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      用自制教具探究液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系

      2019-09-05 04:20:18王超
      物理教學(xué)探討 2019年7期
      關(guān)鍵詞:自制教具深度

      王超

      摘? ?要:傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)利用微小壓強(qiáng)計(jì)研究液體壓強(qiáng)與深度的定性關(guān)系,文章利用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置可研究液體壓強(qiáng)與深度的定量關(guān)系,加深學(xué)生對(duì)液體壓強(qiáng)和深度關(guān)系的理解。

      關(guān)鍵詞:自制教具;液體壓強(qiáng);深度;定量探究

      中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? 文章編號(hào):1003-6148(2019)7-0049-3

      1? ? 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的回顧

      《液體的壓強(qiáng)》選自人教版物理八年級(jí)下冊(cè)第九章第2節(jié),常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是利用微小壓強(qiáng)計(jì)通過控制變量法和轉(zhuǎn)換法來研究液體壓強(qiáng)與深度的定性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中并不直接測(cè)量液體壓強(qiáng)的大小,而是將液體壓強(qiáng)的大小轉(zhuǎn)換為U形管液面高度差,U形管中液面高度差越大,表明該處液體壓強(qiáng)越大。

      如圖1所示,學(xué)生觀察到微小壓強(qiáng)計(jì)探頭在同一深度處分別向上、向下、向側(cè)面時(shí),U形管中液面高度差均不變,可以得出結(jié)論:液體內(nèi)部同一深度處向各個(gè)方向的壓強(qiáng)均相等。

      在課本實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生觀察到在同種液體(水)中不同深度處,U形管兩端液面高度差不同,且U形管液面高度差隨探頭深度的增加而增加。由此可以得出結(jié)論:當(dāng)液體密度一定時(shí),液體壓強(qiáng)隨深度的增大而增大[1]。

      2.2? ? 制作過程

      (1)利用有機(jī)玻璃板制作尺寸為25 cm×20 cm×25 cm的透明水槽,并在水槽底部固定四根玻璃立柱,用于固定載物盒,使載物盒能夠水平漂浮于水面,不會(huì)因重力不均勻而傾斜;

      (2)利用有機(jī)玻璃板制作尺寸為10 cm×10 cm×10 cm的載物盒,并在載物盒中央安裝一根豎直玻璃管,玻璃管內(nèi)徑比待加入的砝碼直徑稍大;

      (3)用AB膠在載物盒左右兩側(cè)粘上兩只空心圓筒,使圓筒能夠順著兩側(cè)的玻璃立柱上下滑動(dòng),實(shí)驗(yàn)時(shí)筆者在玻璃立柱與圓筒之間涂抹了少量甘油作為潤(rùn)滑劑用于減小摩擦;

      (4)在載物盒的一個(gè)側(cè)面貼上有長(zhǎng)度刻度的貼紙,可以用于測(cè)量載物盒浸入水中的深度。

      除以上需自制的器材外,實(shí)驗(yàn)演示過程中還需要鑷子、質(zhì)量為100 g的砝碼(5個(gè))、甘油等。

      3? ? 教學(xué)中教具的使用

      3.1? ? 實(shí)驗(yàn)演示過程

      (1)在載物盒左右的空心圓筒中涂滿甘油,將載物盒兩側(cè)的空心圓筒套入固定立柱,水平浸入水中,最終處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)載物盒的質(zhì)量為200 g,記錄此時(shí)載物盒底部浸入深度2.10 cm(0.0210 m);

      (2)用鑷子添加第一個(gè)100 g砝碼,此時(shí)載物盒總質(zhì)量為300 g,記錄載物盒靜止時(shí)底部浸入深度為3.10 cm(0.0310 m);

      (3)用同樣的方式再依次加入三個(gè)100 g的砝碼,使載物盒的總質(zhì)量分別為400 g、500 g、600 g,對(duì)應(yīng)的深度分別為4.00 cm(0.0400 m)、5.10 cm(0.0510 m)、6.20 cm(0.0620 m),如圖4;

      (4)取出載物盒和砝碼,整理實(shí)驗(yàn)器材,實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

      3.2? ? 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

      (1)利用表格分析p-h的關(guān)系

      為了方便學(xué)生觀察p-h之間有怎樣的定量關(guān)系,對(duì)于壓力F和液體壓強(qiáng)p筆者用表1的形式記錄。填寫完畢后請(qǐng)學(xué)生觀察表格數(shù)據(jù),嘗試尋找p-h的倍數(shù)關(guān)系。

      (2)利用圖像分析p-h的關(guān)系

      為了更直觀地反映二者之間的關(guān)系,筆者為學(xué)生提供了坐標(biāo)紙,請(qǐng)學(xué)生將得到的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中描點(diǎn)作圖,觀察并總結(jié)得出p-h的關(guān)系。學(xué)生完成后,教師用Excel軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),學(xué)生觀察該過程,將自己的結(jié)論與老師的做對(duì)比,如圖5。

      通過分析圖像關(guān)系,引導(dǎo)學(xué)生得出在水中液體壓強(qiáng)與深度的定量關(guān)系:當(dāng)水的密度一定時(shí),液體壓強(qiáng)與深度成正比。

      用同樣的方法可以引導(dǎo)學(xué)生利用不同的液體進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別觀察不同液體中液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系。

      綜上所述,可以得出普遍結(jié)論:當(dāng)液體的密度一定時(shí),液體壓強(qiáng)與深度成正比。同時(shí),還可以引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論:對(duì)于密度不同的液體在同一深度處,液體密度越大,壓強(qiáng)越大。

      4? ? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)反思

      受托里拆利實(shí)驗(yàn)的啟發(fā),該教具利用固體壓強(qiáng)來測(cè)量液體壓強(qiáng)的大小,原理簡(jiǎn)單易懂,現(xiàn)象明顯,數(shù)據(jù)信度、效度高;同時(shí)制作簡(jiǎn)單,形象直觀,具有可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn),可作為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)使用,能夠有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理的能力。仍需改進(jìn)的地方是可設(shè)法減小載物盒與固定立柱之間的摩擦力,使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

      參考文獻(xiàn):

      [1]人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)下冊(cè)[M].北京:人民教育出版社,2012:33-35.

      [2]劉貴毅. 液體壓強(qiáng)和深度關(guān)系實(shí)驗(yàn)器的改進(jìn)[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備,2002(4):13.(欄目編輯? ? 王柏廬)

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