发布时间:2022-02-26 07:56:08
序言:写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁,我们为您精选了8篇的大气压强实验样本,期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发,请尽情阅读。
关键词:实验教学;课堂效率;探究
中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2008)1(X)-0027-3
设计合适的实验教学,能使课堂教学达到事半功倍的效果。那么,课堂教学中如何选取,设计合适的演示实验和学生实验呢?下面结合《大气压强》教学实例谈谈如何组织实验教学来提高课堂教学效率:
1 设计好演示实验创设情境引入新课题
教育学和心理学为我们指明了学习活动的第一导向――兴趣,教师应尽可能设计演示实验创设情境引入新课题,引导和诱发学生学习科学的浓厚兴趣,使学生产生强烈的求知欲望,从而产生学习动力,积极主动参与学习活动。
由于各种各样的原因,中学生普遍存在生活经验不足,实践经验缺乏等特点,因此对抽象的概念,规律的形成与理解,往往存在着不同程度的困难,这就需要教师在课堂上做好演示实验进行补偿。
当然,有时学生获得的直接经验是片面的,甚至是错误的。利用这一特点,我们设计演示实验时,可以有意识的制造一些陷阱,让学生产生认知冲突,引发思考,然后引导学生对此做具体的分析和处理,以加深学生的印象,更有效的完成教学目标。
案例1 在《大气压强》一节的课堂教学中,为了引出大气压强的存在,通常采用“倒杯实验,玻璃注射器的活塞为什么没有被钩码拉下来”等实验来展开教学。可是,在实际实验中还是存在着一些问题需要反思,如:在做倒杯实验时,要求玻璃杯不能太大,纸片软硬要适度,玻璃杯中不能进入空气,翻转过来时动作要迅速等,否则成功率较低;而玻璃注射器的活塞为什么没有被钩码拉下来实验,则较容易使学生产生错觉――注射器活塞对钩码向上的拉力来自活塞与注射器外壳之间的摩擦力。我设计了这样的演示实验:
1、器材:一杯水(染成红色),一个空杯,一个胶头(或橡皮套),一根玻璃管(两端开口,粗细均匀,长20cm,内径约5~10mm均可)
2、演示过程
演示1:出示玻璃管,将空杯置于管的正下方,然后向管内倒水,可看到水从管底流出。
演示2:左手拿管,并且用食指紧紧堵住玻璃管的下端,仍然向管内注入水,至满(见图1)。
教师提问:为什么水不会从下面流出?
学生微笑,齐答:因为管底被手指堵住了。笔者肯定学生的回答,并指出:由于管底被手指堵住,所以手指对管内的水产生向上的压强,支承住了水柱。接着置疑:若此时将管倒拿,使其开口端朝下,水会不会流出?学生纷纷猜测,形成悬念。
演示3:左手拿管不变,同时用右手中指抵住玻璃管的上口,然后将管倒置,(倒置过程中,手指不要松开)。接着故意缓慢移开右手指,使下面的管口露出。这时可见红色水柱并没有流出来!(见图2)
学生大吃一惊!教师自言自语:咦,为什么水没有流出来呢?(可用左手倒拿着管,夸张地放到眼底瞧一瞧)难道管里的水突然没有了重力吗?难道是老师会气功,‘发功’将管内的水吸住了吗?
学生轻笑,同时产生了想获知正确答案的强烈欲望。
启发:虽然我们看不见管口有物堵住它,但管口附近是不是任何物体都没有呢?
学生茅塞顿开――有空气存在。
因势利导:在管口四周存在着我们看不见的大量空气,这些气体起到了手指的作用,堵住了管口,使管内的水竟然无可奈何地呆在里面。这说明了这些大气对管底的水面有向上的压强,支承着水柱。
这时,仍有学生半信半疑,可进一步说明:因为现在管内的水只有下面受到了大气压强的支承作用,所以很难流出;但如果同时有大气作用在管的上水面,那么上、下作用的气压相互抵消,水就会在重力作用下流出来。
松开左手食指,水应声落下。(学生开始相信大气有压强)
演示4:改用胶头,套住玻璃管的一端,再做一遍,同样获得满意效果。
至此,学生对空气有压强已深信不疑。可以十分顺畅地进行后面的教学。
在这个课题的引如过程中,有意识的通过演示1和演示2设置了一个感知陷阱,再通过演示3引起学生的认知冲突,使学生的认知过程一波三折,加深可印象,取得了一个了非常好的教学效果,同时体现了规律形成过程的曲折性和挑战性。试想,如果这里设计演示实验时,直接演示实验3和实验4,也可以切入课题,但相比之下,效果就要欠缺一些了。
因此,在课堂教学中,采用怎样的演示实验来引入课题,是需要仔细切磋和推敲的。
2 设计演示实验使学生加深对科学概念的理解
科学概念大多比较抽象,学生不易理解。在教学过程中教师可以设计演示实验使学生由形象思维过渡到抽象思维,从而加深对科学概念的理解,运用所学知识解释实验现象,培养学生理论联系实际和分析问题、解决问题的能力。
案例2 仍以《大气压强》一节的课堂教学为例,为加深对大气对各个方向都有压强的理解,我设计了这样的演示实验:
演示5:玻璃杯装满水用纸片挡住,倒立玻璃杯,纸片不脱落,如图1,说明向上有大气压。
演示6:向下.将剥了壳的熟鸡蛋塞住刚烧过酒精棉球的广口瓶口,很快鸡蛋就被压进广口瓶中,如图2,说明向下有大气压。
演示7:取一只透明的玻璃瓶,塞子上插一根两端开口的直玻璃管和一根直角弯管,在直管的下端扎一只未充气的彩色小气球.如图3所示.当用抽气机从直角弯管上抽去瓶内空气时,瓶内彩色小气球被逐渐“吹”大.当取下抽气机时,彩色小气球恢复原状.试对以上现象做出科学的解释。
学生分析后教师小结:当瓶内空气被抽出时,瓶内气体压强逐渐减小,气球通过直玻璃管和大气相通,使小气球内大气压强大于小气球外(瓶内)的气体的压强。在大气压的作用下将小气球“吹”大。当取下抽气机时,空气进入瓶内,使瓶内、外压强都相等,都等于大气压强.小气球在弹力作用下又恢复原状。“吹”胀气球的实验可说明大气向各个方向都有压强,而且向各个方向的压强都相等。
