九年级物理上册：二、研究液体的压强教案（沪粤版）.doc

2 研究液体的压强
1．教学目标
◆知识与技能
⑴． 知道液体内部存在压强，了解液体内部压强的特点，知道液体压强的大小跟什么因素有关。
⑵． 认识连通器，了解生活和生产中常见的连通器。
◆过程与方法
⑶． 经历模仿帕斯卡裂桶实验的过程，体会帕斯卡裂桶实验的意义。
⑷． 经历用U形压强计探究液体内部压强特点的过程，发展分析实验数据、概括物理规律的创造性思维能力。
⑸． 经历用选取“液柱”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。
◆情感态度与价值观
⑹． 通过液体压强公式的推导，让学生感受物理学逻辑推理的严密。
2．教材说明

本节内容主要是探究液体压强的特点，学习液体内部压强的计算及液体压强应用的一个重要实例——连通器。虽然课程标准对本节课的内容没有具体的要求，但由于本节内容与生产生活联系密切，并且液体的压强特点是学习大气压强和浮力等知识的基础，是后续学习必备的知识，因此本节内容仍是初中学生必学的知识。
本节是按照“体验→探究→应用”的顺序编写的。首先通过 “活动1：模仿帕斯卡的实验”让学生亲自动手实验，体会液体压强的“神奇”，从而激发学生探究液体内部压强规律的强烈愿望。然后通过实验说明液体对容器底和侧壁有压强，介绍U形压强计，安排“活动2：探究液体内部压强”，让学生自己动手实验探究液体内部压强的特点。在定性探究的基础上，教材利用选取液柱这种建立理想模型的方法，根据压强的定义公式推导液体压强公式，加深对液体内部压强特点的理解，并通过例题加深对液体压强公式的理解和应用，使学生的思维从感性认识上升为理性认识。连通器是液体压强的典型应用，通过对茶壶、过路涵洞、锅炉水位器、船闸的认识，使学生体会到连通器在生产生活中的广泛应用。最后，通过“STS”栏目介绍三峡船闸的原理和工作过程，增强学生的民族自豪感，激发学生爱科学、学科学的动机。
本节教学重点是探究液体内部压强的特点。教学难点是液体内部压强特点和液体压强公式。由于学生总认为液体的压强是由于液体受重力作用产生的，往往产生一种错误的认识：液体的重力越大，产生的压强越大，对“帕斯卡裂桶实验”等一类现象感到费解，对认识液体内部压强特点和理解液体内部压强公式形成干扰。另外，用选取液柱这种“理想模型法”推导液体内部压强公式，由于学生的抽象思维能力和想象能力水平还比较低，也会形成本节教学的一个难点。
3．教学建议
本节课应从学生现有的知识和经验入手，引导学生提高实验认识液体内部存在压强，探究液体压强的特点，然后逐步深入，从理论上推导出液体压强的计算公式，并运用该公式分析实际问题。
教科书通过图10-12帕斯卡裂桶实验及其故事引入新课。除此之外，这里再提供几种引入方法以供参考：
（1）讲故事：①“聪明舰长巧补洞”：在一次海战中，敌人的一颗炮弹落到军舰上。军舰的底部、侧壁被炸开了两个大小相同的洞，海水汹涌而入。舰长果断命令三人去堵舰底，一人去堵侧壁的洞。侧壁的洞很快被一个人堵住了，而舰底的洞三个人却费了很大的劲才被堵住。同学们想一想为何舰底的洞那么难堵呢？②“潜水艇爆炸”：1963年，一艘最大潜水深度500米的美国潜艇——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呢？③“玻璃变‘雪花’”：有位海洋学家曾做过这样一个实验，他把玻璃管的两端都图1
密封好，再放入布包内，然后把玻璃管装入一端开口的铜管中，水可以从铜管口进去，接着他把铜管沉到5km的深海里。当他把铜管吊上来时倒出布包一看，不禁惊呆了：布包里玻璃不见了，只剩下一堆象雪花似的粉状物，这是什么原因呢？
图2
（2）观察思考：①演示如图1实验，并提出问题：“水为什么会向塑料管内喷？为什么塑料管进入水中的深度越大，喷出的水花越高？”②演示如图2实验，并提问：“小孔的大小相同，水的多少相同，为什么水流出需要的时间不同？”（乙需要的时间较少）
