數字化融入初中物理教學實例——液體的壓強

摘要：本文介紹教材（傳統）實驗和數字化融入液體壓強演示器，通過對比傳統實驗和數字化融入的創新實驗的教學效果，找到數字化融入液體的壓強教學切入點，便于初中物理實驗課和理論課教學經驗的積累。

關鍵詞：液體壓強計 " 液體壓強演示器 "原理

隨著國家新課改的逐步推進和信息教育技術的快速發展，數字化實驗開始進入課堂，打造信息技術與物理教學整合的新型教學模式。《基礎教育課程改革綱要（試行）》指出：“大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用，促進信息技術與課程的整合，逐步實現教學內容的呈現方式、學生的學習方式、教師的教學方式和師生互動方式的變革，充分發揮信息技術的優勢，為學生的學習和發展提供豐富多彩的教育環境和有力的學習工具。”現在以數字化融入初中“液體的壓強”的教學為例。

一、液體壓強計（傳統實驗）的結構與原理和使用方法

（一）液體壓強計的構造與原理

液體壓強計是由探頭金屬盒、橡皮軟管、玻璃U形管（內裝有液體）等部分組成，如圖1所示。U形管的右管開口向上，左管通過皮軟管和一個扎有橡皮薄膜的金屬盒相連，當金屬盒的橡皮膜不受壓強時，U形管兩邊液面相平，表示兩側液面上方的壓強相等；當金屬盒上的橡皮膜受到壓強時，U形管兩側液面便出現高度差，高度差越大，壓強越大。壓強大小可以使用p=ρ液gh來粗略計算，這里的h就是指U形管兩側液面的高度差。由于橡皮膜本身也有張力，所以測量數值會比真實值小，這種液體壓強計主要用于定性研究。

（二）液體壓強計的使用方法

使用前的檢查，先用手指壓橡皮膜，觀察判斷其左右壓強的變化是否靈活，確保連接處不漏氣，確保其測量的準確性。使用前要熟悉操作步驟，用手指對準橡皮膜輕壓橡皮膜，觀察壓強差與兩管水面高度差的關系，從而了解壓強計的使用方法。使用時先將小長方體木塊先后平放和豎放在橡皮膜上，對膜的壓力一定，但壓強不同，可以說明壓強計測量的是壓強，而不是壓力。將金屬探頭浸入液體中某處，記下此時高度差，保持金屬桿穩定，將橡皮膜的方向旋轉到指定方向，記下此時的高度差。

二、數字化融入的液體壓強演示器的結構與原理和使用方法

（一）液體壓強演示器的結構

液體壓強演示器是由水箱、載物盒、壓強計、數顯壓力表、漏斗、鉤碼、砝碼、直管、斜管、折管，如圖2所示。

（二）液體壓強演示器的原理

當受力面積一定時，載物盒放入水中，載物盒的下表面（受力面）所在位置，根據二力平衡，受到F液=F固，則p液=p固，再根據 p=F/S，計算出固體壓強，即等效為液體壓強，原理圖如圖3所示。

然后再根據控制變量法進行實驗探究：1.當液體密度一定時，探究液體壓強與液體深度的關系，通過增加鉤碼，改變載物盒的總重，記錄載物盒下表面浸入水中的對應深度，采集多組實驗數據，輸入Excel軟件，自動生成函數圖像，從而得到p-h關系：當液體密度一定時，液體壓強與液體深度成正比，其比值為g；2.當液體深度一定時，探究液體壓強與液體密度的關系，改變液體的密度，通過加減砝碼，使載物盒的下表面始終處于同一深度處，記錄不同液體中載物盒的總重，計算出對應的壓強，采集多組實驗數據，輸入Excel軟件，自動生成函數圖像，從而得到p-ρ關系：當液體深度一定時，液體壓強與液體密度成正比，其比值為g；從而得到液體壓強的公式為：p=ρgh。

（三）液體壓強演示器使用方法

轉換法探究液體壓強：將液體壓強轉換為固體壓強來研究，從而將教材中的定性探究升級為定量研究：在同種液體中，比如在水中，1.測量出載物盒的受力面積S；2.稱量出載物盒的自重G；3.將載物盒放入水中，當載物盒靜止時，讀出載物盒受力面（下表面）浸入水中的深度h； 利用p=F/S（注意每個物理量都采用主單位）計算出載物盒下表面所在位置的壓強p；將p和對應的深度記錄在實驗表格中，這樣就完成了第一組實驗數據的采集；在載物盒中增加一個50g的鉤碼，重復上述操作，完成第二組實驗數據的采集；同理，不斷地在載物盒中增加鉤碼的個數，改變液體壓強的大小，分別記錄不同壓強p和對應的深度h；從而采集到多組實驗數據；將多組實驗數據錄入實驗表格中，Excel軟件就會自動生成p-h圖象（如圖4所示），從而得到實驗結論1：當液體密度一定時，液體壓強與液體深度成正比，其比值為g；同理，當液體深度一定時，將多組實驗數據錄入實驗表格中，Excel軟件就會自動生成p-ρ圖象（如圖5所示），可以得到實驗結論2：當液體深度一定時，液體壓強與液體密度成正比，其比值為g；從而得到液體壓強的公式為：p=ρgh。

放大法探究液體壓強：通過改進和精加工的壓強計，探究液體壓強的大小與液體深度和液體密度有關；而與方向無關。

數字化探究液體壓強：如圖6所示，利用數顯壓力表和直管、斜管、折管，進行進一步的實驗，探究液體壓強，從而得出液體壓強的大小與液體密度和液體深度有關，而與容器的形狀和傾斜程度無關。

三、結語

目前，教科版八年級物理下冊采用的是微小壓強計來探究液體的壓強，雖然現象直觀，但是存在以下不足之處： 只能進行定性探究，不能進行定量研究；只能從理論上推導得出液體壓強公式，缺乏實驗支持，比較抽象，學生難以理解；教材中的微小壓強計組裝比較麻煩，操作比較困難等。為了解決傳統液體壓強演示器“微小壓強計”存在的不足之處該教具的主要優點表現在以下四個方面。1.原理創新。通過原理的創新，將教材中的定性探究升級為定量研究，科學性更強。2.該教具將教材中的理論推導升級為實驗探究，操作性更強。3.通過教具的放大改進和精加工，既保留了教材實驗的優點，又使實驗現象更加明顯，直觀性更強。4.通過采用數顯壓力表和Excel軟件對采集的實驗數據，進行分析處理，獲得實驗結論，準確度更高。