建构主义认为,学习并不是简单的信息积累,更重要的是新旧知识经验的相互作用以及由此而引发的认知结构的重组。也就是说,学习是学生的经验体系在一定环境中自内而外的“生长”,它首先要以学习者原有的知识经验为基础实现知识的建构。按照奥苏贝尔的观点,新知识只有在认识系统中找到与之相关联的旧知识作为“固定点”,并在固定点的基础上,促使新旧知识之间相互作用,才能使新知识纳入旧知识系统而获得意义,固定点是否清晰,是否具有较强的固定力是实现高效建构的关键。在本案例中,大气向各个方向都有压强是建立在液体向各个方向都有压强的基础上学习的,是一种基于旧知识的知识建构,教师在这里首先要把液体压强的特点点明,使“固定点”更清晰,有利于同化新知识。通过以上演示实验,不仅加深了对所学知识的理解,还可以提高学生探索自然现象和日常生活中的科学规律的兴趣,并使得课堂效果更有活力。
3 改验证式实验为探究式实验,注重过程,注重体验。
课本中的演示实验很多是验证式实验,缺少启发性。我们将其中某些和学生已有知识关系密切的演示实验改探究式演示实验,引导学生通过设想、观察、分析、归纳而得出新概念、反应或原理。
案例3 对《大气压强》中的大气压强的大小与气体的流速的关系的教学,我就采用了如下方法:
问:看到的这幅图片(一幅有关火车看台的图片),你能提出一些问题来吗?老师有一个问题:在火车的站台上,标有一道平行于铁轨的直线。当列车驶过时,不允许旅客站在这条线内,以保证人体与铁轨离开足够的距离。你知道这是为什么吗?
要解释这个问题,就让我们一起来做几个探究实验吧!
【实验】研究气流的流速与压强的关系
(1)找一条薄纸带,捏住纸的一端,让纸自然下垂,当你用嘴朝水平方向吹气时,你会发现什么现象?若改变吹气的力量和速度,纸带会发生什么变化?
现象:纸向上飘起
(2)找两张相同的薄纸,用手捏住两张纸的一端,让两张纸自然下垂,相距3-5厘米,并使两张纸保持平行。沿两张纸的中间向下吹气时,猜测会出现的现象。试一试,结果与你的猜测相同吗?
学生猜测:纸条会被气流向两边吹开
现象:当吹气时,两纸条反而向中间合拢
分析:吹气时纸条为什么会向中间合拢呢?
肯定是纸条受到了力的作用,而且力的方向是指向内侧。那么是什么物体施与纸条力的作用呢?我们分析一下:与纸条接触的只有空气。吹气前,两条纸互相平行,保持一定的间距,没有吸引和推斥,表明它们受到外侧和内侧的力互相平衡;吹气时,两条纸相互靠近。纸条外侧的气体压强没有发生变化,说明是纸条内侧的气体压强变小了。吹气时与不吹气时有什么不同吗?两纸条内侧的气体的流速较大。
可见,气体流速的改变,改变了气体的压强;而且是气体的流速越大,压强越小。
问:现在你能解释在火车站的站台上,人为什么要与行驶的列车保持适当距离了吗?
行驶的火车和人之间的气流速度大,压强变小。人外侧的大气压大于火车和人之间的气压。这种情况下,会使人大气压挤到火车前,这样非常危险。
【实验】把一支玻璃管插入水中,当用另一支玻璃管对着它的上端吹气时,有什么现象?试一试,怎样对此现象作出解释。
现象:有水从管口吹出。
解释:玻璃管的上端气流速度大,压强小(小于大气压)。所以玻璃管中的水在大气压的作用下从管口出来。
【实验】纸飞机机翼上升实验
我们发现:空气流到机翼前缘后,分成上下两股气流,分别沿机翼的上下表面流过,在机翼后缘又重新汇合向后流去。机翼的上表面凸起,使流速加快,压强减小;而机翼的下表面流速小,压强增大。于是在机翼的上下表面出现了压强差,就有了压力差,这成为飞机上升的动力。当升力大机重力的时候,飞机就可以升空了。
几次对比,让学生分析、讨论,充分调动学生学习的积极性,使实验结论合情合理地被推导出来,得出大气压强与气体流速的关系,全体学生都留下了深刻的印象。
从生动的直观到抽象的思维是认识的基本规律。由于科学教学中部分内容比较抽象,而学生又缺乏相应的感性认识,不少疑难问题很难给学生一个满意的解答。心理学研究表明:青少年儿童思维形式是以具体形象思维为主。而这种形象思维是借助对客观事物的表象而产生的,如果离开了客观实际,表象岂不成了无源之水、无木之本?所以“体验”之法就是让学生亲自体验问题的情境,获得丰富的直接经验。体验的方式很多,如摸一摸、掂一掂、闻一闻、压一压、推一推等,主要是让学生经历一个过程,得到深切的感受和体验,这种感受和体验是听和看所无法替代的,可以弥补听、看的不足。以上案例中先用一张纸、两张纸这样简单的教具吹一吹,就可以让学生体验并得出大气压强与气体流速的关系,然后通过做纸飞机机翼上升、吹蜡烛、吹不下来的乒乓球、打乒乓球时香蕉球的发法等日常生活中玩过的实验,既可以加深理解,又可以解答学生的疑难问题,还可以培养学生探究性学习的良好习惯。
总之,作为一名科学教师,应该为如何提高学生的学习兴趣,领会科学研究的基本方法做出努力。而科学课堂上,最能吸引学生的正是生动有趣的科学实验。成功完美的演示实验和学生实验有助于引导学生在观察、实验的基础上,用分析、比较、抽象、概括等科学方法揭示出事物的本质属性,建立概念,形成规律,再回到实践中去检验、运用和发展。同时加强学生对基本实验方法的迁移和灵活运用能力的训练,多角度、全方面地让科学实验教学提高到一个新的水平。
参考文献:
[1]耿瑞艳主编,《中学理科教学与实验》,东北师范大学出版社,1999.12
[2]关文信主编,《新课程理念与初中物理课堂教学实施》,首都师范大学出版社,2003.5
[3]蒋金山, 试论物理演示实验的教学改革,《实验教学与装备》,2005.4
大气压强与生产、生活有着密切的关系,它是无处不有,无处不在;离开了它,将一事无成,人也无法生活,本文从以下几个方面谈谈对大气压强的正确认识与理解。
一、大气压的概念
1.大气压的定义:大气和液体一样,内部也有压强,大气对浸在其中的物体的压强叫做大气压强,简称大气压。