（3）想象体验：提出一些能建立物理情景的问题，让学生回忆或想象自己的体验。如提问：我们在游泳时常常会潜入水中或在水池中行走，这时你有什么感受？学生可能会回答水浸没到胸部以上时感到呼吸困难，或潜水时感到的压抑等等。那么为什么会有这样的感受呢？由此引导学生猜想、分析，引出液体的压强问题。
令人惊奇的实验
“活动1：模仿帕斯卡的实验”目的是在于用学生感到惊奇的效果，意识到液体会产生压强。本实验活动会对学生认识产生强烈的冲击力，做好这个实验，会使学生对物理产生惊奇感和兴奋感，教师一定要创造条件让学生做好这个实验。
如果条件允许（器材较多，教室内场地空间较宽敞），这个活动可以由学生分组完成，这样学生活动更充分，体验更深刻。如果条件不足，可以采取两种办法：一是选择可见度较大的器材在教室内由教师或学生演示；二是作为课外活动，由学生分组实验。课前可以布置学生准备部分器材：饮料瓶、杯子、水桶和水，其他器材可由教师准备：每组一个漏斗，一个带有玻璃管的塞子，一根长大约5m的塑料管，塑料管的直径1.5cm左右为宜。如果直径太细，向管内注水时不利于排出管子中的空气。在饮料瓶上刻上浅槽不容易把握，可由教师代替完成。
对于课本上提到的几个问题，不必急于在活动前讨论回答，可在活动过程中或活动后组织讨论。例如：
①塑料瓶壁上为什么要刻些浅槽？是为了在教室的高度范围内显示出“裂桶”的效果。槽刻得太深，容易漏水；刻得太浅，要使水从槽中喷出，需要使水管中的水面达到很高的高度，往往要超出教室的高度，而且对密封的要求也提高了，增加了实验的难度。
②管子应该长些还是短些？可让学生在实验过程中体会。一般要比在教室高度略小一些，以2—3m为宜。
③怎样保证瓶塞与瓶口之间的密封？可让学生从活动中发现瓶塞与瓶口等处密封不严时会漏水，很自然地想到密封问题。
在活动之前，各小组人员要有明确分工，相互合作，要注意安全。如果采用课外活动方式，要让学生把观察到的现象、想到的问题记录下来，然后带到课内讨论交流。
探究液体内部压强的特点
通过上面模拟帕斯卡裂桶实验，学生能够意识到液体也可以产生压强，教师在此可以引导学生认识液体的压强是由于液体受到重力和具有流动性而产生的。为了加深学生对液体产生压强的认识，为进一步研究液体内部压强的规律做好铺垫，教师可以引导学生设计其他实验来验证液体压强的存在。教师要明确设计的要素：怎样显示压强的存在？如何比较压强的大小？根据学生的生活经验，学生通过讨论一般可以设计出如下方案：方案一：取两端开口的玻璃管或硬塑料管，在一端覆盖橡皮薄膜（可用气球薄膜代替）。当向管中倒入水后，能看到橡皮薄膜鼓起来，说明液体能够产生压强，橡皮薄膜形变的程度可反映压强的大小。方案二：在瓶子上打孔，然后往里面装水，水喷射出来则说明液体能够产生压强，水流射出的急缓反映压强的大小（此处要注意：学生可能会说水流射出的远近反映压强的大小，教师应予以纠正，但不宜深究。如果学生没有设计这种方案，教师不要再引出，以免带来不必要的麻烦）。然后教师或学生演示设计的实验，证明液体对容器底部和侧壁有压强。
为了使学生进一步认识液体内部压强及其特点，引入一个探测器——U形压强计。一侧开口并在开口侧面覆盖橡皮膜的金属盒（或塑料盒）就是探测压强的探头，U型管两边中的水柱就是用来显示压强的。教师应通过演示介绍U型压强计的使用方法，然后让学生自己练习U型压强计的使用方法：用力按压压强计金属盒上橡皮膜，观察U形管两液面高度差的变化，可以看出橡皮膜上受到的压强就越大，两管中液面的高度差就越大，因此，两管中液面的高度差的大小可反映出橡皮膜受到的压强的大小。
活动2：“探究液体内部的压强”的目的是让学生亲身经历探究液体内部压强特点的过程，使学生获得直观的感性认识，总结出液体内部压强的特点。
教师可先让学生猜想：你认为液体内部压强可能有什么特点？液体内部压强的大小可能与什么因素有关？你作出这一猜想的依据是什么？怎样验证你的猜想？然后让学生讨论实验方案：
①研究液体内部压强与深度是否有关，你的实验方案是什么？
