液体的压强创新实验及教学设计

《液体的压强》说课文稿石家庄市第十七中学黄元元使用教材人教版初中物理八年级下册第九章第二节《液体的压强》第一课时实验器材常规仪器：微小压强计、圆柱形玻璃水桶、铁架台、水、盐水、硫酸铜溶液、洗涤灵、底面积不同的圆柱水桶3个、底部封有橡皮膜的细圆柱筒（一长一短）演示器材组（如图1）：圆柱管（不同高度打孔）、水箱（侧壁、顶部挖洞并封有橡皮膜）、上端与玻璃管相连的塑料瓶。图1学生器材组（如图2）：保鲜袋（或一次性手套）、吸管、扎有小孔的球形瓶。图2创新器材组（如图3）：液体压强数字压差计、探究液体压强与液体重力关系的自制教具--可压缩桶、探究液体压强与容器形状关系的软瓶器材组。图3实验创新要点创新1：采用“数字压差计”代替“U形管”，将数字压差计与探头相连，可以直接测量出探头所受压强大小。经检验，在水下0.5米以内，测得压强数据相对误差小于2.55%，准确度高。但受橡皮膜形变限度的影响，该装置测量深度过大会导致误差增大。值得注意的是，测出的数据整体比真实值偏小，这是因为薄膜受到液体压强后向内凹，所受液体压强大于气室内的气压。为了减小误差，我选用容易形变的薄橡皮膜并且固定时避免绷的太紧。利用数字压差计操作方便、数据采集省时高效，实现从定性探究到定量探究的跨越。创新2：利用“软塑料瓶”代替硬质容器，探究液体压强与容器形状的关系。通过手捏软塑料瓶身不同位置改变容器形状，一定量的水保证液体重力不变，绳结标记确保液体深度一定，U形管液面高度差显示压强是否变化。在保证其他因素均不变的基础上实现形状的随机改变。帮助学生解决探究容器形状因素时难以控制变量的问题。创新3：利用透明圆柱筒和可压缩塑料桶相连接，底部封上橡皮膜自制教具，利用该装置加水后通过压缩前后薄膜对比展现相同的液体重力可以产生不同的液体压强、保证薄膜凸起程度相同情况下加水前后液体重力对比对比展现不同的液体重力可以产生相同的液体压强，引导学生探究液体压强与液体重力关系。四．实验设计思路义务教育课程标准提倡联系生产生活实际创设学习情境，本节课以“奋斗者”号为情境贯穿始终，引出感受、探究、推导液体压强三大板块为载体层层递进，以鲜活案例引导学生理性思考。强调注重科学探究，灵活选用教学方式突破学生思维难点，我以系列探究实验为抓手，通过7个演示实验、4组学生实验、以及3组创新实验确保学生参与的主动性，搭建最近发展区，突破理解瓶颈，发展学生核心素养。亮点1：以“奋斗者”号研发面临的巨大挑战是什么提出问题引入新课，通过四个学生动手实验感受液体内存在各个方向的压强。亮点2：在教材定性研究的基础上，加入定量研究，采用数字压差计代替U形管探究液体压强与深度、液体密度的定量关系，得到数据后画出图像，加深学生的认知能力。亮点3：在课本中探究液体压强和方向、深度、液体密度的关系之外，又拓展了三组创新实验。1.利用软塑料瓶、U形管液体压强计、系有黄色绳结的重锤线，水探究液体压强与容器形状的关系。2.利用自制教具“压缩桶”，探究液体压强与液体重力大小的关系。3.利用3个底面积不同的圆柱水桶，保证深度相同、容器形状相同、液体密度相同，探究探究液体压强与容器底面积的关系。逐个实验现场演示和操作，帮助学生理解决定液体压强大小的因素只有深度和液体密度。教学的核心是思维，学生的学习需要思考。为了培养学生思维，教会学生思考。组织学生围绕控制变量法设计实验探究液体压强与其他因素（容器形状、液体重力、有容器底面积）的关系，展示方案、分析不足、反思改进、实验创新，让学生在思辨中解决实验设计遇到的难题。利用自制教具和推导之前的“薄膜变平”实验，为学生搭建最近发展区，突破理解瓶颈。五．实验教学目标物理观念：理解液体内各个方向都存在压强，探究得到液体压强与哪些因素有关，能够推导液体压强公式。科学思维：基于观察提出猜想，根据实验现象得出液体压强的产生原因以及影响因素，建构物理模型推导液体压强。科学探究：利用控制变量法设计实验探究液体压强的影响因素，获得液体压强与深度和液体密度之间的关系。科学态度与责任：认识液体压强在生活、生产科技及军事领域的应用，了解“奋斗者号”的深潜信息，激发学生爱国情怀，增强社会责任感和使命感。实验教学内容感受液体内各个方向都存在液体压强并理解产生原理。探究液体压强与方向、深度、液体密度、容器形状、液体重力、容器底面积等因素是否有关，并进一步探究液体压强与深度和液体密度之间的定量关系。探究液体压强的大小如何计算。七．实验教学过程（一）导入新课教师展示展示“高低水柱”实验如图4，引发思考：水柱有什么不一样？