2.大气压产生的原因:包围地球的空气受到重力的作用,而且能够流动,因而空气向各个方向都有压强。
3.大气压是客观存在的,地球周围被一层很厚的空气包围着。包围地球的空气层叫大气层,大气层由许多空气分子组成,而气体分子总是在不停的做无规则运动,这种运动将使气体均匀分布在它所能到达的整个空间,也就是说大气压本应该充满到整个宇宙空间,但由于重力作用,空气分子将聚集在地面附近,这两种相反的趋势达到平衡,形成了稳定的大气层,我们生活在大气的最低层,大气由于受到重力作用,所以也像液体对浸在其中的物体产生压强一样,空气对浸在它里面的物体也要产生压强,这个压强叫做大气压强。
人们通过一系列的观察和研究确信了大气压的存在,其中著名的马德堡半球实验不但证明了大气压的存在,而且有力的证明了大气压强是很大的,由于人体内的压强跟大气压几乎相等,所以我们感觉不到大气强的存大。
二、托里拆利实验
1.托里拆利实验准确地定了大压强的值。测量中玻璃管内的水银住产生的压强只跟水银柱的高度有关,与水银柱的粗细、玻璃管是否竖直、管内水银面与管顶的距离均没有关系,这个结论可以由液体内部压强公式得出。
2.托里拆利实验的设计思想:让大气压来支持水银柱,玻璃管内的水银柱上方是真空,看大气压最多能支持多高的水银柱,当水银柱静止时,大气压强与水银柱产生压强相等,由P=j水银gh计算大气压的值(h这管内水银柱的高度)。托里拆利实验的设计思想就是不能用公式计算的大气压转换为等值的水银柱压强。
大气压不能用公式P=j空气gh计算的主要原因是空气密度随着高度和气温的变化而变化,不是定值,并且无自由面,h无法确定。
4.托里拆利实验的原理分析:由于玻璃内水银面上方是真空的,而管外水银面上方受到大气压强的作用,这时管内的水银面不再下降,管内的水银柱静止,因此,在管内与管外水银面相平处的液片上下两个面所受到的压强相等,即玻璃内水银面的压强跟大气对管外水银面的压强相等。可见这个水银柱产生的压强就等于大气压强。
5.托里拆利实验思考:观察托里拆利实验所用的实验器材、实验方法和实验过程时,有几个问题值得认真去思考的:(1)怎样才能使玻璃管内水银柱上方是真空?(2)这什么实验用水银而不用水或其它液体?(3)为什么要用长1米的玻璃管?(4)当玻璃管倾斜时,为什么管内的水银柱会变长,而管内外的水银柱高度差却保持不变?(5)若实验时管内漏进了空气对测量大气压有什么影响?以上问题,对培养物理思维方法,认识物理规律,掌握实验操作技能技巧,深刻体会观察和实验的重要性都很有意义。
三、大气压的值的单位
1.通常把760mm的高的水银柱所产生的压强值叫做标准大气压。
四、大气压的测量工具
测量大气压的工具叫做气压计。托里拆利实验的装置就是一个水银气压计,它测量结果准确,但携带不方便。实际常用的气压计是金属盒气压计,它是利用气压变化时,金属盒厚度及其中弹簧片弯曲程度随之变化的原理来测量大气压的值,这种气压计还可以做成高度计。
五、大气压的变化
1.大气压的值不是固定不变的,大气压随着海拔高度、温度、空气湿度等因素的变化而变化。
2.实验表明:大气压随海拔高度的增加而减小,但不是均匀减小,因为离地面越高,空气越稀薄,空气的密度越小,因此大气压随海拔高度减小是不均匀的,越高,大气压随高度减小的越慢。在海拔2千米以内,空气密度的变化可近似认为是均匀的,所以这可近似认为每升高12米,大气压降低1毫米水银柱,约133帕。
3.大气压随天气的变化而变化
冬天的气温低,气体的体积收缩,而夏天气温高,气体膨胀,使体积变大,这就造成了冬天空气密度大于夏天空气密度,因此冬天大气压大于夏天大气压。
4.大气压随温度的变化而变化:一般地说,晴天的大气压高于阴天的大气压。
六、大气压与空气流速的关系
空气流速越大的地方大气压越小,空气流速越小的地方大气压越大。飞机就是利用这个原理获得升力的。
七、大气压强的应用实例
关键词: 大气压强;物理
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2014)11-280-01
我的说课的课题是《大气压强》,下面将从教材地位、说学情分析、说教学目标重难点、说教法学法、说教学流程说课。
学情分析
1、八年级学生对学习物理的兴趣很高,但抽象思维能力不足。
2、大部分学生对大气压的实践经验比较少,喜欢动手操作、探究现象,所以应尽量用多些实验,创设问题情境让学生去观察、分析和理解。
教学目标
一、知识与技能
1、了解大气压是客观存在的;了解大气压强产生的原因。
2.、知道托里拆利实验的原理、过程和结论。
3、了解生活中利用大气压的实例。
二、过程与方法
1、通过观察一些实验现象感知大气压强的客观存在。
2、通过实验探究,体会科学探究的过程,感知人类对大气压强的利用。
三、情感态度与价值观
1、通过对大气压应用的了解,使学生认识到科学技术对人类生活的影响。
2、通过对大气压强的认识,培养实事求是的科学态度,使学生领略大自然的神奇和美妙。
教学重点、难点
1.大气压强的存在和大气压的测定。
2.理解活塞式抽水机和离心泵的工作过程。
教学资源
1、水槽、长短试管各一个、装满水的矿泉水瓶、1米长的玻璃管一根、橡胶吸盘一对、一次性纸杯和吸管若干、锥形瓶一个、鸡蛋一个、液体压强演示器一个、玻璃杯一个。
2、自制的多媒体课件
一、导入新课
(1)通过请同学们喝饮料(有些吸管完好,有些提前扎了一个小洞)活跃课堂气氛,激发学生求知欲望,同时在喝的过程中,会出现有些同学喝不到嘴里的问题,从而引出今天的课题。
联系生活实际,采用平时最常见的喝饮料的过程,体验大气压的作用。一些学生到通过喝饮料喝不到嘴里,从而激发了探究问题的欲望。
(2)教师借助于液体压强演示器让同学们观察实验现象,对比大气也具有重力和流动性,是否也存在压强呢?