②研究同一深度液体内部向各个方向的压强的大小是否相等，你的实验方案是什么？
③研究液体内部压强与液体密度是否有关，你的实验方案又是什么？
实验结论为：液体内部各个方向都有压强，并且在同一深度向各个方向的压强相等；同种液体内部的压强跟深度有关，深度增加，压强增大；不同液体内部的压强跟液体的密度有关，同一深度处，液体密度越大，产生的压强越大。
怎样计算液体内部的压强？
与其他许多版本的教材不同，本教材安排了运用已有物理知识推导液体压强的公式，而且其中许多内容留有空白让学生填写，这既是对学生的挑战，也是一次很好的推导公式训练，可以使学生对液体压强规律的认识和理解从“定性”上升为“定量”。其中的推导过程和“液柱模型”，对提高学生的逻辑推理能力和抽象思维能力具有重要价值，而这些能力正是学生继续学习高中物理必备的重要素质之一。
关于液体压强公式的推导可以采用类比推导，即先计算圆柱形固体对底部产生的压强，再建立“液柱模型”，推导液体产生的压强。
由于初中学生抽象思维水平较低，从液体中想像出“液柱模型”是有一定困难的。为了突破难点，增加学生的感性认识，可以采用将抽象问题具体化的方法，即用玻璃管内的水柱来代替一个抽象的液柱（如教材图10-17所示），将玻璃管插入盛有水的大容器中，当管内外的水面相平时，通过求管内水对管底的压强来得出同深度处容器内水的压强的大小，进而推导出液体的压强公式。
下面再介绍几种“液柱模型”具体化的教具：①用较薄的有机玻璃做成截面积约为10～16cm2的立方体管（大小以学生能看清楚为准），里面灌满有色水，把管子浸入水中，使其上表面与水面平齐来分析它的底面上受到的压强。②用金属丝制成一个长方体框架，在框架底面贴上带色的薄塑料片，使框架上底与水面相平，借助长方体框架，帮助学生建立理想液柱的物理模型。
然后可以按照教材，引导学生一步步讨论如何计算出液柱的体积、质量、液柱重、对底面的压力、底面受到的压强，每步的计算结果同时用字母表示出来，最后得出计算液体压强的公式。
关于例题的教学，可以放手让学生自己解决，然后引导学生讨论应用液体压强公式应注意的问题，如：公式中h的物理意义，单位的统一等，让学生在讨论交流中达到对知识应用的巩固和升华。
图3
连通器
连通器属于液体压强的应用。课本图10－19是连通器的示意图，教材直接给出了“若连通器内装入同种液体，当液体静止时，各容器中的液面总保持相平”结论。教学时，可用图3所示的较简单的连通器演示，尽管连通器外形粗细不同，但盛入水静止后，各个容器的水面总是相平，这会使学生确信上述结论。
图4
对于连通器中液面相平的原因，教材中没有分析。如果学生抽象思维水平较高，教师可以补充。运用液体压强的知识以及建立液片模型法（如图4所示）来解释。分析时可引导学生按下面的思路进行：液体不流动→液片处于平衡状态→液片两侧受到的压力相等（F左＝F右）→液片两侧受到的压强相等（P左＝P右）→两管液面高度相等（h左＝h右）→两管液面相平。
教材通过“STS”栏目，介绍三峡船闸，目的在于引导学生运用自己的知识分析生活中的实例，体验物理知识在生产技术中的重要作用。教师可结合利用课本图10－22或船闸模型、活动挂图、多媒体动画、录像资料等就行教学，重点分析船闸工作的过程，理解其中的原理。同时还要注意利用这个素材，对学生进行爱国主义教育，以培养其民族自信心和自豪感。
4．教学评价
●课堂测评
图5
1．如图5所示，A、B两个内径相同的玻璃管内盛有同种液体，当A管竖直，B管倾斜放置时，两管液面等高，则（ ）
A．A、B两管中液体的质量相等
B．A管中液体对管底的压强比B中大
C．A管中液体对管底的压强比B中小
D．A管中液体对管底的压强与B中相等
图6
2. 如图6中甲图所示，圆台形密闭容器中装满水，静置在水平桌面上，此时容器对桌面的压强为P1，水对容器的压强为P2。然后将容器倒置，如图乙，则此时P1 、P2的变化情况是（ ）
A.P1变大，P2不变
B.P1变大，P2变小
C.P1不变，P2不变

