《大氣壓強》教學設計
2008-12-31 00:00:00陳德榮
物理教學探討 2008年14期
設計理念
本節課從學生容易見到的二個物理現象：
①礦泉水瓶壓癟
②橡皮帽壓在黑板上出發引出課題，使學生一開始就進入興奮狀態；接著的模擬馬德堡半球實驗、粗略測量大氣壓強實驗，把教學過程推向了高潮，學生通過動手動腦、探究創新，獲得了成功的喜悅，激發了學生的學習興趣，調動了學生探究學習的積極性。同時本節課也突顯了從生活走向物理、從物理走向生活的課程標準理念。
教學目標
1 知識與技能
（1）了解大氣壓的存在。知道大氣壓強的數值是很大的。
（2）理解托里拆利實驗原理。
（3）培養學生動手實驗能力。
（4）培養應用所學知識解決實際問題的能力。
（5）了解大氣壓強的大小和單位并了解抽水機的工作原理。
2 過程與方法
（1）觀察跟大氣壓強有關的現象，感知大氣壓強是一種客觀存在。
（2）觀察演示實驗現象，感知大氣壓強的大小和單位。
（3）通過觀察感知人類是如何利用大氣壓強的。
3 情感態度與價值觀
（1）培養實事求是的科學態度。
（2）通過大氣壓強應用的了解，初步認識科學技術對人類生活的影響。
課時安排 1課時
教具學具準備
教具：保溫瓶（內裝熱水）、礦泉水瓶、密封并帶套索的橡皮帽（彩電上用的高壓帽，電子商店有售）二個、DVD、大屏幕彩電、金屬盒氣壓計
學具：密封并帶套索的橡皮帽二個、彈簧測力計（5N）二個、鐵架臺、杠桿支架、塑料注射器（帶套索，直徑2cm）、橡皮塞各一個（按學生人數4人1組配備）
教材分析
教材首先通過液體內部存在壓強，類比得出大氣內部存在壓強，接著通過圖14.3－1的實驗，使學生確信大氣內部存在壓強；進而通過粗測到精測大氣壓，循序漸進；再通過自制水氣壓計，擴展到水銀氣壓計和金屬盒氣壓計；最后將物理知識應用于社會實踐，圖示出了抽水機是利用大氣壓工作的道理。
教學過程
（一）引入：
我們已經知道，在液體內部向各個方向都有壓強。這是因為
①液體受到重力的作用；
②液體又具有流動性。我們還知道，地球的表面被一層厚厚的氣體——大氣所包圍，大氣也有上述二個特點，那么，在大氣內部是否也存在向各個方向的壓強呢？
請看下邊二個小實驗：
①在空礦泉水瓶里裝入少量開水，振蕩，把開水倒出，立即蓋緊瓶蓋，會看到什么現象？
②將橡皮帽（代替塑料掛鉤）壓在黑板上，它能承受一定的拉力而不脫落，是什么力量把它壓在光滑的黑板上呢？
（二）新授：
大氣壓的存在
請同學們回憶一下上一節液體壓強產生的原因：液體受重力作用且有流動性，因而液體內部存在壓強。同理，大氣中的空氣也受重力作用，也有流動性，因而在大氣的內部也有壓強，這個壓強就叫大氣壓強，簡稱大氣壓或氣壓。有同學可能會講，空氣本來就看不見、摸不著，我倒是可以通過空氣的流動形成的風來知道它的存在，這大氣壓我怎么知道有沒有呢？
剛才的二個小實驗就能很好地說明大氣壓的存在。礦泉水瓶之所以壓癟，并不僅僅是瓶內氣體遇冷收縮，更重要的是瓶外存在壓力！這個壓力存在，正好說明了瓶外的氣體存在壓強，這就是大氣壓強！同樣的道理，橡皮帽壓在黑板上，能承受一定的拉力而不脫落，也是由于大氣壓強產生的壓力作用在橡皮帽上的結果。