二、进行新课(感受大气压的存在)
教师设计实验1:将一个熟鸡蛋放在一个瓶口比它小的锥形瓶的上方,让同学们来试一试
看谁能把鸡蛋给压进去?有些同学积极想办法,可能会想到把一个燃烧的棉花团放入锥形瓶中。 学生思考并回答:一开始瓶内外都有空气,棉团燃烧消耗了一部分氧气,里面的气体减少,压强减小。 实验感知到大气压的存在通过实验过程的引导分析,学生更好地感受大大气压的存在,而且在分析的过程中能够对如何证明大气压的存在有所体会。
教师设计实验(2)将一个矿泉水瓶装满水在它的底部扎个小孔,发现水会往下流,问同学们谁能有办法让谁不流呢?小孔也没有盖盖子,那么是谁拖住了水呢?同学们讨论拧盖前和拧盖后发生了怎样的变化,也就是说大气是怎样才把水给拖住着呢?
通过水压强的存在证明大气压的存在,借助了液体的压强。通过此实验更过的掌握实验压强差的方法
三、推进新课(学生分组设计实验证明大气压的存在)
同学们借助于准备的注射器、试管、橡胶吸盘、等器材设计实验证明大气压的存在。如果学生没有思路的情况下教师也可以通过提示设计的方法引导学生如何去实验。试管装满水盖上一个小纸片,然后倒置过来观察现象。 两个橡胶吸盘使劲一挤压,看会发生什现象?注射器一端压紧皮肤另一端进行压或抽观察现象并解释。
学生看到实验器材就会非常感兴趣的去尝试实验,在小组合作中进行实验的设计、完善和说明。既能提高动手动脑的能力也有利于小组合作能力的提高。请学生分小组展示各自证明大气压存在的方法。完成后解释喝饮料的问题。让学生大胆的展示他们的实验,提高学生的合作表达能力继续更加深入的探究了解大气压的发现过程加深对科学的热爱。
四、大气压的测量
在实验中需要16匹马才能将半球拉开,足见大气压非常的大,那它到底有多大呢?同学呢有没有方法去测量一下大气压呢?教师课适当结合液体的压强,大气压可以支持多高的谁呢?播放多媒体课件看完课件后组织学生讨论这个实验有没有什么缺点?播放托里拆利实验。要求学生根据水银柱的高度计算大气压强P=1.013×105Pa.拓展海拔对气压的影响。
问题教学法是以问题情境的创设和问题的解决为主要形式的教学方法,在各学科中都具有广泛的应用。本文主要利用问题教学法对“大气压强”一节进行教学设计。将大气压强的教学内容分解成“猜想大气压强”,“验证大气压强”,“探究大气压强”,“应用大气压强”四个循序渐进,层层深入的环节,每个环节以问题情境的创设,问题的提出作为开启思维的钥匙,引导学生在问题教学中得到锻炼和提高,最终完成教学目标。
关键词:
问题教学法;大气压强;问题情境
问题教学法是一种在认知同化理论、建构主义教学理论、“发展性”教学理论等多种教育理论基础之上形成并不断发展的教学方法。问题教学法是以问题情境的创设和问题的解决为主要形式,形成波浪式、螺旋式的课堂教学结构,是一种比较成熟,行之高效的教学方法,在各学科的教育教学中被广泛运用[1]。在问题教学法的教学中是否能创造合理的问题情境,提出切实有效的问题并提供合适的问题解决途径是影响教学效果好坏的重要因素。在问题教学法的研究中,孙作江认为问题不能等同于问句,问题应具备问题性,指的是不能及时达到的目标[2];李明认为问题的设计要着眼于学生的“最近发展区”,问题的提出需由表及里,层层推进,以合理的情景呈现问题[1];孙胜霞认为可以选择来源于生活、生产实际的问题情境,让学生真实的感受到物理的实用性和趣味性[3]。结合以上观点,笔者认为,在问题教学中教师应该分析学生的学情着眼于学生的“最近发展区”,从生活、生产实际或新旧知识的联系等多种途径创设合理的问题情景,提出层层深入的问题,并提供思考,讨论,科学探究等多种方式让学生自主的解决问题,训练学生的能力,最终达到教学目标。本文,笔者以“大气压强”为例,以问题教学法为主进行教学设计。下面是笔者对教学设计的各个环节的思考。
一、猜想大气压强
大气压强是初中物理中较为抽象并难以理解的一个物理概念。所以,为了获得良好的教学效果,教师必须创设合理的问题情境,让学生对大气压强有充分的感知和体验,从而保证教学任务的顺利进行。在学气压强之前,学生已经学习了液体的压强,知道了液体产生压强的原因和液体内部压强公式。因此,教师可以从液体压强的知识出发,创设第一个问题情境。教师演示侧壁有小孔的矿泉水瓶实验,帮助学生复习并回顾液体压强的特点和公式(P=ρgh)。然后,教师将瓶盖拧紧,让学生观察实验现象并提出问题:为什么水不流出来?这样,教师以侧壁有小孔的矿泉水瓶实验作为问题情境,不仅能帮助学生回顾旧知识,而且能以此实验作为新旧知识之间的纽带,着眼于学生的最近发展区,提出能引起学生观念上不平衡的问题,将学生的注意力自然而然的从旧知识迁移到新知识上,使学生带着疑问进入新课的学习,为大气压强的教学做好初步的铺垫。接着,教师拿出一个底部铺了沙子的窄口玻璃瓶,并将一个稍大于瓶口的剥了壳的熟鸡蛋放置在瓶口上,作为猜想环节的第二个问题情境。在此情境下,教师提出问题:是否可以使鸡蛋自动掉入瓶内?依据学生的日常生活经验,学生认为鸡蛋不可能自动掉入瓶内。在得到学生的反馈后,教师可以继续“表演”,将浸过酒精的棉花点燃,用镊子放入瓶内,并迅速用鸡蛋堵住瓶口,向学生展示鸡蛋自动掉入瓶内的惊奇现象。