内容正文:
8.3 空气的力量(教学设计)
【学业要求】
1. 物理观念:
(1) 知道大气压强的存在,会用大气压强解释生活中常见的现象。
(2)了解大气压强的测量方法和估测方法,知道标准大气压的数值,认识气压计。
(3)了解大气压随高度变化的规律,知道水的沸点与气压的关系。
2. 科学思维:
(1)培养利用身边的一些常见物品对大气压的存在进行分析和解释的意识,并收集实验现象对其进行论证。
(2)通过引导和科学推理,对测量大气压的实验进行分析,对相关方案进行质疑,并提出自己的见解,从多角度问题出发认识大气压强的大小。
3. 科学探究:
(1)通过观察演示实验,提出问题,合作探究大气压强的存在、大气压强的方向、如何利用大气压强等,初步学会类比、等效替代等方法。
(2)经历实验探究过程,培养信息收集、处理能力以及分析和解决问题的能力。
4.科学态度与责任:
(1)在观察、交流分析、探究的过程中培养严谨认真、实事求是的科学态度。
(2)通过介绍有关研究大气压强的人物和史料,培养学生的科学人文精神。
(3)通过对大气压强应用的理解,认识大气压强对人类生活的影响。
【重点难点】
学习重点:体验大气压强的存在,测量大气压强的大小。
学习难点:理解大气压产生的原因及方向;托里拆利实验测量大气压及原理。
【器材准备】
1.玻璃杯、水、A4纸、小吸盘、注射器、刻度尺、气压计等。
2.和《大气压强》相关的视频、挂图、课件等。
【课时安排】
1课时(45分钟)
【教学过程】
一、新课引入:
生活真奇妙!如图展现的是有趣的覆杯实验,杯子装满水,盖上薄片,杯口向下,薄片不会掉,水也不会流出来。这是为什么呢?
通过本节学习,你便能找出答案。
二、自主学习:阅读课本,思考并尝试完成以下问题:
1.空气为什么也能够产生压强?它和固体压强相同吗?
(1)定义:大气对浸在它里面的物体的压强,简称大气压或气压。
(2)产生原因:空气受重力并且具有流动性。
(3)特点:大气内部向各个方向都有压强。
2.最先证明大气压强存在的实验是什么?
马德堡半球实验:第一个证明大气压存在。
3.还有哪些证明大气压强存在的现象?
覆杯实验、瓶吞鸡蛋实验、注射器吸药液、吸管吸饮料等。
4.最先测量大气压强大小的实验是什么?
科学家托里拆利首先通过托里拆利实验测定了大气压的数值。
5.如何粗略测量大气压强?
将注射器的活塞推至外筒的顶端,排尽空气,然后密封注射器的小孔,避免空气进入。将活塞与弹簧测力计挂钩相连,随后慢慢拉动注射器外筒直至活塞开始滑动。记录此时弹簧测力计示数,测算活塞的横截面积,则可估算出大气压强的大小。
6.一标准大气压上多少?
1个标准大气压 = 1.013×105 Pa。
7.测量大气压应该用什么仪器?
气压计。
8.大气压强和海拔高度有什么关系?
大气压随高度的增加而减小。
9.液体沸点与气压用什么关系?
一切液体的沸点,都是气压减小时降低,气压增大时升高。
10.生活中还有哪些现象上利用大气压来工作的?
