8.2 液体压强 教学设计 2024-2025学年北师大版物理八年级下册

课时教学设计 课题 液体压强 一、教学内容分析 本节由“液体压强的特点”和“液体压强的大小”两部分内容构成。《义务教育物理课程标准(2022年版)》对液体压强增加了“探究并了解液体压强与哪些因素有关”的内容要求,其中既有对实验探究的要求,又有对知识方面的要求。液体压强的知识综合性较强,是密度、重力、平衡力和压强的概念与应用的进一步拓展,同时为后面连通器、大气压强、浮力等知识的学习奠定基础。学生对本节内容的理解影响着后续内容的学习。 二、学习者分析 (一)知识基础 学生通过之前的学习,积累了密度、重力、平衡力等相关知识,尤其是对“压强”的学习,为本节的学习打下了理论基础。 (二)学科能力 学生具备一定的动手实验的能力和运用知识解决简单问题的能力,基本能够运用观察、分析、归纳、比较等科学方法对新知识进行探究。在教师的引导下,学生可以通过小组实验,分析讨论、归纳出液体压强与哪些因素有关,能够运用液体压强的特点解释生活中相关的实际问题。 (三)认知特点 八年级学生对事物的认识正处于从感性认识到理性认识的转变阶段,分析、推理、归纳等能力仍处于发展阶段。虽然生活中有很多与液体压强相关的实例,但学生可能最先想到的是力,而不会想到压强。因此在教学中,需要通过知识迁移,根据已学的固体间相互作用产生压强类比液体压强,再结合生活实例、教师演示实验和学生分组实验等活动丰富学生对液体压强特点的感性认识。然后,运用“假想液柱”模型推导出液体压强与液体深度、液体密度的定量关系。这部分内容较抽象,需要引导学生在探究液体压强特点的基础上进行分析,实现认知升级。 三、学习目标 1.通过观察与分析,知道液体对容器底部和侧壁都有压强。 2.通过探究液体压强特点的实验过程,认识液体压强与液体深度和密度的关系,会使用微小压强计。 3.通过实验探究,体会物理实验是研究问题的重要方法,提高分析实验数据、归纳物理规律的思维能力。 4.通过构建“假想液柱”模型,并结合演绎推理得出液体压强公式,培养利用构建模型的方法解决物理问题、进行科学推理的能力。 5.认识液体压强在生产生活、科技、军事等领域的应用。了解奋斗者号的深潜成就,激发爱国情怀,增强社会责任感和使命感。通过帕斯卡“裂桶实验”,激发学习兴趣。 四、学习重难点 重点:探究液体压强与哪些因素有关。 难点:液体压强公式的推导;运用液体压强特点和液体压强公式解决实际问题。 五、学习评价设计 核心素养 具体描述 评价等级 物理观念 通过观察现象,认识液体压强的存在 科学思维 在实验探究过程中能以实验现象为依据,归纳、推理、分析出液体压强与液体深度、液体密度的关系。通过分析实验数据概括物理规律,体会物理实验是研究问题的重要方法 用“假想液柱”模型推导出液体压强公式,初步了解假想模型法的研究思路 科学探究 通过生活实例和实验探究,感知液体内部存在压强 在“探究液体压强与哪些因素有关”的过程中,能制订实验方案,设计实验表格,通过实践操作获取证据,有证据意识。能对科学探究的过程和结果进行交流、评估、反思 科学态度 与责任 利用液体压强知识解释生活中的现象,将生活实例与物理知识充分联系,体会物理在日常生活中的作用。了解奋斗者号涉及的压强知识,体会物理对科技强国的推动作用,提升民族自豪感,树立科技强国的使命感 了解帕斯卡“裂桶实验”,激发对物理学习的兴趣 六、学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一:情境引入 教师活动1 问题1:将一个空杯子放到桌面上。