神奇的液压千斤顶-液体压强的应用

神奇的液压千斤顶——液体压强的应用张家港市梁丰初级中学沈芙莲各位专家评委：大家好！我是来自张家港市梁丰初级中学的沈芙莲。我说课的课题是《神奇的液压千斤顶——液体压强的应用》。下面我将从以下六个方面进行阐述。课标解读和教材分析2022年版《物理课程标准》提出了义务教育物理课程要与小学科学和高中物理课程相衔接。提出了“以主题为线索，构建课程结构”的理念，注重“知行合一、学以致用”。新增的“跨学科实践主题”，侧重体现物理学与日常生活、工程实践、社会发展等方面的联系，在此过程中，我们发展学生跨学科运用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手操作的实践能力，培养学生认真积极的学习态度和乐于实践敢于创新的精神。在目前全国的初中物理教材中，只有沪科版教科书提到了帕斯卡定律，但也没有明确的实验探究过程。在高中物理教材中也没有涉及帕斯卡定律的内容，但高中教师常常默认学生在初中已经学习过帕斯卡定律，他们将帕斯卡定律的内容直接告知学生进行运用。这里就出现了初高中衔接上的真空。我设计的跨学科主题学习就是对初高中物理教材内容的一个补充，是对液体压强的深度学习与实践应用。实验设计思路以“神奇的液压千斤顶”为主题，开展工程实践方面的跨学科实践学习，主要涉及以下五个环节。实验器材设计了系列化的实验，用到的主要实验器材有：“四两拨千斤”装置、全透明放大版液压千斤顶模型、“针筒比力”装置、帕斯卡定律演示仪、改良液压千斤顶等。以上装置均为原创设计的自制教具。实验教学目标立足新课程标准和跨学科实践要求，我们设计了以下实验教学目标。物理观念目标1.通过观察和体验，认识液压千斤顶的实际作用及其内部结构；通过实验探究，知道液体能大小不变地传递压强，知道液体传递的压力的大小与受力面积有关；3.通过观察和手工制作，了解液压传动装置在生活和工程中的实际应用。科学思维目标1.通过对液压千斤顶透明模型的观察和使用，学会用物理模型分析物理问题，发展模型构建思维的能力；2.通过针筒比力、帕斯卡定律实验探究，发展推理和概括能力，3.通过设计千斤顶的活动，发展观察力、创造力和解决问题的能力。（三）科学探究目标通过针筒比力、帕斯卡定律实验探究，总结得出帕斯卡定律，发展基于证据得出结论并作出解释的能力。（四）科学态度与社会责任目标1.在探究液体传递压力和压强规律的过程中，形成严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度；2.通过了解液压传动装置在工程中的实际使用情况，懂得创新始于实践，培养对工程技术的兴趣，体会物理学对工程技术发展的促进作用，激发社会责任感。五、实验教学流程和创新1.用大型教具引入新课：“四两拨千斤”实验让三名重量级的学生站在长木板上，一位同学尝试直接将木板的一端抬高，不能成功，但当他使用液压千斤就可以很轻的将三人抬高十几厘米。小小的液压千斤顶可真神奇，能很轻松的顶起重物。“四两拨千斤”实验通过创设情境，能够让学生最直观的感受到千斤顶的神奇，瞬间勾起学习的兴趣。2.构建物理模型：观察和使用全透明放大版液压千斤顶模型要研究液压千斤顶的原理，需要先了解它的结构，放大版的透明模型，把难以直接观察的液压千斤顶的内部结构，一目了然的展示出来，学生通过对模型的观察和使用，对液压千斤顶就有了基本的认识，很容易抓住重点：是液体在传递压力，使小力变成大力。透明模型能帮助学生更准确的把握到机械的本质特征。我们希望在课堂中能向学生渗透“用物理模型分析物理问题”的意识，这也是新课标对学生科学思维发展的重要目标。3.进一步简化模型：针筒比力器实验通过对透明模型的观察，学生提出了：“液体能不能传递压力的问题？”用针筒制作千斤顶，推针筒的小活塞，大活塞也会向另一侧运动，说明液体能传递压力。续追问：“液体传递的压力大小相等吗？”这时我设计让学生分两步进行研究，第一步，先定性的感受，比一比谁能先把活塞推到底端，同学们发现，每次都是推小活塞的一方胜利，说明液体对大小活塞的力可能不相等。第二步，引导学生定量研究，用指针式推拉力计分别推动大小活塞做匀速直线运动，测量出大小活塞受到液体压力的大小。从而提出新的问题：“液体能否传递压强？传递的压强大小相等吗？”人的感觉往往并不可靠，想要得到准确的结论需要进行科学的测量。