注射器吸药液、吸管吸饮料、吸盘式挂物钩、钢笔吸墨水、活塞式抽水机等都是利用大气压来工作的。
三、合作探究:
探究一、大气压强
1. 大气压强
(1)定义:
空气和液体一样,内部各个方向也都存在压强。这种压强称为大气压强(atmospheric pressure),简称大气压或气压。
(2)做中学:感受空气的“力量”
方法:取两个挂物品的小吸盘,按图对接,挤出吸盘内部的空气,然后双手向两侧拉吸盘,你有什么感觉?若让外部空气进入吸盘内部,你又有什么感受?你能解释这种现象吗? 液体受重力且具有流动性,所以液体内向各个方向都有压强。
现象:若要拉开对接排出空气后的吸盘,则需较大的力;若让外部空气进入吸盘内部,则能轻松分开吸盘。
分析论证:这是因为吸盘内部空气排出后,吸盘外部的空气会把两个吸盘紧压在一起,所以需要较大外力才能将其拉开。如果空气能进入吸盘内部,吸盘内、外所受的大气压强逐渐变为相同大小,那么就能分开吸盘。
(3)试一试:
现在你能解释覆杯实验的现象吗?你再试试,轻轻转动杯子,使薄片朝不同方向,看看薄片是否仍能停留在杯口,并解释原因
(4)大气压强产生原因:
空气受重力并且具有流动性。
(5)大气压强特点:
大气内部向各个方向都有压强。
2.科学书屋:马德堡半球实验
1654年5月8日,德国马德堡市市长、抽气泵的发明者奥托·格里克做了一个令人惊奇的实验。他将两个直径约为36 cm的铜质空心半球紧扣在一起,用抽气泵抽出球内空气,然后用16匹马分别向相反方向拉两个半球,结果16匹马费了很大的劲才拉开。两个半球被拉开时,爆发剧烈响声。假如不抽去半球内空气,用手就能拉开它们。这就是历史上著名的马德堡半球实验。
3.其它证明大气压存在的实验:
还有哪些证明大气压强存在的现象?
探究二、大气压强的测定
1.大气压强的大小:
意大利物理学家托里拆利(E. Torricelli, 1608—1647) 及其同伴在1643年通过实验首次测出大气压强的大小与760 mm高的汞柱产生的压强相等,约为 1.013×105 Pa。
2.托里拆利实验:
(1)方法:如图所示,取一根长约1 m、一端封闭的细玻璃管,将玻璃管灌满汞;用戴有手套的手指堵住管口,将玻璃管倒插在汞液槽中;放开堵住管口的手指,让管内的汞流出。
(2)现象:结果发现:玻璃管内汞柱下降一段就不再下降了。经测量,管内外汞液面的高度差约760 mm。这就是历史上著名的托里拆利实验。
(3)分析:实验中,灌满汞的玻璃管内部没有空气。随着汞柱的下降,管内汞液的上方形成真空。正是管外汞面上受到的大气压强支持着玻璃管内760 mm高的汞柱。也就是说,此时的大气压强跟760 mm高的汞柱产生的压强正好大小相等。
(4)结论:由此,可计算大气压强为
p = ρgh = 1.36×104 kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m ≈ 1.013×105 Pa。
算一算,如果用水和足够长的玻璃管做这个实验,留在玻璃管中的水柱大约有多高?
3.迷你实验室:估测大气压强
(1)实验器材:注射器、弹簧测力计、刻度尺等。
(2)实验装置图:
(3)实验步骤:
A.将注射器的活塞推至外筒的顶端,排尽空气,然后密封注射器的小孔,避免空气进入。
B.将活塞与弹簧测力计挂钩相连,随后慢慢拉动注射器外筒直至活塞开始滑动。记录此时弹簧测力计示数。
C.测算活塞的横截面积S,则可根据公式p=F/S估算出大气压强的大小。
4.测量工具:气压计
如汞气压计、无液气压计等。
管式弹簧压强计
管式弹簧压强计中空心弹簧管的一端与所测的气体连通,而另一端封闭,并连接杠杆、齿轮和指针等。当空心弹簧管内的压强增大时,管就趋向于伸直,也就是弯度变小。这种形状的变化,由杠杆和齿轮带动指针,指示所测气体的压强。
探究三、大气压强与人类生活
1.标准大气压:
人们通常把760 mm高的汞柱所产生的压强叫做1个标准大气压。
1个标准大气压 = 1.013×105 Pa。
在海平面附近,大气压强约等于1.013×105 Pa。