请同学们结合学过的知识,思考、讨论并回答:杯子会对桌面产生压强吗? 问题2:向空杯子中加入水。装在杯子里的水对杯子底部会产生压强吗?水对杯子侧壁会产生压强吗? 学生活动1 学生结合学过的压强相关知识回答问题。 交流讨论,进行猜想:液体对容器底部和侧壁会产生压强。 活动意图说明: 液体压强是对压强概念的延伸。对于液体压强,学生会感到这一概念比较抽象。因此可以通过类比固体间相互作用产生压强来学习液体压强。先将空杯子放到桌面上,学生结合刚刚学过的压强知识,可知杯子对水平桌面有压强。再向空杯子中加水,引导学生思考液体对容器底部和侧壁是否也会产生压强,锻炼学生的知识迁移能力。通过向杯中加水的操作,吸引学生的注意,问题层层递进,激发学生的好奇心和探索问题的欲望。 环节二:液体压强的特点 教师活动2 教师引导:我们很难直观地观察到液体对容器底部和侧壁产生压强。在压强概念的基础上,同学们是否能结合学过的力的作用效果相关知识,设计方案,把液体对杯子的作用效果反映出来? 演示实验:向容器中加入水后,请同学们观察蒙在容器底部和侧壁的橡胶膜的凸起情况。 问题1:类比固体对水平桌面产生压强的原因,思考:为什么水会对容器底部产生压强? 问题2:如果没有侧壁,水会怎么样?请同学们讨论并回答水对容器侧壁产生压强的原因。 实践活动:液体内部是否也存在压强?同学们能否利用一次性塑料手套、杯口蒙上橡胶膜的玻璃杯、吸管等物品设计实验,验证猜想。 展示实验仪器:我们也可以利用微小压强计来探究液体内部是否存在压强。 请同学们自学教科书中对微小压强计的介绍,并回答:微小压强计的哪个部分用来感知外界的压强?微小压强计怎样显示液体压强的大小? 实验活动:给每个小组提供一个微小压强计,动手探究液体内部是否存在压强。 学生活动2 学生回忆固体相互作用产生压强和力的作用效果等知识,交流讨论,提出解决方案:杯子的底部是玻璃材质,难以看出液体的作用效果,可更换容器,容器底部使用容易发生形变的材质。容器侧壁可以采用相同的方法。 学生观察橡胶膜的凸起情况。 学生讨论交流:回顾固体对水平桌面产生压强的原因,凭借生活经验,小组讨论,交流分享水对容器底部和侧壁产生压强的原因。 学生利用一次性塑料手套、杯口蒙上橡胶膜的玻璃杯、吸管等物品设计实验。 学生分组实验: 1.在手上套上一次性塑料手套,将手慢慢伸入水中,塑料手套紧贴在手上,说明液体内有压强。 2.将杯口蒙上橡胶膜的玻璃杯倒置,缓慢放入水中,发现橡胶膜发生了凹陷,说明液体内有压强。 3.用吸管向水中吹气,比用吸管向空中吹气费劲一些,说明液体内有压强。 学生阅读教科书中对微小压强计的介绍,回答问题。 学生小组实验:各小组利用微小压强计进行实验,验证液体内部压强的存在。 活动意图说明: 引导学生凭借学过的知识和生活经验,猜测液体对容器底部和侧壁存在压强及其产生原因。教师对学生的猜想给予肯定,培养学生的观察与推理能力。从固体压强过渡到液体压强,液体内部是否存在压强是学生遇到的第一个难点,从压力的作用效果入手,循序渐进,帮助学生超越最近发展区,帮助学生理解液体压强产生的原因。注重让学生亲身体验,通过多样的学生活动,从不同角度呈现液体内部存在压强这一事实,充分体现了在做中学,在做中思。引导学生想到利用橡胶膜等易于发生形变的材质来显示液体压强的存在,这不仅为后面理解微小压强计的原理打下基础,也培养了学生的物理思维。