢浸入水槽中，观察到上方膜凹陷程度最小，下方膜凹陷程度最大，且左右两侧凹陷程度相同，见图 7。 目的： 通过这个实验，学生进一步发现，液体不仅对容器侧壁有压强，液体内部处处均存在压强，且深度越深，压强越大。 观察现象：液体各处均存在压强。 综合以上实验，学生可以猜想出液体压强大小可能与深度、方向、液体密度等因素都有关。接下来，我们便可以让学生利用教材上所列的实验装置进行分组实验，定性对液体压强的影响因素进行分析。 （5） 实验 5：探究影响液体压强大小的因素 图 8 微小压强计探究影响液体压强大小的因素 通过上述实验，并不能探究液体压强的大小与液体质量、体积的关系，但多数学生脑海中存在根深蒂固的错误观念，他们认为：“液体越重，压强越大”，为了该观念进行区分，我设计了以下创新实验器具（图 9），进行实验（图 10）。 （6） 实验 6：探究液体压强与水的质量（体积）的关系 实验前，让两个水槽装不同体积的水，实验时，液体压强通过 U 形管中的液面高度差反映。首先检查装置气密性，轻轻按压探头处的橡皮膜，观察到 U 形管中液面灵活变化，这说明装置气密性良好。接着，将右侧探头深入圆形水槽中水面下方 10cm 处并固定住，然后将左侧探头伸入方形水槽下方 10cm 处并固定，观察 U 形管中液面的高度差。 通过观察，可以得知，在误差范围内，高度差为 0，这说明两侧液体产生的压强大小相 等，进一步说明了液体压强的大小与液体质量、体积等因素无关。 图 9 微小压强计创新实验 图 10 实验现象 最后学生归纳总结出液体压强的规律。 （三）首尾呼应，回顾课前遗留问题 为什么游泳时，耳膜会痛？“奋斗者”号为什么要用钛合金制成的极厚外壳？相信通过之 前的学习，学生能够自然而然回答出该问题的答案。 十、实验效果评价 （1） 实验 3：演示液体压强与液体深度、密度的关系 （1） 教师创设了导向明确的探究式情境，激发了学生的探究欲望，让学生更好地进行有依据的猜想。 （2） 通过将透明胶管在深度一定的情况下，竖直和斜着两种放置方式进行对比，观察 胶管下方橡皮膜的形变程度，能够很好地区分液体“长度”和“深度”这两个易混淆的说法。 （2） 实验 4：演示液体内部存在压强 （1） 液体对侧壁存在压强，多数学生没有感知经验，不易认同，自制器材让学生观察到液体把橡皮膜胀鼓，感知到液体不仅对容器侧壁有压强，液体内部处处均存在压强，且深度越深，压强越大。 （2） 本教具通过形象直观的实验现象，将液体压强的特点很好地展示，等时高效，使 学生对液体压强概念的建立更加清晰。 （3） 实验 6：探究液体压强与液体质量（体积）的关系 （1） 创新教具取材简单，效果直观充分体现了其科学性、示范性和实用性的特色，可重复使用，便于教师自制推广。 （2） 能给予学生视觉上的冲击和思维上的碰撞，能较好达到纠正错误概念的目的。姓名：杨雪薇 学科网（北京）股份有限公司 $$