2.影响大气压强的因素:
(1)海拔高度:
大气压随高度的增加而减小。
大气压随高度的变化是不均匀的,低空大气压
减小得快,高空减小得慢。
(2)大气压与天气、季节的变化有关:
一般来说,晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。
3.液体沸点与气压的关系:
液体的沸点,都是气压减小时降低,气压增大时升高。因此,在青藏高原等海拔高的地方,大气压强小,水的沸点低,食物不容易煮熟,所以应该用高压锅。
4.大气压的应用:
我们周围充满大气,大气压强与我们的生活息息相关。生活中常见的吸盘挂钩、离心式水泵、医院输液等皆利用了大气压强的作用。
每个人身上都承受着大气的压力,但未被压瘪,这是因为人体内部的压强能与大气压强平衡。航天员穿航天服的作用之一,就是利用航天服产生适当的压强,保障生命安全。
四、课堂小结:
五、当堂检测:
要求:合上课本,像考试一样独立完成。(时间:6分钟;分值:100分)
1.(20分)如题图所示,用两个吸盘模拟马德堡半球实验;将两个吸盘对接,用力挤压出空气后难以将其分开,说明吸盘内部气体压强 (选填“大于”“等于”或“小于”)大气压强;若在吸盘上截一个小孔,吸盘内部气体压强会变 ;若在海拔更高的地方做同样的实验,将其分开所需的力更小,说明海拔越高,大气压强越 。
【答案】 小于 大 小
【解析】[1]将两个吸盘对接,用力挤压出空气后,内部属于真空状态,大气压强变小,内外形成压强差,内部气体压强小于外界大气压强,使其难以分开。
[2]若在吸盘上截一个小孔,空气进入吸盘内部,吸盘内部气体压强就会变大。
[3]若在海拔更高的地方做同样的实验,将其分开所需的力更小,说明内外气体压强差变小了,内部气体压强保持不变,则外部大气压强变小了,即海拔越高,大气压强越小。
2.(20分)如图,一根水平放置、两端开口的透明亚克力管,下部的抽气孔与抽气机相连。将一个略小于管内径的纸团置于管中,打开抽气机,在_________的作用下,两塑料片分别紧紧“吸附”在管子两端。当管内气压较低时关闭抽气机,快速弹开_________侧塑料片,纸团会从左侧管口飞出。
【答案】大气压 右
【解析】打开抽气机抽气,使其管内气压变小,在大气压的作用下,塑料片外侧的大气压大于内侧的气压,所以两塑料片分别紧紧“吸附”在管子两端。
纸团从左侧管口飞出,说明纸团右侧受到的压力比左侧的大,故应收弹开右侧的塑料片,使右侧的气压变大。
3. (20分)如图甲是著名的托里拆利实验装置,此时气压 (选填“大于”“小于”或“等于”)一标准大气压,将图中装置从大厦1楼移到20楼,会发现甲装置中的水银柱 ,乙装置细管中的水柱 (后两空选填“上升”“不变”或“下降”)。
【答案】 小于 下降 上升
【详解】[1]由图甲得,此时气压等于750mm高的水银柱的压强,一标准大气压等于760mm高的水银柱的压强,则此时气压小于一标准大气压。
[2]将图中装置从大厦1楼移到20楼,大气压减小,会发现甲装置中的水银柱降低。
[3]乙装置瓶内气压不变,外界大气压减小,在气压差作用下,细管中的水柱会上升。
4.(20分)将烧瓶内的水加热至沸腾后移去火焰,水会停止沸腾。迅速塞上瓶塞,把烧瓶倒置并向瓶底浇 (选填“冷水”或“热水”),如图所示,观察到烧瓶内的水再次沸腾,产生这一现象的原因是 。某制药厂在制药时,为了从药液中提取抗菌素粉剂,采用加热的方法使水沸腾,从而除去水分,但要求药液的温度必须保持不超过80℃,根据上述实验原理,可行的方法是 (选填“提高”或“降低”)药液表面的气压。
【答案】 冷水 气压越低,沸点越低 降低
【详解】[1][2]向瓶底浇冷水后,瓶内水蒸气遇冷液化,使得瓶内气压强减小,使液体沸点降低,因此液体重新沸腾起来。
[3]要通过加热去掉药液中的水分,可以通过沸腾的方式将水分汽化为水蒸气,但水的沸点是100℃,要求药液要求温度不能超过80℃,我们可以减小液面上的气压,气压降低,液体的沸点就会降低。
5.(10分)图四个场景中,下列对应现象分析科学合理的是( )