以这种经验与现象的强烈冲突,激发学生的好奇心和求知欲,引导学生尝试从受力的角度分析鸡蛋自动掉落的原因。此时,学生已具备力学的相关知识,在教师的提示下学生可以分析出鸡蛋受到一个向下的压力,又因为鸡蛋上方只与空气接触,学生自然会得出空气将鸡蛋压入瓶内的猜想。至此,通过第二个问题情境的创设使学生对大气压强已经有了初步的感知和猜想。为了让学生更加明确大气具有压强的猜想,教师还需创设第三个问题情境:向学生展示地球大气层的分布图,介绍大气层的相关知识。并在此情境下提出两个问题:(1)气体与液体有哪些共同点?(2)生活在大气层底层的人是否受到压力?教师运用对比教学的方式利用学生已有的知识和经验,引导学生得出气体与液体都具有流动性和受到重力的共同点,并以为基础,进一步做出气体与液体一样,内部也具有压强的猜想,帮助学生解决人在大气底层是否受到压力的问题。通过三个问题情境的创设,使学生对大气压强有了充分的感知和体验,为顺利进入下一环节做足了铺垫。
二、验证大气压强
在学生已经具备大气具有压强的猜想后,教学自然的进入到验证大气压强的环节。在此环节,教师提供气球、针筒、塑料吸盘、玻璃板、玻璃杯等多种生活中常见的物品作为问题情境,提出问题:如何利用这些物品验证大气压强的存在?在此问题的解决过程中,教师采用让学生分组实验的方式来寻求问题的解决途径,对实验方案的设计不做出明确指示,仅在学生遇到困难时给予适当的引导。目的是为了锻炼学生的小组协作能力和创造性。在学生完成实验,交流讨论得出大气具有压强的结论后,教师以此结论为基础,进一步提出问题:大气是不是对浸在其中的物体各个方向都有压强呢?教师通过体验活动:让学生利用手中的塑料吸盘在课桌的上下左右前后各个面上进行吸附实验,并让学生分析吸盘能吸附在各个面上的原因。最终,得出大气对浸在其中的物体的各个方向都具有压强的认识,让学生在真实的物理实验场景中完成对知识的构建。
三、探究大气压强
在学生具备了大气对浸在其中的物体的各个方向都具有压强的认识后。教师可以设计一个体验活动,让两个同学将两个吸盘吸在一起模拟马德堡半球实验,让学生定性的感受大气有多大,并以此作为该环节的问题情境,继而提出问题:如何定量的测量大气压强的大小?从而,进一步推进教学任务的顺利进行。因为大气压强的测量—托里拆利实验的理解是本节课的一个重难点,所以在解决如何测量大气压强的大小的问题过程中,教师应该循序渐进的教学,给予学生充分的空间去探索并理解,才能确保学生对于该知识点的掌握。在测量大气压强大小的过程中,学生最可能想到的方案一般是从压强的定义式(P=FS)出发进行探究。所以教师一开始可以为学生提供吸盘,弹簧测力计等生活中常见的物品,让学生经历科学探究过程,锻炼学生的科研能力。在学生实验结束后,教师组织学生交流讨论,使学生发现弹簧测力计测大气压强的缺点和问题,从而引导学生思考,还可以利用液体压强公式(P=ρgh)来测量大气压强。然后,教师展示演示实验:将细长玻璃管装满水倒扣于水槽中,提拉玻璃管,引导学生观察,玻璃管中水面升高,进而提出这样两个问题:(1)水杯与玻璃管中的水面为什么高于水箱的水面?(2)如果玻璃管无限长,水柱可以无限高吗?让学生在对问题的思考中基本了解利用液体压强测量大气压强的实验方案。接着,教师播放托里拆利实验录像,在观看录像后,进而提出三个问题:(1)最初,汞为什么下降?(2)为什么汞在下降一段时间后会停止下降?(3)如何计算大气压的值?学生在教师的引导下解决这三个问题,最终使学生在解决问题的过程中完成知识的构建过程,理解托里拆利的实验原理。在此环节中,为了解决大气压强的测量问题,学生经历了一次科学探究过程,两次实验观察和思考过程,通过一系列的知识基础,一步步的层层深入,不仅最终完成问题的解决过程,而且也在问题解决过程中锻炼了学生的探究能力。
四、应用大气压强
通过前面的猜想、验证、探究三个环节的问题教学,学生已经基本掌握了大气压强的知识和规律。但是,学以致用,对知识的巩固也同样重要。在物理教学中,利用实际生活的情境作为问题情境来考察学生对于知识的掌握情况是一种很好的手段。所以,在此环节教师可以提供生活中关于大气压强的实例作为问题情境并提出问题:在冬天,若保温瓶未装满水,当瓶内温度降低时为什么软木塞不易拔出?解决该问题的过程中教师应主张让学生自主思考。因为在进入到应用环节后,学生已经基本完成本节知识的知识构建过程,解决问题的难点就在于如何将知识运用到实际中,这种能力的培养是通过不断的训练而获得的,所以在此问题的解决过程中,教师应充分发挥学生的主动性,督促学生通过自身的努力解决问题,从而达到训练学生整合知识,解决实际问题的能力。
综上所述,本节课主要采用了问题教学法,将大气压强的教学内容分解成“猜想大气压强”,“验证大气压强”,“探究大气压强”,“应用大气压强”四个循序渐进,层层深入的环节,每个环节以问题情境的创设,问题的提出作为开启思维的钥匙,引导学生在问题教学中一一解惑,锻炼学生的能力,最终完成教学目标。
作者:姜玉梅 解志秀 张锡娟 殷英 单位:扬州大学物理科学与技术学院
参考文献:
[1]李明.问题教学法及其在高中教学法物理教学中的应用研究[D].武汉:华中师范大学,2008:13-20.
