壓強實驗的改進與創新

摘 要：探究“壓強大小與哪些因素有關實驗”為初中力學重點實驗之一.在人教版教材中通過小桌子和砝碼放在海綿上不同場景來進行實驗探究.針對書本實驗中學生易將探究因素壓力與重力混淆、實驗數據不充分問題，筆者對實驗進行改進與創新，幫助學生用更加簡單易懂的方法建構新知，提高物理學科素養.

關鍵詞：初中物理;壓強;實驗創新

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）04-0039-02

作者簡介：紀慶群（1988-），男，江西鄱陽人，碩士，中學一級教師，研究方向：初中物理實驗創新研究.

探究“壓力作用效果與哪些因素有關實驗”是人教版物理（八年級下冊）第九章第1節內容，也是初中階段力學重點實驗之一.在教材中，通過改變桌面上砝碼的個數來改變桌面對海棉壓力的大小，從而來探究壓力大小對壓力作用效果的影響.這里存在三個問題：第一個問題是學生很容易認為壓強的影響因素是重力而不是壓力，原因是實驗中確實是通過改變物體重力大小而改變壓力大小的.第二個問題是我們只能夠探究豎直向下的壓力，而無法探究水平方向的壓力.第三個問題是壓力大小變化不連續，且無法直接讀出壓力大小，無法實現直接反饋.在探究“壓力作用效果與受力面積關系”實驗時，教材中通過把桌子正面朝上和朝下改變受力面積，但是只有兩組數據無法得到普遍結論，缺乏說服力.另外實驗操作的過程中不夠簡潔方便.針對以上存在的問題，筆者對實驗進行了相應的改進.

1 實驗儀器改進與制作

1.1 實驗準備

拉壓測力計1個、圓形磁鐵若干、塑料管1根、硬卡片若干、502膠水1瓶、海綿1個.

1.2 教具制作

將塑料管截成長短相同3個小塑料管，將硬卡片裁剪成3個大小不一的圓，目的是得到三個不同的受力面積.用502膠水把裁成圓的卡片和圓形磁鐵分別粘在小塑料管的兩端，我們把組合好的塑料管稱為“受力面積柱體”.在拉壓測力計底部也粘上圓形磁鐵，用來連接不同受力面積柱體.教具制作圖如圖1所示.

為了確保3個受力面積柱體質量相等，將他們依次放在天平上測定其質量.因為唯一的區別在于圓形卡片質量，所以質量相差不大，只需通過增減一些膠水達到質量相等即可.

2 教具的使用方法

受力面積柱體可以通過圓形磁鐵吸引和拉壓測力計連接.在改變受力面積時，我們只需要更換受力面積不同的柱體即可.當我們需要改變壓力大小，可以用不同大小的力按壓“拉壓測力計”，讀出拉壓測力計示數，同時觀察海綿的凹陷程度.如圖2所示.

3 實驗改進與效果評價

探究“壓力作用效果與哪些因素有關”實驗包括兩個部分，分別是：（1）當受力面積不變時，探究壓力作用效果與壓力大小的關系;（2）當壓力大小不變時，探究壓力作用效果與受力面積關系.下面我們就用改進的實驗教具來進行實驗探究.與教材中的實驗進行對比，體現改進后實驗的優勢.

在“受力面積不變時，探究壓力作用效果與壓力大小的關系”實驗中，課本實驗中是通過改變砝碼重力來改變壓力，學生容易將重力和壓力混淆.在這里，我們通過用不同大小力去壓“拉壓測力計”來改變壓力大小.無重力改變，只改變壓力，從而突破“重力和壓力易混淆”這一難點.課本實驗中是無法探究“水平方向的壓力與壓力作用效果的關系”，實驗結果的獲得不夠嚴謹科學.在這里，我們使用“推壓測力計”可以很輕松完成水平方向上的實驗，如圖3所示.

課本實驗中壓力是不連續的，也不直觀，需要計算砝碼重力算出.在這里，我們可以連續地改變壓力大小，同時直觀地讀出示數，動態地觀察壓力變化時海綿的凹陷情況.

在“當壓力大小不變時，探究壓力作用效果與受力面積關系”實驗中，課本實驗中只有桌面正反兩個受力面積.在這里，我們可以制作多個受力面積不同的柱體，得出的實驗數據更充分，也更具有說服力，另外實驗操作簡單，通過圓形磁鐵的吸引，可以快速地把實驗組裝完成.

本實驗裝置在我校學生實驗中已經投入使用.通過實驗測試數據，我們發現，通過與往屆學生對比，學生對“壓力與重力知識點”選擇題正確率從原來70%提高到95%.說明學生整體對該知識點掌握情況良好，理解較為透徹.

4 總結

本文介紹了課本實驗中存在的一些問題，并提出了改進的方法，給出了教具的制作流程以及使用方法.我們發現，通過使用新教具能夠解決書本實驗的一些不足之處，并且突破難點，突出重點.在實際教學過程中，發現新教具更能啟發學生，開拓學生思維，提高學生的探究能力和物理素養.本教具也存在一些不足之處，如學生對“推拉力計”比較陌生，原理并不清楚，使用的過程中存在一些疑惑.

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（收稿日期：2020-11-14）