（学生清晰直观的看到越高的小孔水柱喷出弯曲程度越大。）图4教师追问：海洋的不同深度处，又有怎样的世界？播放“海洋深处”视频。（观看视频，初步形成猜想：水中存在压强，并且越深的地方压力/压强越大。）提问：“奋斗者”号在研发过程中面临的巨大挑战是什么？这就是我们今天要学习的内容。进行新课感受液体压强①通过四个学生活动认识液体内各个方向都存在液体压强，如图5。图5②通过演示实验理解液体压强的产生原因如图6。水瓶装水自由下落过程模拟水不受重力，验证液体压强的产生原因。图6（学生观察到水柱消失现象，分析论证，得出液体压强的产生原因——液体受重力且具有流动性。）探究液体压强①提出猜想提问：海水对“奋斗者号”的压强为什么这么大？演示实验：在洗涤灵里面吹气泡，观察气泡上升时体积怎样变化；等深度的盐水将挡板上的薄膜压向酒精一侧，如图7。图7猜想影响液体压强大小的因素可能是什么？（学生结合已有经验，提出猜想：液体压强大小可能与方向、深度、液体密度、容器形状、液体重力、容器底面积等因素有关）②进行探究探究活动1.先让学生利用U形管液体压强计对方向、深度和液体密度三个因素进行基础定性探究如图8；为了朝定量的方向迈进，选用数字压差计代替U形管采集数据进一步探究液体压强与三个因素的关系，利用多组直观的数据、图线得出定量规律如图9。图8图9探究活动2:方案一方案方案一方案二图10（容器形状因素）分析方案1存在的问题：没有控制深度一定，方案二没有控制液体重力大小一定。师生共同探讨，进行创新实验探究液体压强与容器形状的关系如图11：图11操作方法：实验前将金属球放入水中，细线竖直，使水面略低于标记处，将压强计的探头放在容器底部，用手向内侧捏瓶子的不同位置使容器呈现不同的形状，并且使每次捏住时液面都刚好到达标记处，保证三次液体深度相等，注意观察比较每次捏住时U形管两侧液面高度差，我们发现）在液体重力、深度等因素都一定的条件下，改变容器形状并不会影响液体压强大小。得出结论：液体压强大小与容器形状无关。学生形成对液体重力因素的探究方案，如图12。图12（液体重力因素）分析学生方案，该方案实际操作时很难保证两瓶口薄膜的松紧程度相同，可能出现加水后两薄膜凸起程度不同的现象进而得出错误的结论。利用自制教具进行性创新实验探究液体压强与液体重力大小的关系，如图13。图13操作方法：向容器中加入适量的水，水充满红色塑料桶后进入透明圆柱筒中，观察此时橡皮膜，向下凸起，用力按压塑料桶，水进入上方较细圆柱桶后，深度增加，同时观察橡皮膜凸起程度明显变大，说明相同的液体重力可以产生不同的液体压强，此时凸起的橡皮膜刚好充满玻璃杯口，继续加水直至橡皮膜再次刚好充满玻璃杯口，说明不同的液体重力可以产生相同的液体压强。学生分析两个初步结论，得出最终结论：液体压强大小与液体重力大小无关。演示液体压强与容器底面积的关系的探究，如图14图14学生观察U形管两侧液面高度差，得出结论：液体压强与容器底面积无关。③得出结论：液体压强大小只与深度、液体密度有关；同种液体，深度越深，压强越大；深度相同时，液体密度越大，压强越大。学生实践活动展示：水球变大，模拟帕斯卡裂桶实验。学生在有趣和震撼的实验现象中进一步认识液体压强与深度的关系，理解帕斯卡裂桶实验。利用物理模型解决实际问题：随着潜水深度的增大为什么潜水装备需要逐步升级？用空塑料瓶模拟人体，观察随深度增加，人体所受液体压强的变化，如图15。理解潜水设备升级实质上是在抵抗随深度越来越大的液体压强。图15介绍液体压强在生产生活中的其他应用，从生活走向物理，从物理走向社会。推导液体压强：利用利用底部封有橡皮膜的圆柱筒、水桶和水进行实验如图16。图16操作方法：将封有橡皮膜的圆柱筒压入水中，此时薄膜上凸。向圆筒中加水，薄膜凸起程度变小，继续加水，直至薄膜变平，此时，圆筒内外水面相平。引导学生对轻质薄膜受力分析，进一步推导液体压强的表达式。运用公式计算“奋斗者号”所受压强大小，介绍我国深海探索发展情况，凸显科技成绩，增强文化自信，引导学生树立科技强国的远大理想。实验效果评价2022年课标要求联系生产生活实际创设学习情境，本节课以“奋斗者号”情境贯穿，用三个问题为线索展开探究，使学生在问题情境中探索和发现知识，掌握技能。为了渗透科学研究方法，培养学生的科学思维，以控制变量法为核心，引导学生设计、改进、创新实验，提高学生的思考力、创造力、行动力。实验探究敢质疑勇创新，利用数字压差计代替U形管液体压强计，充分发挥信息技术的优势