简析“静止液体内部压强公式验证”实验的设计策略，本文主要内容关键词为：压强论文,公式论文,液体论文,策略论文,简析论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
初二物理[1]中“静止液体内部压强公式的验证”实验， 一直是教学难点。在教学中，如果不能理解实验的设计策略，就不能有效的指导学生完成实验。本文就该实验的设计策略进行简要的分析，并对如何更好的发挥该实验的作用提出改进意见。
1 实验的设计策略简析
学生通过观察利用压强计来研究液体内部压强的实验，已经获得了直观的感性认识，即液体内部压强跟液体深度有关，深度增加，压强增大。又通过理论分析推导出液体内部压强公式p＝ρgh， 得出了液体内部压强跟深度成正比的结论。这时学生对此物理规律的认知建构已初步形成。然而这时再设计一个验证实验到底起到什么作用呢？文献[2 ]对该实验的教学目标叙述为：
1）物理知识方面的目标
验证液体内部压强跟深度成正比。
2）能力培养方面的目标
a.通过对平底玻璃管静止浮在水面现象的观察，培养学生的观察能力和抽象思维能力。
b.用到了二力平衡、压力、压强、密度等多个知识点，提高学生综合运用物理知识分析、解决问题的能力。
c.通过对数据进行分析、处理，归纳、总结得出结论，开发学生的智力，培养科学态度。
3）操作技能方面的目标
a.会用直尺、三角板或圆规测平底玻璃管的直径，能正确读数和记录数据。
b.进一步训练正确使用天平。
c.用正确的操作方法测量出玻璃管底在液面下的深度。
d.能解决实验中出现的问题，如玻璃管重心太高，用螺钉配重，尝试装入适量的沙子，尤其第一次不能装太多，使玻璃管刚好竖直浮在水中；操作中要轻拿轻放；3组数据要有较好的区分度等。
经分析我们看出实验的直接目标简单明了，但在完成实验过程中涉及的知识点和运用的操作技能，是以前所学知识的集合。通过实验培养学生的多种能力的意义超过了完成知识目标本身。该实验教学的全过程是对学生心智活动和操作技能的综合训练。这表明了该实验的设计策略，并不是单纯为了验证压强和深度的正比关系，而是对学生进行一次多种能力的训练。因为初二学生的思维正处在由经验型向理论型转变的开始阶段，学生刚刚开始接触通过建立物理模型分析物理问题的方法，如前面学习牛顿第一定律的推导，液体内部压强公式的推导等。而后将学习的知识，如连通器的原理和浮力产生的原因等，都需要抽象的思维形式，所以不失时机的对学生进行综合训练，正是设计该实验的策略。
2 两种实验设计思路比较及改进
如图1（a）所示，文献[2 ]中的实验是让学生从观察平底玻璃管竖直漂浮在水中不动的现象入手，学生由于生活经验所致常常回答：“这是因为玻璃管受到浮力的缘故。”浮力是后续的教学内容，所以教师往往很勉强的去避开浮力而向压力方向引导。开始时学生不会想到这与验证p和h成正比有何关系。教师一步步引导分析，只有推到最后，学生才恍然领悟实验的设计思想。如果对实验设计的原理仍不能理解的学生，那么整个实验过程只能是“雾里看花”，始终不清楚为什么这样做，最后的数据也不会分析处理。这个实验确实是一个培养各种综合能力的好实验，但不足之处就是压力产生的效果不直观。笔者在教学中还感到该实验对操作技能要求较高。学生取得的3组数据相差太小，误差很大，处理困难。
如图1（b）所示，文献[1 ]中的实验策略是采用一个两端开口的玻璃管竖直插入水中，再向管中缓缓注入煤油，使煤油高出水面1cm 左右，然后测管中煤油柱的深度h＇，和管外水面到煤油柱底端的深度h。改变玻璃管中煤油柱的深度再做2次，取得3组数据，煤油柱的重力是根据它的体积和密度计算得到的，分析数据，得出p与h成正比关系的结论。该实验设计策略有如下优点：
图1 液体内部压强公式推导用图
1）由于煤油柱高出水面较多，形象直观， 学生观察后容易产生它由什么支持住的疑问，经过思索，可以猜想是靠水对它的压力支持，进而引出对水的内部压强的思考。
2）不用天平测量，使实验操作简单化。
笔者在教学中也发现该实验设计的不足之处：一是水对煤油柱产生压强的现象还不明显；二是h和h＇的测量较困难，误差也大；三是做完实验后，煤油无法回收，造成浪费和污染。
针对上述情况，我们对此实验进行改进：
1）如图2（a）所示， 在两端开口的玻璃管的一端扎一块薄橡皮模，再向管内缓缓倒入煤油，可以看出橡皮膜凸出的情况。把玻璃管竖直立在桌面上可测出煤油柱的高度h＇，和玻璃管的长度。
图2 改进后验证压强公式原理图
2）把玻璃管竖直插入水中如图2（b）所示，随着深度的增加， 可以看到橡皮膜的凸出程度发生变化，上下移动玻璃管，可以看到橡皮膜或凸或凹的变化，直至调节到橡皮模变平。
3）量出玻璃管顶部到水面的距离， 用玻璃管的长度减去量出的这个距离，得出管底浸入水中的深度h。
4）再向玻璃管中加倒些煤油，按上述方法再做2次，得3组数据， 填入设计好的表格中。
这个实验设计策略有如下优点：
1）通过观察橡皮膜的凸或凹或平的变化， 非常形象直观的表明煤油柱对橡皮模的压强和水对橡皮膜的压强。并且上下移动玻璃管还可以动态观察橡皮膜在两个压强作用下产生的作用效果。
2）煤油柱的高度h＇和水的深度h能很方便的测出，准确度好。3次实验数据区分度好，便于分析说明结果。
3）实验操作难度减小，成功率高。煤油可以回收重复使用。 节约实验费用。
4）用染色的酒精也可以完成此实验。
改进后的实验由于给学生提供的物理情景生动形象，强烈的激发了学生的兴趣和探索规律的愿望；学生触景生疑，很快进入对实验目标的思考，经过自己的探索和教师的点拨，把已有的知识应用到分析现象、解决问题的过程中去。课堂气氛活跃，设计实验的策略得到贯彻，收到良好的教学效果。