U型管壓強計的創(chuàng)新設(shè)計與改進

賈火炬

(安徽省蕪湖市繁昌區(qū)第三中學(xué) 241000)

液體內(nèi)部壓強規(guī)律是初中物理教學(xué)中非常重要的內(nèi)容，U型管壓強計是力學(xué)中探究液體壓強的重要實驗器材，它能探究液體內(nèi)部壓強與液體深度和密度的定性關(guān)系.因此學(xué)會使用U型管壓強計至關(guān)重要，為了在課堂教學(xué)中實現(xiàn)更好的教學(xué)效果，解決教學(xué)中的重難點，教具的使用就十分重要.筆者對傳統(tǒng)U型管壓強計進行了創(chuàng)新設(shè)計與改進.改進了傳統(tǒng)U型管壓強計無法同時顯示長方體四個面受到的液體壓強和無法同時顯示在兩種不同液體中受到的液體壓強的缺點.

一、傳統(tǒng)U型管壓強計的不足

滬科版八年級物理教材安排了如圖1所示U型管壓強計來研究液體內(nèi)部壓強規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容，由于既要研究同種液體內(nèi)部壓強與深度的關(guān)系，又要研究同種液體內(nèi)部壓強與方向的關(guān)系，還要研究不同液體內(nèi)部壓強與密度的關(guān)系，因此在實驗的過程中需要改變深度、改變壓強計的方向、改變液體的密度等要素，每一個規(guī)律的探究都要做多次實驗，同時要準(zhǔn)確記錄每次U型管兩側(cè)的高度差，由于標(biāo)注刻度的分度值大，導(dǎo)致讀數(shù)誤差較大，不利于得出正確的實驗結(jié)論.傳統(tǒng)U型管壓強計在使用過程中存在多次讀數(shù)、誤差較大、不能同時比較實驗現(xiàn)象等不足.

圖1

為了很好的解決這些問題，筆者對傳統(tǒng)U型管壓強計進行了創(chuàng)新設(shè)計與改進，使創(chuàng)新教具既可以演示在同種液體同時顯示長方體四個面受到的壓強，又可以演示在不同液體中同時顯示受到的兩個液體壓強.

二、U型管壓強計的改進與創(chuàng)新

1.演示液體內(nèi)部各個方向都有壓強和液體內(nèi)部壓強與液體深度的關(guān)系

(1)實驗裝置結(jié)構(gòu)

實驗裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要器材有手柄(手機自拍桿)、長方體木塊、蒙有橡皮膜的金屬盒4個、裝有紅色液體的U型管4個、軟塑料管4根、盛水容器、底座，利用四個U型管壓強計同時顯示上、下、左、右四個方向都有壓強，也可利用四個U型管壓強計同時顯示長方體上、下、左、右四個面上受到的壓強，從而得出液體內(nèi)部壓強與液體深度的關(guān)系.

圖2

(2)實驗過程

把手機自拍桿、四個蒙有橡皮膜金屬盒固定長方體木塊上，將四個裝有紅色液體的U型管固定在底座支架上，用軟塑料管把四個蒙有橡皮膜金屬盒與四個相對應(yīng)的裝有紅色液體的U型管連接好，最后將長方體浸入盛水容器中，如圖3所示可以直接觀察到四個U管兩邊液柱都有高度差，從而得出長方體四個面(即上、下、左、右四個方向)在液體中受到了壓強.且左右兩個面對應(yīng)的U管兩邊液柱高度差相等，從而得出同一種液體在同一深度處壓強相等；下表面對應(yīng)的U管兩邊液柱高度差比上表面對應(yīng)的U管兩邊液柱高度差明顯大，從而得出同一種液體在不同深度處壓強不相等，深度越大，壓強越大.

圖3

2.液體內(nèi)部壓強與液體密度的關(guān)系

(1)實驗裝置結(jié)構(gòu)

主要器材有U形對稱手柄、蒙有橡皮膜的金屬盒2個、裝有紅色液體的U型管2個、軟塑料管2根、容器2個、底座，利用2個U型管壓強計同時顯示在水和鹽水中同一深度處的壓強，從而得出液體內(nèi)部壓強與液體密度的關(guān)系.如圖4所示.

圖4

(2)實驗過程

把2個蒙有橡皮膜金屬盒固定在U形對稱手柄上，將2個裝有紅色液體的U型管固定在底座支架上，用軟塑料管把2個蒙有橡皮膜金屬盒與2個相對應(yīng)的裝有紅色液體的U型管連接好，最后將壓強計浸入水和鹽水同一深度處，如圖5所示可以直接觀察到2個U型管兩邊液柱都有高度差，且壓強計在鹽水中的高度差大于壓強計在水中的高度差，從而得出在同一深度時，液體的密度越大，液體內(nèi)部壓強就越大的結(jié)論.

圖5

三、裝置的創(chuàng)新點

1.注重突破教學(xué)的重難點.創(chuàng)新器材的形狀與結(jié)構(gòu)與課本中的U型管壓強計相似，而且比課本中的U型管壓強計體積大，便于學(xué)生更快的速度接受它和更好的理解相關(guān)知識，將實驗的過程真實、清楚、完整的呈現(xiàn)給學(xué)生，不但能培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，更有利于培養(yǎng)科學(xué)的方法和科學(xué)的思維，有利于知識的深層次學(xué)習(xí)與建構(gòu)，從而突破教學(xué)的重難點，最終達到發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)新課程目標(biāo).

2.注重讓實驗現(xiàn)象更直觀明顯.該創(chuàng)新教具能同時直觀形象地看到四個面上受到的壓強的大小(同液不同深度)；也能同時直觀形象地看到二個面上受到的壓強的大小(不同液同深度)，使實驗現(xiàn)象更加明顯，讓學(xué)習(xí)更輕松更高效.

3.注重實驗方法的培養(yǎng).本創(chuàng)新實驗中用到了轉(zhuǎn)換法和同時對比法，為學(xué)生今后進行科技創(chuàng)新起到了示范引領(lǐng)的作用，特別對學(xué)生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)有一定的啟發(fā)作用.

4.注重與生活和社會的聯(lián)系.利用現(xiàn)代信息技術(shù)、壓強傳感器、手機、學(xué)生平板等器材為教學(xué)服務(wù)，使實驗現(xiàn)象直觀清晰，真正體現(xiàn)了 “從生活走向物理，從物理走向社會”新課程理念.