如果礦泉水瓶不蓋蓋子，瓶內外都受到氣體的壓強，內外壓力平衡，瓶子就不會壓癟；同樣的道理，在橡皮帽上開個小孔，橡皮帽和黑板之間就會有空氣，橡皮帽的兩面都受到氣體的壓強，壓力平衡，橡皮帽就不會壓在黑板上。
學生活動：模擬馬德堡半球實驗
參考課本P90動手動腦第二題，每4個學生為一小組，每小組發給器材：密封并帶套索的橡皮帽二個，彈簧測力計二個。實驗結束后，讓小組代表談談實驗感受或實驗結論，試圖得出：
①大氣內部確實存在壓強，是大氣壓強產生的壓力將橡皮帽壓緊的；
②彈簧測力計的示數達到量程的最大值，也沒將橡皮帽拉開；再用二個同學用手直接拉，要用很大的力才能拉開，說明大氣壓強比較大；
③將橡皮帽沿著水平方向、豎直方向、斜著方向等不同方向拉，彈簧測力計都有示數，說明大氣向各個方向都有壓強。
我們剛才用橡皮帽代替馬德堡半球，用彈簧測力計代替馬，模擬了馬德堡半球實驗，馬德堡半球實驗有力地證明了大氣壓的存在。事實上，大氣壓強時時刻刻都在我們身邊，不管抽沒抽氣，馬德堡半球外部始終受大氣壓作用。只不過抽氣前，內外氣壓值一樣，所以二個球很容易拉開，大氣壓顯示不出來；抽氣后，外界大氣壓遠大于球內氣壓，因而表現出把兩個半球緊緊壓在一起了。
實際上能證明大氣壓存在的實驗有很多，如用吸管吸飲料、鋼筆吸墨水等等。
大氣壓的測量
（1）大氣壓的粗略測量
學生活動：每4個學生為一小組，每小組發給器材：鐵架臺、杠桿支架、塑料注射器（帶套索，直徑2cm）、彈簧測力計（5N）、橡皮塞。
Ⅰ.裝配圖
Ⅱ.實驗原理： P=F2π r2
Ⅲ.數據記錄：r=1cm S=3.14159cm2
F1=4N F2=32N P=1.01859×105Pa
Ⅳ.注意事項：
①組裝好實驗裝置后，要讀出空載時彈簧測力計的讀數；
②二名同學配合，同時拉動彈簧測力計和注射器，同時確保杠桿支架在水平位置、彈簧測力計和注射器在豎直位置；
③拉動前，要將注射器的活塞推到底，拉動時注射器的口要用橡皮塞堵住；
④當活塞大約位于注射器的中部時，讀出彈簧測力計的示數；
⑤實際的F1要減去空載時彈簧測力計的讀數。
學生代表交流實驗結果，看哪一個小組的實驗數據與P0＝1.013×105Pa最接近。
教材上類似的實驗是用塑料吸盤做的，由于塑料吸盤的面積太大，彈簧測力計的量程過小，所以改用截面積較小的注射器來做。同時本實驗還培養了學生團隊精神和學以致用的意識。
（2）大氣壓的精確測量：托里拆利實驗
上述方法測出的大氣壓的值不精確，怎樣精確測量大氣壓呢？我們先來聽一則故事：
早在 1640年，在意大利北部佛羅倫薩城，塔斯坎寧大公爵在家里的花園中修建了一座十分精美的噴水池，為了保證有足夠的水源供給，就在園中挖了一口井，井口離地面足有十多米，并且裝上了強有力的抽水機。大公爵和設計師想，在晨曦中噴泉與園內景色相映一定美極了。工程完成后，大公爵選擇了吉日邀請了親朋好友，正式揭幕噴泉。可是十分掃興，盡管抽水機不停地工作，噴水池卻噴不出一滴水來。實際上，在當時的生產實踐中，這類問題不止出現一次。礦工們早就發現無論費多大的努力都不可能把礦井里的水吸到離地面10米以上的地方。噴水池風波雖然結束了，但問題卻留給了科學家。到底大氣壓能支持多高的水柱？大氣壓到底有多大呢？三年之后，一位青年學者找到了答案，他就是伽利略的學生托里拆利。