关键词:物理课; 大气压强; 教学策略
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2013)08-009-002
教师在教学时应做好各种充分准备,为学生解答疑惑,正确引导学生如何正确地做,如何学。
地球表面包围一层厚厚的空气,叫做大气。它无色无味,“无孔不入”。除了供人和动物的呼吸外,还有一个更重要的物理特性,对它所包围的物体产生压强。固体压强、液体压强,气体压强,这三大压强在工业、农业生产、家庭生活中随处可见,应用非常广泛,我们应该把它学好,并会应用。
一、大气压强的存在
由于空气的重量对物体表面产生的压力叫做大气的压强,简称大气压。
例如,我们每天都要喝水,喝水就是大气压的作用,人们才能把水喝进去的。抽水机能把水从低处抽往高处,也是利用大气的压强来工作的,下边我们来进行学习。
同学们先看我做一个小实验:找一个“十滴水”的空瓶或者是藿香正气水空瓶子,放在嘴里轻吸,然后舌尖顶住瓶口,这时伸出舌,会看到瓶子粘在舌尖上。问为什么?甲同学:不知道。乙同学:瓶子里的空气被吸出,瓶子被粘住了。老师:好的,另外哪个同学再补充。丙:我看瓶口舌尖被压进去,说明瓶子不是粘住而是被压住的。老师:这个同学答得很对,我向瓶里吸气时,瓶子里的空气就被吸出了,瓶中没有了空气,所以瓶子就在外大气压的作用下,将它压住,不会往下掉。这就是说明了大气压强的作用结果。
你们见过医生给病人打点滴吗?见过。药瓶外为什么要插一根管子,药液往下滴时,瓶里会有气泡产生,为什么?学生甲:有气泡产生说明了有外边的空气进入到里边。老师:好的。乙:里边没有气泡产生的药液就不会往下滴。好,你来说为什么?丙:里面的气泡说明有空气进入,空气就产生压力,使得药液继续往下滴。
其他类似举例说说,丁:我买了挂小东西的小挂钩,往墙用力一按,就可以挂小件了。还有我小时候玩的“吸水枪”,医生用注射器抽药液等等。
对的,这里我们讲了一个非常重要的物理概念――大气的压强。通过下面的实验再进一步加以认识。
你们每天都喝“学生奶”,有没有碰到过什么样的问题,有的,你说说怎样。我喝时吸了一两口之后就喝不到了,你怎样做呢?后来我不是一直用管子吸,而是吸一口,让管子离开口,这样就很快喝完了奶,说得很对,你呢?我在盒外用力捏,到喝完。好的,你来说:我在其它地方开了个小洞,或者插入弯管时,插得不太紧。都说的对,我相信绝大多数同学会采用第二个同学的做法。但是,第一、第三两个同学的做法更科学。
我们刚开始吸了一两口之后,那盒里没有了空气,所以就难喝到余下的奶,一、三两个同学做的就很科学,奶盒中始终都有一定量的空气,在空气压力的作用下,就能轻松把奶喝完。
现在农村用抽水机很多,如果抽不上水怎么办?你来说,不知道。好,举手的那个男同学说说,有一次我和爸爸去抽水,怎么也抽不上水,后来,我爸把进水管抬高,让我用桶往进水管中倒水,在管口见到水面时,爸叫我启动抽水机,只见我爸迅速将水管放入水塘中,这时,出水管中就有大股水流出来。这个同学做的答得都很对!
抽水机是这样工作的:先要排出水泵中的空气,一般采用进水管灌水方法。外面的水在大气压的作用下,把水压进去,水泵中的叶轮高速转动,将水甩入出水管,水就从低处抽到高处。
刚才我们学习了大气压的存在及一些应用,那么它到底有多大,怎样测量呢?