“针筒比力”是对模型的进一步简化，定性和定量研究相结合，培养学生严谨求真的科学态度。4.探究实验：帕斯卡定律演示仪“液体能不能传递压强”是本节课的重点和难点。首先请学生观察帕斯卡演示仪，安装了三个压强计。向透明容器中加满水，与针筒连接，形成一个密闭的液体系统。推动活塞，给液体增加一个压强，三个u形管左右液面的高度差都变大了，说明液体能传递压强。对与液体传递的压强大小是否相等的问题，学生通过讨论提出：可以数格子算出三个压强计液面高度差的变化量来比较，我们认为是可行的，但不够直观。要将压强的变化量直观显示出来，我们设计将压强计重新“调零”，取下橡皮管重新安装，这时三个压强计左右液面就向平了。再次推动活塞，这时压强计左右液面的高度差就反映的是不同位置液体压强的增加量。三个压强计左右液面的高度差相等，说明处在密闭液体不同深度、不同方向上的橡皮膜收到液体压强的增加量相等，从而归纳得出帕斯卡定律。帕斯卡定律的学习有助于液体压强知识之间的衔接,帮助学生构建更加完整的知识体系。接下来请学生尝试用帕斯卡定律解释针筒比力实验，推导帕斯卡定律的公式，加深对知识的理解和认识，发展学生能力。5.应用与实践：设计并组装简易液压千斤顶生活中的液压千斤顶要比针筒比力复杂的多，我们通过“问题串”引导学生理清设计液压千斤顶的思路。问题1：“只要松手顶起的重物就会落下，该怎么办？”问题2：“重物被顶起的高度不够，该怎么办？”问题3：“顶起的重物要落下，该怎么办？”“问题串”引导学生运用学科概念和工具，解决真实情境中的问题，学习“像学科工程师一样思考与行动”。6.实践与评价通过播放液压千斤顶的视频和图片加深对生活中的液压千斤顶的了解，增强对工程机械的兴趣，增强民族自豪感和责任感。通过组装动手组装简易千斤顶并进行调试，体验学习成功的快乐。在此过程引导学生进行积极的讨论、交流、实验、反思和评价，评价的过程包含学生自评和组内互评，评价的内容包含课堂评价和跨学科实践评价。其中，课堂评价包含提出问题、实验操作、根据实验现象分析获得结论三方面；跨学科实践评价包含实验分析评价的体会与成长、完成实践性作业情况两方面。课堂评价评价内容评价标准自评组员1组员2组员3组员4组员51.提出问题2分：能提出具体的且有价值的问题，可以通过科学探究来寻找答案。1分：能提出有价值的问题，但表述上有欠缺。2.实验操作2分：能按照讨论的实验方案，有明确的操作，动手参与实验，实验操作无误。1分：能根据分工较好的完成实验操作。3.根据实验现象分析获得结论2分：能分析大部分实验数据及现象并据此得出正确的实验结论。1分：正确记录、分析大部分实验数据，结论有微小错误，无原则性错误。跨学科实践评价1.实验分析评价的体会与收获2分：能真实的表达此次实验的体会，并且有对此类活动的想法、评价，有建设性建议。1分：有对此次实验的体会与对此类活动的评价。2.完成实践性作业2分：会运用多学科知识和跨学科思维分析问题，能提出合理可操作的方案。1分：会运用多学科知识和跨学科思维分析问题，但不能提出可操作的方案。实验教学创新——帕斯卡定律演示仪演示仪可以直观的将液压千斤顶的原理展示出来，设计上增加了压强计的数量，三个U形管能直接的反映出不同位置液体压强的变化量，从而说明密闭液体能等大的传递压强。为了保证实验的效果，该装置注重细节上的创新，如透明容器顶部安装的金属盒压强计能显示出液体压强的变化值，用于定量研究；用铜丝缠绕成的弹簧状，安装在压强计橡胶管与玻璃管的连接处，防止橡胶管弯折，使气体的通过更加顺畅；密闭容器和针筒内水的颜色深浅不同，当给液体增加压强时，学生就能够观察到到液体被压进容器内的实验现象。通过对液压千斤顶结构和原理的观察和探究，培养学在跨学科实践中找出影响活动成效主要因素的能力，发展运用简单模型解决问题能力；培养利用归纳或演绎的方法对跨学科问题推理，获得结论能力等。实验教学与反思1.跨学科实践课题的选择具有综合性、实践性，主线清晰，重点难点突出。以“神奇的液压千斤顶”为主线，开展跨学科实践活动。紧紧围绕“液体能传递压力和压强”这个重点组织活动和教学，帕斯卡定律演示仪能直观展示帕斯卡定律，突破了教学难点。2.探究教学以“问题解决”为导向，具有“任务驱动”特质，探究行为对学生能力的培养具有层递性。以问题的解决过程为线索设计方案，将跨学科实践的课题分解为五个