因為水銀有毒，所以現在在課堂上不做托里拆利實驗了。這個實驗我們可通過視頻錄像來了解全過程。
打開DVD和大屏幕彩電，放《托里拆利實驗》錄像。
通過看錄像，我們知道，大氣壓能支持76厘米高的水銀柱，而水銀的密度是水密度的13.6倍，也就是說能支持水柱的高度應為13.6×0.76m，約為10.3m，如果超過了這個值，則無論用多強勁的抽水機都無濟于事，而且如果違背了科學，再選良辰吉日都是無稽之談。
托里拆利實驗測大氣壓的原理是：P=ρgh
76厘米高的水銀柱產生的壓強有多少帕呢？請同學們根據液體壓強的計算公式：P=ρgh算一算（1.012928×105帕）
通常把76厘米高的水銀柱產生的壓強叫做標準大氣壓，用P0表示。
P0＝760mmHg=1.013×105Pa (粗略計算中，1P0＝105Pa)
影響大氣壓的因素
（1）離地面越高，大氣壓越小
（2）大氣壓還與天氣、時間、地點等有關。
大氣壓與生產生活
（1）水銀氣壓計攜帶不方便，人們發明了金屬盒氣壓計，它用在滅火器、氧氣瓶等上面，登山、航空用的高度計，也是金屬盒氣壓計。
（2）活塞式抽水機、離心式水泵都是利用大氣壓抽水的。
大氣壓問題解釋
（1）面積很大的房頂，為什么沒有壓垮？
（2）飲水機里面的水為什么不會流出來？
（三）小結：
請同學們回憶一下，這節課我們有哪些收獲？
（1）大氣內部存在壓強，大氣向各個方向都有壓強；
（2）大氣壓的測量有粗略測量和精確測量二種，精確測量的方法叫托里拆利實驗；
（3） P0＝760mmHg=1.013×105Pa
（4）離地面越高，大氣壓越小
（四）作業布置：課外小制作
（1）自制水氣壓計并測量不同樓層的氣壓。
（2）制作小雞自動給水器。
板書設計
大氣壓強
1 大氣壓的存在
（1）大氣對浸在它里面的物體有壓強，這個壓強叫大氣壓強，簡稱大氣壓或氣壓。
（2）大氣向各個方向都有壓強。
2 大氣壓的測量
（1）大氣壓的粗略測量
實驗原理：P=F2π r2
(2)大氣壓的精確測量——托里拆利實驗
實驗原理：P=ρgh
通常把76厘米高的水銀柱產生的壓強叫做標準大氣壓，用P0表示。
P0＝760mmHg=1.013×105Pa (粗略計算中，1P0＝105Pa)
3 影響大氣壓的因素：高度、（天氣、時間、地點）
離地面越高，大氣壓越小（高山上的大氣壓小）
4 大氣壓與生產生活
（1）氣壓計：①水銀氣壓計 ②無液氣壓計
（2）抽水機是利用大氣壓抽水的
教學反思
本節課重在學生的觀察、活動，從觀察活動中認識物理現象，總結物理規律，掌握研究物理問題的一般方法，從而培養學生學習物理的興趣，培養學生動手動腦的能力，加強學生從生活走向物理、從物理走向社會的意識，提高學生的綜合素質。本節課的特色是將教材中的二個實驗：馬德堡半球實驗和粗略測量大氣壓實驗作了精心的改進，器材容易取得，可操作性強，學生感同身受，參與率高。在粗略測量大氣壓實驗中，還利用了杠桿知識，使學生進一步認識到了學習物理的重要性，同時也突顯了從物理走向社會的課程標準理念。