二、大气压的测量
测定大气压的实验装置:取长度大约100厘米的细玻璃管,一端开口,另一端封闭。
把玻璃管放斜,往管内慢慢地注入水银,为了排出管内的空气,可将一缝衣针穿入细线,先放入管,灌满水银后将细线连针一起取出,这样就可以排尽管内的空气。
用右手食指封住管口,左手慢慢竖起玻璃管,移到水银槽内,然后放开右食指,会看到管内的水银柱往下降,当降到某一高度后就不再下降,管内水银柱的压强与外面的大气压强相等。这时测量管内水银柱的高度为76厘米。
如用打气筒往气球内打气,看到气球慢慢的鼓起,说明空气产生的大气压在任何方向都存在,并且是相等的。
刚才讲的测定大气压的装置,测得比较准,但是携带不方便。而实用的是一种叫做无液气压计。
三、大气的应用
由于地面上大气压无处不在,我们在日常生活中也常会看到或体验到因大气压作用而产生的一些现象,例如要倒出椰子里面的椰子汁,如果只开一个小口,是很难将其倒出来的,如果开2个小口,椰子汁就很容易倒出来了;同样。要一口气吸出饮料,那是很困难的,只有当空气进入以后,吸起来就方便多了;吸墨水也是如此,只有把皮管里的空气压出,墨水才能进入;医生打针时也是这样做的,她们先把针筒活塞压到底,排出针筒里的空气,再将针头放入药水中,慢慢抽取,药水就在大气压的作用下进入了针筒;吊盐水时,如果你细看盐水瓶那端的针头,除了连接血管和输液的针头外,另有一个是开口的,目的是让空气进入瓶中……
人类生活,农田灌溉,工业生产都离不开水。在很多地方,人们要从河里或井里抽取水,常用抽水机(又名水泵)使水从低处抽到高处。抽水机(如图6、图7)因大气压的作用才能抽水。因而一台抽水机至多能把水抽到10米高,实践证明,无论怎样改进抽水机,也不能把水抽得再高了。这是什么原因呢?原来大气压强只能使水上升的水柱的压强在101kPa的缘故。
大气压是怎样形成的呢?这是因为大气层有质量,会受到地球的引力,即重力。这样,大气层对其中的物体会产生压力,这就是大气压。大气层下部的空气具有流动性,所以向各个方向都有大气压强。又由于大气层密度不均匀,所以大气压也在发生着变化。
德国马德堡市市长,把两个直径为了30厘米的铜半球紧贴在一起,然后用抽气机抽出了球内的空气,再用两队马(一边八匹)向相反的方向拉两个半球,当16匹马拼命挣扎着将两个半球拉开的同时,人们还听到像放炮一样的巨大响声,是什么力量使两个半球紧紧压在一起呢?是大气压强产生的压力。这就是著名的马德堡半球实验。
2 覆杯实验
取一个盛满水的杯子,用纸片把杯口盖严,再手按住纸片把杯子倒过来,杯子里的水也不往外流。该实验说明大气对纸片有向上的压力,是这个力把纸片和水托住了,这个压力也是大气压强产生的。假如杯中的水没有盛满,而是含有一部分空气,那么用同样的方法做此实验,结果又会怎么样呢?答案当然是否定的。因为没有盛满水,说明杯中还有空气,则内外均有大气压,这时将杯子倒过来时,杯中水由于受到向下的重力就会流出来了。
3 拔火罐
“拔火罐”就是将罐子里的空气加热,然后迅速扣在疼痛部位的皮肤上,按住罐子,过一会罐子就被吸在皮肤上。这是为什么呢?原来,当罐内的空气被加热时,由于热膨胀一部分空气跑出罐外,罐内的空气温度高于罐外气体的温度,罐内外气体的压强都是一个大气压。当罐子扣在皮肤上时,罐内的空气被封闭,当罐内气体温度降低时,罐内气体的压强也随之降低,则外面的大气压就会把罐紧紧地压在皮肤上了。
4 挂衣钩
塑料挂衣钩使劲往墙上一挤压,它就紧“贴”到了墙上,可以在上面挂衣帽了。这里的挤压就是挤走了“塑料碗”内的空气,外面的大气压就把它紧紧地压在墙上了。当墙壁不光滑时,因为“塑料碗”里始终有空气,因而也就不能将它贴在墙面上了。
5 皮揣子
水池的下水管都设计成弯曲形,形成一个U形管。因而杂物、泥浆很容易滞留在U形管的底部,使水不能通过流入下水道。这时,用半圆形的橡皮揣子对准下水道口,用力下压,皮揣子里的空气被压出,一部分进入U形管,绝大部分气体被排出水面,向上拔揣子的时候,留在揣子和下水道口之间的气体体积增大,压强降低,U形管的另一端与大气相通,这样就形成了压强差,将U形管中的杂物,泥浆压到下水道口的一端,反复地上下揣动使在揣子下的杂物在大气压强的作用下冲入下水道。
1.1教材分析
本节复习课是华师大版科学(八年级)上第三章内容,本章分为四节,教材安排各种活动把压力、压强、液体压强、大气压强以及流体的流速与压强的关系的知识展现出来。压力、压强是生活和生产中应用广泛的概念,同时在解释一些自然现象中也经常用到,又是学习浮力以及高中的有关内容的基础。压强的概念是贯穿本章的核心,液体压强是本章的难点,大气压强是一个重要的物理现象。在初中学业考试中,本章知识历来是每年考查的热点。
1.2学情分析
通过新授课的学习和学生已有的力学水平,学生大致知道本章的各部分知识点。但本章知识需要综合运用力、密度、二力平衡等知识,思考有关问题,解释有关现象需要一定的分析表达能力,又加之学生当时的认知水平和遗忘,我们的学生对各部分知识点的认识不成体系且已经弱化。因此,复习中应帮助学生构建本章知识框架,梳理知识核心,形成重点脉络,提高复习效率。
1.3教学流程
复习引入、发现问题1、2、3…问题1…温习旧知提供材料、创新情景设计实验、分享新知梳理知识、构建框架触类旁通、拓展延伸问题1.
2复习目标
【知识与技能】
(1)了解压力、压强的含义,能说出日常生活中增大和减小压强的方法;
(2)感受液体压强、大气压强的存在,描述它的特点,并能解释有关的现象;
(3)感知流体压强与流速的定性关系,并能解释有关的现象。
【过程和方法】
(1)通过生活中常见的矿泉水瓶等材料,创新情景,两人小组合作设计实验,交流成果,温故知新;
(2)通过活动交流、提高分析问题、解决问题的能力,逐步完成知识梳理,构建本章知识框架。
【情感态度与价值观】
(1)通过学生利用矿泉水瓶等材料设计实验并贯穿复习全过程,增强了学生动手动脑的能力,并能深刻体会到科学就在身边;
(2)感悟同伴互助、合作学习与分享成功的喜悦。
3复习重点、难点
3.1复习重点
(1)压力、重力的区别
(2)探究压力作用效果的影响因素
(3)液体压强的特点
(4)大气压强的存在与应用的实例
(5)流体的压强与流速的关系
3.2复习难点
(1)运用压强公式进行估算
(2)定性了解液体内部压强的大小
(3)大气压强的应用
4复习方法
先设置开放性的问题,提供矿泉水瓶等材料设计验证实验,激发学生复习的兴趣,通过交流,发现学生知识盲点,明确本节复习要点,再通过提出问题、温习旧知,利用矿泉水瓶等材料、创新情景,引导学生利用它设计并动手实验,交流成果,构建框架,达到知新。
5复习准备
装有水的矿泉水瓶(2人一只),大头针,透明胶带,钢尺,乒乓球,气球,热水等。
6复习过程
【复习引入激发兴趣】
师:子曰:“温故而知新,可以为师矣”,我们复习要在温故时发现问题,并解决问题达到知新的目的,在初中科学实验中,用矿泉水瓶作实验器材可以研究很多问题,今天,我们将用到它来复习(八上)第三章《压力 压强》。现在请你以矿泉水瓶为实验器材,适当添加其它辅助器材,设计三个实验来研究或说明本章的科学问题。
学生活动:同桌合作,以矿泉水瓶等为器材设计实验。
(通过设计开放性问题,可以培养学生的创新能力,初步体现素质教育的要求。通过求解这一问题,可以激发学生的求知欲,提高学习兴趣,考查学生的发散思维能力和创新能力)
师:请指出你设计的实验能说明的是本章哪块内容?