A.甲图可以自动给花供水的装置,利用的是连通器原理
B.乙图将房子的地基建造的比较宽,目的是增加地基对地面的压力
C.丙图将竖直玻璃管倾斜,水银柱的高度变大
D.丁图盖在装满水杯口的硬纸片掉不下来,是受到大气压强的作用
【答案】D
【详解】A.当瓶口在水面以下时,瓶子内的水和空气的压强之和等于外界的大气压强,水不流出;当瓶口露出水面时,空气进入瓶内,瓶内空气和水的压强之和大于外界的大气压强,水流出,直到封住瓶口为止,故图甲中的自动喂水装置应用的是大气压,不是连通器原理,故A不符合题意;
B.乙图将房子的地基建造的比较宽厚,目的是在压力一定时,通过增大受力面积来减小地基对地面的压强,故B不符合题意;
C.根据托里拆利实验可知,丙图将竖直玻璃管倾斜,由于外界气压不变,因此水银柱的高度不变,故C不符合题意;
D.丁图盖在装满水杯口的硬纸片掉不下来,是因为外界大气压大于瓶内气压,因此是因为受到大气压强的作用,故D符合题意。
故选D。
6.(10分)图甲所示为一款桶装水压水器,图乙是其简化示意图。用手按压上部气囊向桶内打气,桶内的水会沿导管上升从出水管流出。再按一下止水阀,会听到“嗤”的一声,导管内压上来的水立刻退回到桶内。下列有关分析合理的是( )
A.按压气囊时,桶内的气压会变大
B.按压出水时,水沿导管上升是利用了大气
C.按下止水阀听到“嗤”的一声时,桶外的空气进入到桶内
D.若压水器与水桶连接处漏气,该压水器仍能正常工作
【答案】A
【详解】AB.按压气囊时,囊中空气进入桶内,桶内空气体积增大,气压变大,大于桶外大气压,于是将水压进导水管,从出水管流出,故A符合题意,B不符合题意;
C.按下止水阀时,桶内水上方空气被吸出,体积变小,气压变小,小于桶外大气压,导水管中的水被压下,故C不符合题意;
D.压水器与水桶连接处漏气,将不能控制桶内水上方气体压强,不能正常工作,故D不符合题意。
故选A。
六、板书设计:
见课堂小结
七、课后反思:
谈谈你在本节课中:
(1)收获有哪些?
(2)需要改进的有哪些?
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8.3 空气的力量(教学设计)
【学业要求】
1. 物理观念:
(1) 知道大气压强的存在,会用大气压强解释生活中常见的现象。
(2)了解大气压强的测量方法和估测方法,知道标准大气压的数值,认识气压计。
(3)了解大气压随高度变化的规律,知道水的沸点与气压的关系。
2. 科学思维:
(1)培养利用身边的一些常见物品对大气压的存在进行分析和解释的意识,并收集实验现象对其进行论证。
(2)通过引导和科学推理,对测量大气压的实验进行分析,对相关方案进行质疑,并提出自己的见解,从多角度问题出发认识大气压强的大小。
3. 科学探究:
(1)通过观察演示实验,提出问题,合作探究大气压强的存在、大气压强的方向、如何利用大气压强等,初步学会类比、等效替代等方法。
(2)经历实验探究过程,培养信息收集、处理能力以及分析和解决问题的能力。
4.科学态度与责任:
(1)在观察、交流分析、探究的过程中培养严谨认真、实事求是的科学态度。
(2)通过介绍有关研究大气压强的人物和史料,培养学生的科学人文精神。
(3)通过对大气压强应用的理解,认识大气压强对人类生活的影响。
【重点难点】
学习重点:体验大气压强的存在,测量大气压强的大小。
学习难点:理解大气压产生的原因及方向;托里拆利实验测量大气压及原理。
【器材准备】
1.玻璃杯、水、A4纸、小吸盘、注射器、刻度尺、气压计等。
2.和《大气压强》相关的视频、挂图、课件等。
【课时安排】
1课时(45分钟)
【教学过程】
一、新课引入:
生活真奇妙!如图展现的是有趣的覆杯实验,杯子装满水,盖上薄片,杯口向下,薄片不会掉,水也不会流出来。这是为什么呢?
通过本节学习,你便能找出答案。
二、自主学习:阅读课本,思考并尝试完成以下问题:
1.空气为什么也能够产生压强?它和固体压强相同吗?
2.最先证明大气压强存在的实验是什么?
3.还有哪些证明大气压强存在的现象?