学会使用工具是进一步探究的客观需求,要求学生自学微小压强计的使用方法,通过问题的设置,引导学生从观察橡胶膜的形变感知液体压强的存在,过渡到通过U形管两侧液面的高度差来反映液体内部压强的大小,进一步提高学生的物理思维。 环节三:探究液体压强与哪些因素有关 教师活动3 请同学们阅读教科书中的“拓展阅读”部分,尝试回答:海水对奋斗者号的压强为什么那么大?潜水员为什么要穿潜水服,尤其是在深海中?引导学生猜想液体压强可能与哪些因素有关。 问题:根据同学们的猜想可知,液体压强可能与多个因素有关,我们在进行实验探究时需要运用什么实验方法呢? 实验活动:请学生根据猜想,设计实验方案和实验表格,教师给予适当指导。将学生分为不同的小组,使用微小压强计探究液体压强与哪些因素有关,强调实验过程中需要及时记录数据,实验结束后请学生分析数据、交流讨论,并总结实验结论。 学生活动3 学生根据生活情境,交流讨论,猜想液体压强可能与深度、液体密度、方向等因素有关。 学生讨论,得出实验方法:控制变量法。 学生小组实验:在教师的引导下,与小组成员交流讨论,设计实验方案和实验表格。小组合作进行实验,记录实验数据,分析实验数据,归纳总结,得出实验结论。 活动意图说明: 学生阅读“拓展阅读”后,教师设置问题,启发学生思考,为学生提供足够的猜想空间,引导学生根据经验和已有知识,针对问题作出合理的猜想和假设。“拓展阅读”体现了我国在海洋技术领域强大的综合实力,培养学生科技强国的意识,激发学生的民族自豪感。在实验活动中,引导学生关注初中物理中重要的实验探究方法——控制变量法。此外,要求学生设计实验方案及实验表格,锻炼学生设计实验方案与实验表格的能力。强调及时记录数据,保证实验数据的真实性,培养学生养成及时记录实验数据的习惯和实事求是的科学态度。通过小组讨论、分析数据、得出结论的过程,培养学生根据实验数据分析概括物理规律的思维能力。安排学生分小组进行探究实验,使学生经历实验结论的生成过程,增强感性认识,深化理性理解,突出学生的主体作用。 环节四:液体压强的大小 教师活动4 教师引导:通过以上实验探究,我们得到了液体内部压强的规律。那么,液体在某一深度的压强究竟有多大?我们该如何定量地计算出液体内部压强的大小呢? 构建“假想液柱”模型:液体压强是压强概念的延伸。我们可以尝试采用建立理想物理模型的方法,从液面沿竖直方向选取一个圆柱形的液柱作为研究对象。推导液体内部的压强公式。 演示实验:为了帮助学生更好地理解“假想液柱”模型,教师进行演示实验。将内部盛有水、下端蒙有橡胶膜的玻璃管缓慢竖直地放入盛有水的透明容器中。 教师引导:橡胶膜发生了怎样的变化?在此过程中重点引导学生观察当橡胶膜变为水平时,玻璃管中水的自由液面和容器中水的液面是怎样的关系。橡胶膜最后变为水平说明了什么?能否尝试对液柱进行受力分析? 请同学们根据“假想液柱”模型,结合已学过的压强的定义式以及质量、密度、重力、二力平衡等知识,尝试推导液体内部压强公式。(教师根据学生的实际情况给予适当的指导。) 学生活动4 学生交流讨论。 学生观察实验现象。 学生根据现象回答:橡胶膜向外凸出的程度越来越小,直到变为水平。此时,玻璃管中水的自由液面和容器中水的液面相平。 学生经讨论得出:此现象说明液体对橡胶膜的内、外产生的压强相等。液柱受到的向下的力(液柱所受的重力)和向上的力(容器中液体对液柱向上的压力)大小相等。 学生交流讨论,推导出液体压强公式:p= gh。 活动意图说明: 通过演示实验,学生可以直观地观察到橡胶膜的变化,感知并理解橡胶膜的受力情况,让学生的思维逐渐过渡,为理解“假想液柱”模型打下基础。