(在学生展示实验设计、交流成果基础上,结合学生回答并板书,为建立知识框架做准备)
师:本章还有哪些知识点呢?
学生回顾,师生共同得出本章复习要点:
(1)什么是压力,压力和重力的区别和联系?
(2)压力作用效果跟哪些因素有关?
(3)液体压强有哪些特点?
(4)大气压强的存在及测定
(5)气体压强与体积的关系
(6)流体压强与流速的关系
(通过以上环节,明确学生对本章知识的掌握情况,便于更有针对性或选择性开展以下活动)
复习1:什么是压力,压力和重力的区别和联系。
【提出问题温习旧知】
师:回顾什么是压力?压力和重力的区别和联系?
(激活学生原有知识,快速温习旧知)
【创新情景探索知新】
师:提供给你矿泉水瓶、钢尺、透明胶带,要求设计能演示压力和重力大小关系的实验。
(引导学生利用矿泉水瓶来自主设计实验,成果展示,分享新知。体现以学生为本理念,学生在动手动脑过程中获得解决问题的能力,体验合作交流的快乐)
复习2:压力作用效果跟哪些因素有关?
【提出问题温习旧知】
师:压力作用效果跟哪些因素有关?
【创新情景探索新知】
师:提供矿泉水瓶,海绵等材料,要求设计演示影响压力作用效果的因素。
(引导学生利用矿泉水瓶来自主设计实验,展示成果,师生互动,让学生再次体会压强概念形成的科学思维方法,揭示压力、压强的内部联系)
【梳理知识触类旁通】
(1)刚买的一瓶矿泉水瓶倒放在桌上,产生的压强大概是多少?(考查学生灵活解决实际问题的能力,此题估计即可)
(2)你有什么方法减少这瓶矿泉水瓶对桌面的压强呢?
复习3:液体内部压强的特点?
【提出问题温习旧知】
师:回顾一下液体内部压强的特点?
【创新情景探索新知】
师:利用矿泉水瓶、大头针、刻度尺、剪刀等材料,(1)要求设计验证同一深度,液体内部各个方向都有压强且相等;(2)要求设计验证同种液体压强随深度的增加而增大。
学生活动:同桌合作,以矿泉水瓶等设计实验,成果展示,分享新知。
(导学生利用矿泉水瓶来自主设计实验,展示成果,师生互动,体验科学探究的乐趣)
【梳理知识触类旁通】
(1)液体压强特点(师生共同归纳)
(2)液体压强公式及物理意义:P=pgh (结合书本简单介绍)
(3)将一瓶装满矿泉水瓶由正放改为倒放时,水对瓶底与瓶盖的压强怎样变化?若未装满呢?
(4)将一瓶装满矿泉水瓶由正放改为倒放时,水对瓶底与瓶盖的压力怎样变化?跟水的重力的关系如何? 若未装满呢?
(可乐瓶可模拟三种常见容器,如图1所示)
解题技巧:由液体产生的F和p,一般容易得到p,再根据F=pS,得出F。
(5)一个可乐瓶灌满水,用大头针扎一个洞。①观察现象?②再将瓶盖盖好,水还会流出来吗?(可能与什么有关系呢)
复习4:大气压强的存在及测定
【提出问题温习旧知】
师:回顾有哪些现象能说明大气压的存在?
【创新情景探索新知】
师:提供矿泉水瓶、一个水槽、一张纸、热水、剪刀、吸管等材料设计说明大气压存在的实验。
学生活动:同桌合作,以矿泉水瓶等设计实验,成果展示,分享新知。
【梳理知识触类旁通】
(1)大气压的测定、大气压的变化、大气压的应用
(2)在托里拆利测大气压实验中,若用水代替水银,大气压能支撑多高的水柱呢?
(3)将装满水的矿泉水瓶浸没在水中,向上提起,瓶口始终浸没在水中,会有什么现象?为什么?若瓶底破了呢?
复习5:气体压强与体积的关系
【提出问题温习旧知】
师:气体压强与体积有什么关系?
【创新情景探索新知】
用矿泉水瓶做成的装置,教师演示实验。
(1)吹不大的气球将橡皮塞塞紧瓶口,往气球内用力吹气,结果会怎样?
想一想:这个实验说明了什么?
(2)开口的大气球
往气球内用力吹气,气球吹大后,立即用橡皮塞塞紧瓶口,结果会怎么样?(开口的气球还是鼓着)
想一想:开口的气球为什么能鼓着?
(3)喷水的气球
往气球内加满水,拔出橡皮塞,你发现了什么现象?(看到了会喷水的气球,水喷的很高且几乎喷完)
想一想:是什么力量使水向上喷呢?
【梳理知识 触类旁通】
1.气体压强与体积的关系及应用
2.气体压强与气体压强
复习5:流体压强与流速的关系
【提出问题温习旧知】
师:流体压强与流速的关系?
【创新情景探索新知】
师:提供矿泉水瓶、剪刀、乒乓球设计一个验证流体压强和流速关系的实验。
学生设计实验,展示成果。
【梳理知识触类旁通】
(1)流体压强与流速的关系
(2)你能否使矿泉水瓶中的乒乓球出来呢?
7板书设计
压力压力的作用效果压强固体压强
液体压强
气体压强
流体压强与流速的关系