4.最先测量大气压强大小的实验是什么?
5.如何粗略测量大气压强?
6.一标准大气压上多少?
7.测量大气压应该用什么仪器?
8.大气压强和海拔高度有什么关系?
9.液体沸点与气压用什么关系?
10.生活中还有哪些现象上利用大气压来工作的?
三、合作探究:
探究一、大气压强
1. 大气压强
(1)定义:
空气和液体一样,内部各个方向也都存在压强。这种压强称为大气压强(atmospheric pressure),简称大气压或气压。
(2)做中学:感受空气的“力量”
方法:取两个挂物品的小吸盘,按图对接,挤出吸盘内部的空气,然后双手向两侧拉吸盘,你有什么感觉?若让外部空气进入吸盘内部,你又有什么感受?你能解释这种现象吗? 液体受重力且具有流动性,所以液体内向各个方向都有压强。
现象:若要拉开对接排出空气后的吸盘,则需较大的力;若让外部空气进入吸盘内部,则能轻松分开吸盘。
分析论证:这是因为吸盘内部空气排出后,吸盘外部的空气会把两个吸盘紧压在一起,所以需要较大外力才能将其拉开。如果空气能进入吸盘内部,吸盘内、外所受的大气压强逐渐变为相同大小,那么就能分开吸盘。
(3)试一试:
现在你能解释覆杯实验的现象吗?你再试试,轻轻转动杯子,使薄片朝不同方向,看看薄片是否仍能停留在杯口,并解释原因
(4)大气压强产生原因:
空气受重力并且具有流动性。
(5)大气压强特点:
大气内部向各个方向都有压强。
2.科学书屋:马德堡半球实验
1654年5月8日,德国马德堡市市长、抽气泵的发明者奥托·格里克做了一个令人惊奇的实验。他将两个直径约为36 cm的铜质空心半球紧扣在一起,用抽气泵抽出球内空气,然后用16匹马分别向相反方向拉两个半球,结果16匹马费了很大的劲才拉开。两个半球被拉开时,爆发剧烈响声。假如不抽去半球内空气,用手就能拉开它们。这就是历史上著名的马德堡半球实验。
3.其它证明大气压存在的实验:
还有哪些证明大气压强存在的现象?
探究二、大气压强的测定
1.大气压强的大小:
意大利物理学家托里拆利(E. Torricelli, 1608—1647) 及其同伴在1643年通过实验首次测出大气压强的大小与760 mm高的汞柱产生的压强相等,约为 1.013×105 Pa。
2.托里拆利实验:
(1)方法:如图所示,取一根长约1 m、一端封闭的细玻璃管,将玻璃管灌满汞;用戴有手套的手指堵住管口,将玻璃管倒插在汞液槽中;放开堵住管口的手指,让管内的汞流出。
(2)现象:结果发现:玻璃管内汞柱下降一段就不再下降了。经测量,管内外汞液面的高度差约760 mm。这就是历史上著名的托里拆利实验。
(3)分析:实验中,灌满汞的玻璃管内部没有空气。随着汞柱的下降,管内汞液的上方形成真空。正是管外汞面上受到的大气压强支持着玻璃管内760 mm高的汞柱。也就是说,此时的大气压强跟760 mm高的汞柱产生的压强正好大小相等。
(4)结论:由此,可计算大气压强为
p = ρgh = 1.36×104 kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m ≈ 1.013×105 Pa。
算一算,如果用水和足够长的玻璃管做这个实验,留在玻璃管中的水柱大约有多高?