学生利用本节学到的理想物理模型,结合已学知识,推导出液体压强公式。为了降低难度,把整个推导过程进行分解,培养学生的抽象思维能力和严谨的科学研究态度,训练学生思维的逻辑性,同时也让学生知道假想模型这一物理中常用的研究方法。由于这一方法抽象程度较高,学生的思维能力有限,所以在此过程中教师应给予适当的指导和肯定,提高学生思考问题的积极性,培养学生对科学的钻研精神。 环节五:课堂小结,课堂练习 教师活动5 问题1:通过今天的学习,你有哪些收获可以和大家一起分享? 问题2:我国自主研发的奋斗者号全海深载人潜水器,成功下潜到海下10 909 m,创造了中国载人深潜的新纪录。( 海水取1.03 103 kg/m3,g取10 N/kg) (1)在10 909 m深处,海水对奋斗者号产生的压强是多少? (2)在10 909 m深处,奋斗者号表面1 m2面积上海水产生的压力是多少? 学生活动5 学生总结: 1.液体压强的特点 (1)液体内部各处都存在压强。 (2)在液体内部同一深度处,各个方向的压强相等。 (3)液体内部的压强随深度的增加而增大。 (4)液体内部的压强跟液体的密度有关。 2.液体压强计算公式:p= gh。 学生利用液体压强公式计算: (1)p= 海水gh =1.03 103 kg/m3 10 N/kg 10 909 m =1.123 627 108 Pa。 (2)F=pS =1.123 627 108 Pa 1 m2 =1.123 627 108 N。 活动意图说明: 总结提升,帮助学生梳理本节在核心素养各维度的收获。得出液体压强公式后,通过习题加强学生对公式中各物理量的理解,培养学生灵活运用公式解决问题的能力。学生通过计算得到奋斗者号下潜到海下10 909 m时所受的压强和压力,会对奋斗者号取得的成就由衷地赞叹,引导学生了解深海探索道路的艰辛,树立科技强国的远大理想。 七、板书设计 第二节 液体压强 八、特色学习资源分析、技术手段应用说明 设计特色学习资源分析:液体压强的概念比较抽象,学生缺乏感性认识。通过引导学生利用橡胶膜等易于发生形变的材质来显示液体压强的存在,培养学生的物理思维。要求学生自学微小压强计的使用方法,通过回答教师设置的问题,引导学生从利用橡胶膜感知液体压强到利用微小压强计探究液体内部压强的特点,培养并提升学生的物理思维。 技术手段应用说明:在教学实践中,在实验探究环节和内容呈现中融合了信息技术,提升了课堂教学效率。学生分小组完成实验探究,探究液体内部压强与哪些因素有关。为了配合展示实验效果,用展台通过摄像头进行投屏,提升视觉效果,有利于学生增强感性认识,理解新知。在电子屏幕上分享学生推导液体压强公式的过程,既便于学生之间讨论交流,也便于教师及时对学生的推导过程给予评价。在内容呈现方面,主要利用课件辅助课堂教学,让学生更容易理解所学知识。 九、教学反思与改进 在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中,注重科学探究,充分发挥学生的主观能动性。学生动手实验,增强对液体压强的感性认识,深化对液体压强的理性理解。通过小组实验,培养学生交流合作的能力,强化学生根据实验数据归纳总结实验结论的能力。引导学生运用“假想液柱”模型分析受力情况,把推导液体压强公式的过程分解成多个环节,突破思维难点。教科书的“拓展阅读”部分体现了我国在海洋技术领域强大的综合实力,有利于提升学生的民族自豪感,树立科技强国的使命感。 