内容正文:
第二节 探究:液体压强与哪些因素有关
◇教学目标◇
知识目标
1.知道液体压强的存在。
2.理解液体内部压强的特点。
3.推导并应用液体压强公式。
4.知道连通器的原理及其应用。
能力目标
1.通过利用U形管压强计探究液体内部压强特点的过程,提高学生分析实验数据、概括物理规律的创造性思维能力。
2.通过选取“液柱”的方法来推导液体内部压强公式的过程,培养学生的抽象思维能力,引导学生领会这种研究问题的方法。
素养目标
通过长江三峡船闸的介绍,增强民族自豪感,激发学生学科学、爱科学的动机。
◇教学重难点◇
教学重点
液体内部压强的特点、连通器的特点。
教学难点
连通器的原理、液体压强计算公式及其应用。
◇教学过程◇
一、新课导入
1963年,一艘最大潜水深度为500 m的美国潜艇——长尾鲨号,由于发动机发生故障,潜水艇不断下沉,最后发生爆炸,造成了骇人听闻的重大伤亡事故。潜水艇下沉后为什么会爆炸?
二、教学步骤
探究点1 液体的压强
[阅读课本]P186~187“液体的压强”
[思考]观察图8⁃13,潜水员潜入不同深度的水中需要穿上不同的潜水服,这是为什么?
[提示]水能够产生压强,且在不同深度,水产生的压强大小不同。
[思考]观察图8⁃14,水坝为什么做成上窄下宽?
[提示]液体能够产生压强,且较深处的水产生的压强更大。
[思考]观察图8⁃15,三张橡皮膜加水前后的变化情况是怎样的?这一实验说明了什么?
[提示]橡皮膜外凸,说明液体也能产生压强。最低处的橡皮膜凸出最多,说明液体的压强与深度有关。
探究点2 实验:探究液体压强与哪些因素有关
[阅读课本]P187~189“实验:探究液体压强与哪些因素有关”
[思考]既然液体能产生压强,那么液体的压强是由什么引起的呢?
[归纳提升]液体由于受重力作用,对容器底部有压强;液体具有流动性,对阻碍液体散开的容器壁也有压强。
[提示]物理学中常用U形管压强计来研究液体的压强。
[思考]使用U形管压强计前需用手压一下金属盒口的橡皮膜,为什么?
[提示]用手压金属盒口的橡皮膜时,若U形管中两管液面出现高度差,说明该压强计没有漏气,可正常使用;否则,需把橡皮管拔下重新安装。
[思考]如何根据压强计来判断液体压强的大小?
[提示]U形管两管液面的高度差越大,橡皮膜表面受到的压强也越大。
[思考]将检查过气密性的U形管压强计的金属盒放入水中一定深度,转动金属盒,U形管两管液面的高度差会发生变化吗?这一现象说明了什么?
[提示]深度不变时,改变金属盒的方向,U形管两管液面的高度差不变,说明液体内同一深度处向各个方向的压强相等。
[思考]将金属盒放入水中不同深处,能观察到什么现象?这一现象说明了什么?
[提示]金属盒放入的深度增加,U形管两管液面的高度差增大,说明液体内的压强随深度的增加而增大。
[思考]分别用水和盐水做实验时,在同一深度处U形管两管液面的高度差如何变化?这一现象说明了什么?
[提示]深度相同,金属盒放入盐水中时,U形管两管液面的高度差大,说明液体内部的压强与液体的密度有关。
[归纳提升]液体内部压强的特点:在相同液体内部,同一深度处各个方向的压强大小相等,深度越深,压强越大;在不同液体的同一深度处,液体的密度越大,压强越大。
[思考]设想在液面下有一高度为h,横截面积为S的液柱,那么这段液柱的重力该如何表示?
[提示]设液体的密度为ρ,液体的体积V=Sh,液体的质量m=ρV=ρSh,液柱的重力G=mg=ρShg。
[思考]液柱产生的压强有多大?
[提示]液柱产生的压力F=G,则p==ρgh。
[思考]通过推导,你发现了什么?
[提示]液体的压强与受力面积无关,只与液体的深度和液体的密度有关。
[习题]背着氧气瓶的潜水员在浅海中可以长时间地停留,若要在深海中工作,就要穿抗压服了,这是由于海水的压强随深度的增加而 (选填“增大”“减小”或“不变”)。设想你在7 km深的蛟龙号潜水器中把一只脚伸到外面的水里,此时水对你脚背的压强约为 Pa。(ρ海水=1.03×103 kg/m3,g取10 N/kg)
[分析]液体的压强随深度的增加而增大;此时水对脚背的压强p=ρgh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×7000 m=7.21×107 Pa。
[答案]增大 7.21×107
探究点3 与液体压强相关的应用实例
[阅读课本]P190~192“与液体压强相关的应用实例”
[思考]观察图8⁃19、图8⁃20、图8⁃21、图8⁃22,这些装置在结构上有什么相同之处?