D.P1变小，P2变大
3、连通器在生产生活中有着广泛的应用，图7中利用连通器原理的有（ ）
A．只有甲、乙
B．只有丙、丁
C．只有甲、丙、丁
D．甲、乙、丙、丁

图7

图8

4、关于图8中a、b、c三点压强的说法中，正确的是（ ）
A．a点向下压强比向上压强大
B．a、b两点的压强相等
C．b点压强比c点压强小
D．b、c两点的压强相等
图9
5.如图9所示，一开口的杯子，装上8 cm深的水后，放在水平桌面上。已知杯子底面积为60 cm2；杯子装上水后的总质量为0.6 kg。则水对杯底的压强为＿＿＿Pa。杯子对桌面的压强为________ Pa。（g取10N／kg）
6.图10是研究液体内部压强实验时的六种情况，除②图杯中装的是浓盐水外，其余杯里装的都是水。请你仔细观察这六幅图后回答：
图10
（1）比较①②两幅图，可以得出：液体内部压强大小跟液体的___ ____有关；
（2）比较⑤⑥两幅图，可以得出：液体内部压强大小还跟液体的_____ __有关；
（3）比较③④⑤三幅图，还可以得出结论_ __ ____。

图11
7．如图11所示，在水平桌面上放置一空玻璃杯，它的底面积为0.01m2，它对桌面的压强为200Pa。
⑴ 求玻璃杯的质量。
⑵ 在玻璃杯中装入1kg水后，水对杯底的压强为900Pa，求水的深度。
⑶ 通过计算推测出玻璃杯的大致形状是图中a 、b、c的哪一种？(g=10N/kg，杯壁的厚度可忽略)
【参考答案】
1. D 2. A 3.C 4. C 5．800 1000
6.（1）密度 （2）深度 （3）液体内部向各个方向都有压强，且在同一深度处，液体向各个方向的压强相等。
7.⑴由得：玻璃杯的重力:G =200Pa×0.01m2=2N
由G =mg得：玻璃杯的质量:==0.2kg
⑵由得：水的深度==0.09m
⑶假设杯壁是竖直的，装入1kg水后杯中水的深度应为：
=0.1m
因为>h，所以水杯是底小、口大，大致形状是图a 。
●“自我评价与作业”指导
1．帕斯卡将几杯水倒入插入桶内的细长管子中后，水的深度增大了，水对水桶的压强增大了，所以水桶会被撑破。
2．潜水员所能承受的压强有一定的限度，由于水的压强随着水的深度的增加而增大，所以潜水员要穿上能耐压的特制潜水服，才能潜入深水进行作业。而潜水服能够承受的水的压强也是有限度的，因此潜水员穿上潜水服也要限制潜水的深度。
3．（1）（a）、（b） （2）对于同一种液体 （3）液体的密度越大，压强就越大（或液体的压强跟液体的密度有关）
4．同一水平面上 连通器原理（或连通器内装入同一种液体，液体静止时各容器中的液面总保持相平）
5． P=ρgh=1.05×103kg/m3×10N/kg×3.4m=3.57×104Pa