本节课堂上没有介绍帕斯卡“裂桶实验”,为培养学生的动手能力,激发学生的学习兴趣,这一部分将在作业中留给学生完成。 十、课时作业 (一)设计意图 本节共设计6道题,题型包括选择题、计算题、简答题。第1题,帮助学生将液体压强的知识灵活应用于生活实际。第2题,对液体的“深度”和“高度”进行区分,使学生对液体深度的含义有更深刻的理解。第3题,通过理解液体压强随深度变化的图像,锻炼学生通过图像解决物理问题的能力,建立通过“数、理、形”相结合的方法解决问题的思想。第4题,提高学生计算固体压强、液体压强的能力,强化学生对物体相互作用产生压强和液体压强公式的理解。第5题,让学生了解帕斯卡“裂桶实验”,提升学生的物理学习兴趣。第6题为选做题,让学生利用生活中的物品模拟帕斯卡“裂桶实验”,激发学生的学习兴趣,培养学生的动手能力。 (二)作业内容 1.受台风影响,多地迎来强降雨天气。为做好防汛减灾工作,水库开闸放水。如图所示,打开水坝的闸门时,液体压强使坝底的水奔流而出,决定坝底水的压强大小的是( )。 A.坝的宽度 B.水的体积 C.水的深度 D.坝的高度 2.如图所示,容器中盛有某液体,pA、pB、pC分别表示A、B、C三点处液体的压强,则( )。 A.pA=pB=pC B.pA=pB>pC C.pA>pB>pC D.pA=pB<pC 3.如图是甲、乙两种液体内部的压强与深度的关系图像。设液体甲的密度为 甲,液体乙的密度为 乙,则 甲、 乙的大小关系是( )。 A. 甲= 乙 B. 甲> 乙 C. 甲< 乙 D.无法确定二者的大小关系 4.水质检测部门抽查某小区饮用水的质量情况,抽取1 000 mL的饮用水作为样品,装在底面积为60 cm2的平底烧瓶中,如图所示,水的深度为10 cm,烧瓶放置在表面积为50 dm2的水平桌面上。容器重2 N,厚度可忽略不计,求:(g取10 N/kg) (1)水对烧瓶底的压力。 (2)桌面所受的压强。 5.小惠通过查阅资料,了解到法国科学家帕斯卡在1648年做了一个实验。如图,在一个封闭的木桶内装满水,从桶盖上插进一根细长的管子,管子与桶盖之间密封。他从楼房的阳台上向管中灌水,只用了几杯水,就把桶撑裂了。此现象说明什么? 6.(选做)根据上题题干,用矿泉水瓶、水、插有长玻璃管的橡胶塞、小刀等物品模拟帕斯卡的实验。 (三)参考答案 1.C 2.D 3.B 4.(1)h=10 cm=0.1 m, 水对烧瓶底的压强为 p水= 水gh=1.0 103 kg/m3 10 N/kg 0.1 m=1 000 Pa。 水对烧瓶底的压力为 F瓶底=p水S=1 000 Pa 60 10−4 m2=6 N。 (2)水的重力为 G水=m水g= 水Vg=1.0 103 kg/m3 1 000 10−6 m3 10 N/kg=10 N。 烧瓶对桌面的压力等于水的重力与容器重力之和, F=G水+G容=10 N+2 N=12 N。 桌面所受的压强为 p===2 103 Pa。 5.几杯水的体积很小,所受的重力也很小。但是将几杯水装在细长的管子中,管中水柱的高度很高,木桶中的水到水面的距离很大。根据公式p= gh可知,木桶所受的压强很大,从而被撑裂。此现象说明液体压强跟液体的深度有关。 6.略(参考实验操作:用小刀在一个矿泉水瓶的侧壁上划出整齐、竖直的细长刀口,刀口不能太多,以保证矿泉水瓶装满水后不漏水。用插有长玻璃管的橡胶塞封好装满水的矿泉水瓶,缓慢地向玻璃管中加水。水柱升高,压强增大,矿泉水瓶侧壁上的刀口被撑开,水从侧壁流出。) - 12 - - 59 - 学科网(北京)股份有限公司 $$