[提示]都可以看成不同容器的组合,且开口处与空气接触,而底部互相连通。
[小结]我们把上端开口、底部互相连通的容器叫做连通器。
[思考]观察图8⁃19、图8⁃20、图8⁃21、图8⁃22,这些图中各个容器的液面高度有什么特点?
[提示]两端开口与空气相接触的面都保持在同一水平面上。
[思考]这些容器中液面高度为什么总是保持在同一水平面上?
[提示]当液体不流动时,设想U形管下部正中有一液片A,由于液片处于平衡状态,所以两边液体对液片的压力相等,由于液片两侧的面积相同,所以液体的压强也相等,管内是同种液体,密度相同,所以液面的高度也相同。
[归纳提升]连通器的特点:静止在连通器内的同种液体,各部分直接与大气接触的液面总是保持在同一水平面上。
[阅读课本]P191~192“长江三峡水利枢纽工程中的船闸”
[思考]观察图8⁃24,说说船闸的工作过程。
[提示]如图(a),打开上游阀门A,闸室和上游河道构成一个连通器;如图(b),闸室水面上升到和上游水面相平后,打开上游闸门C,船驶入闸室;如图(c),打开下游阀门B,闸室和下游河道构成一个连通器;如图(d),闸室水面下降到和下游水面相平后,打开下游闸门D,船驶入下游。
[思考]说说船闸的工作原理。
[归纳提升]船闸是利用连通器原理工作的。通过阀门和闸门的打开、关闭,调节船闸内的水位分别与上、下游水位相平,使船经过船闸从上游驶往下游或从下游驶往上游。当上游闸门打开时,闸室与上游河道构成连通器;当下游闸门打开时,闸室与下游河道构成连通器,这样能让船只在落差较大的河面上正常、安全地行驶。
[阅读课本]P192~193“拓展一步”
[思考]帕斯卡定律的内容是什么?
[归纳提升]加在密闭液体上的压强,能够大小不变地被液体向各个方向传递。这个规律被称为帕斯卡定律。
[思考]根据帕斯卡定律的内容,推出其物理表达式。
[归纳提升]由于p1=p2,p1=,p2=,所以。
[思考]从表达式中,能否进一步说明液压机的工作原理?
[归纳提升]液压机的工作原理:两个活塞,与同一容器的液体相接触。施加于小活塞的压强被液体大小不变地传递给大活塞,大活塞便可以产生一个与其表面面积成正比的力。
[思考]帕斯卡定律研究的液体具有什么特点?
[提示]必须是密闭在连通器内的液体才具有这样的规律。
[思考]液压机的活塞有哪些作用?
[提示]活塞可以将液体密闭,同时便于施加压力。活塞还可以与杠杆相连,这样施加较小的作用力就可以顶起很重的物体。
[思考]液体压强的传递有哪些应用?
[提示]液压机、液压千斤顶等。
[习题]如图装置中,两端开口的U形管装有一定量的水,将A管稍向右倾斜,稳定后A管中的水面将 ( )
A.低于B管中的水面
B.高于B管中的水面
C.与B管中的水面相平
D.以上三种情况均有可能
[分析]A、B两管上端开口、下端连通,属于连通器,连通器无论管子的粗细、形状如何,当液体不流动时,两管中液面始终保持在同一水平面上。
[答案]C
三、板书设计
第二节 探究:液体压强与哪些因素有关
1.液体压强的存在
2.科学探究:液体的压强
(1)U形管压强计
(2)影响液体压强的因素:液体的深度、液体的密度
(3)液体内部压强的计算公式:p=ρgh
3.与液体压强相关的应用实例
(1)连通器的特点
(2)船闸工作过程
(3)帕斯卡定律及应用
◇教学反思◇
本节课首先通过生活中的一些实例,让学生体验到液体也能产生压强,从而激发学生探究的愿望,然后通过实验说明液体对容器底部和侧壁都有压强,探究“液体内部的压强”,让学生了解液体内部压强的特点。在定性探究的基础上,通过选取液柱建立理想模型的方法,推导液体压强公式,加深理解,使学生的思维从感性认识上升到理性认识。通过连通器和帕斯卡定律的介绍,让学生再次回到生活,体现从物理走向社会的新课程理念。
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