3.迷你实验室:估测大气压强
(1)实验器材:注射器、弹簧测力计、刻度尺等。
(2)实验装置图:
(3)实验步骤:
A.将注射器的活塞推至外筒的顶端,排尽空气,然后密封注射器的小孔,避免空气进入。
B.将活塞与弹簧测力计挂钩相连,随后慢慢拉动注射器外筒直至活塞开始滑动。记录此时弹簧测力计示数。
C.测算活塞的横截面积S,则可根据公式p=F/S估算出大气压强的大小。
4.测量工具:气压计
如汞气压计、无液气压计等。
管式弹簧压强计
管式弹簧压强计中空心弹簧管的一端与所测的气体连通,而另一端封闭,并连接杠杆、齿轮和指针等。当空心弹簧管内的压强增大时,管就趋向于伸直,也就是弯度变小。这种形状的变化,由杠杆和齿轮带动指针,指示所测气体的压强。
探究三、大气压强与人类生活
1.标准大气压:
人们通常把760 mm高的汞柱所产生的压强叫做1个标准大气压。
1个标准大气压 = 1.013×105 Pa。
在海平面附近,大气压强约等于1.013×105 Pa。
2.影响大气压强的因素:
(1)海拔高度:
大气压随高度的增加而减小。
大气压随高度的变化是不均匀的,低空大气压
减小得快,高空减小得慢。
(2)大气压与天气、季节的变化有关:
一般来说,晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。
3.液体沸点与气压的关系:
液体的沸点,都是气压减小时降低,气压增大时升高。因此,在青藏高原等海拔高的地方,大气压强小,水的沸点低,食物不容易煮熟,所以应该用高压锅。
4.大气压的应用:
我们周围充满大气,大气压强与我们的生活息息相关。生活中常见的吸盘挂钩、离心式水泵、医院输液等皆利用了大气压强的作用。
每个人身上都承受着大气的压力,但未被压瘪,这是因为人体内部的压强能与大气压强平衡。航天员穿航天服的作用之一,就是利用航天服产生适当的压强,保障生命安全。
四、课堂小结:
五、当堂检测:
要求:合上课本,像考试一样独立完成。(时间:6分钟;分值:100分)
1.(20分)如题图所示,用两个吸盘模拟马德堡半球实验;将两个吸盘对接,用力挤压出空气后难以将其分开,说明吸盘内部气体压强 (选填“大于”“等于”或“小于”)大气压强;若在吸盘上截一个小孔,吸盘内部气体压强会变 ;若在海拔更高的地方做同样的实验,将其分开所需的力更小,说明海拔越高,大气压强越 。
2.(20分)如图,一根水平放置、两端开口的透明亚克力管,下部的抽气孔与抽气机相连。将一个略小于管内径的纸团置于管中,打开抽气机,在_________的作用下,两塑料片分别紧紧“吸附”在管子两端。当管内气压较低时关闭抽气机,快速弹开_________侧塑料片,纸团会从左侧管口飞出。
3. (20分)如图甲是著名的托里拆利实验装置,此时气压 (选填“大于”“小于”或“等于”)一标准大气压,将图中装置从大厦1楼移到20楼,会发现甲装置中的水银柱 ,乙装置细管中的水柱 (后两空选填“上升”“不变”或“下降”)。
4.(20分)将烧瓶内的水加热至沸腾后移去火焰,水会停止沸腾。迅速塞上瓶塞,把烧瓶倒置并向瓶底浇 (选填“冷水”或“热水”),如图所示,观察到烧瓶内的水再次沸腾,产生这一现象的原因是 。某制药厂在制药时,为了从药液中提取抗菌素粉剂,采用加热的方法使水沸腾,从而除去水分,但要求药液的温度必须保持不超过80℃,根据上述实验原理,可行的方法是 (选填“提高”或“降低”)药液表面的气压。
5.(10分)图四个场景中,下列对应现象分析科学合理的是( )
A.甲图可以自动给花供水的装置,利用的是连通器原理
B.乙图将房子的地基建造的比较宽,目的是增加地基对地面的压力
C.丙图将竖直玻璃管倾斜,水银柱的高度变大
D.丁图盖在装满水杯口的硬纸片掉不下来,是受到大气压强的作用
6.(10分)图甲所示为一款桶装水压水器,图乙是其简化示意图。用手按压上部气囊向桶内打气,桶内的水会沿导管上升从出水管流出。再按一下止水阀,会听到“嗤”的一声,导管内压上来的水立刻退回到桶内。下列有关分析合理的是( )
A.按压气囊时,桶内的气压会变大
B.按压出水时,水沿导管上升是利用了大气
C.按下止水阀听到“嗤”的一声时,桶外的空气进入到桶内
D.若压水器与水桶连接处漏气,该压水器仍能正常工作
六、板书设计:
见课堂小结
七、课后反思:
谈谈你在本节课中:
(1)收获有哪些?
(2)需要改进的有哪些?
原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!1
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