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“大氣的壓強(qiáng)”教學(xué)設(shè)計(jì)與評析

“大氣的壓強(qiáng)”教學(xué)設(shè)計(jì)與評析



( 2 )從馬德堡半球?qū)嶒?yàn)我們同樣可以想到,如果知道了大氣施加給半球的壓力 F 和半球的面積 S ,就可以利用公式 p =( F / S )算出大氣壓強(qiáng)。這個壓力 F 與剛好把半球拉開時的拉力的大小相等,測出拉力的大小就可以知道 F 的大小。由于圓形的表面積不方便計(jì)算,我們可以把半球改裝成正方體容器,這樣面積 S 能較容易的測出。盡管利用這個實(shí)驗(yàn)的原理和裝置可以測算出大氣壓強(qiáng),但是,由于需要很大的拉力才能把半球拉開,而且剛好把半球拉開的力并不容易確定出來,所以上述實(shí)驗(yàn)缺乏可行性。 

( 3 )從倒置水杯實(shí)驗(yàn)我們可以想到,大氣壓強(qiáng)等于水杯內(nèi)水的壓強(qiáng)與杯底對水的壓強(qiáng)之和。杯內(nèi)水的壓強(qiáng)可以很方便的測算出,但杯底對水的壓強(qiáng)無法得到,顯然用這樣的實(shí)驗(yàn)裝置無法測出大氣壓強(qiáng)。 

( 4 )從有孔的可樂瓶能裝水這一實(shí)驗(yàn)我們可以想到,大氣壓強(qiáng)等于瓶內(nèi)水的壓強(qiáng)與瓶內(nèi)水上方氣體的壓強(qiáng)之和。瓶內(nèi)水的壓強(qiáng)可以很方便的測算出,但瓶內(nèi)水的上方氣體的壓強(qiáng)無法得到,顯然用這樣的實(shí)驗(yàn)裝置也無法則出大氣壓強(qiáng)。 

( 5 )將上面兩個實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來考慮,我們發(fā)現(xiàn)都是水上方的壓強(qiáng)無法確定,那么,如果我們想辦法讓水上方的壓強(qiáng)為零(這樣容器頂不會對水產(chǎn)生壓強(qiáng)),也不讓水的上方有氣體(這樣就沒有氣體壓強(qiáng)作用在水的上方),于是,只要我們測出水柱的高,算出水柱的壓強(qiáng),我們就能得到大氣壓強(qiáng)。 

( 6 )我們遇到新問題是,當(dāng)我們試圖把裝水的容器上方抽成真空時,水面在不斷地向上升,為了讓水不接觸容器頂,容器得不斷地加長(放錄像:抽出管中的空氣時,可以把水抽到高達(dá) 10 m以上)。顯然,用這種方法來測大氣壓強(qiáng)必須要有足夠長的管子和足夠高的空間。在新的問題面前,我們考慮到在這樣的裝置下,大氣壓強(qiáng)等于液體的壓強(qiáng),而液體的壓強(qiáng)與液體的高度和密度有關(guān)。在大氣壓強(qiáng)不變的情況下,如果換用密度較大的液體,液體的高度應(yīng)該會按比例降低。于是我們考慮把水換成水銀,發(fā)現(xiàn)當(dāng)水銀上方抽成真空時,水銀柱的高度不到 1 m,這證明我們的思路是正確的。另外,考慮到使用抽氣機(jī)把液面上方的空氣抽成真空既不方便,也不好實(shí)現(xiàn),我們想到,先把一段長 1m 左右的玻璃管內(nèi)裝滿水銀,再將其倒置于水銀槽內(nèi),這樣,當(dāng)管內(nèi)水銀面下降時,上方自然成為真空(如圖 1 所示,圖略)。這樣的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟最早是由托里拆利設(shè)計(jì)的,所以把這樣測定大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)叫做托里拆利實(shí)驗(yàn)。 

5. 托里拆利實(shí)驗(yàn) 

實(shí)驗(yàn) 7 (教師做該實(shí)驗(yàn))第一步:規(guī)范操作托里拆利實(shí)驗(yàn)全過程,得出此時此地的大氣壓強(qiáng)的值。第二步:傾斜玻璃管,讓學(xué)生讀出水銀柱的豎直高度;第三步:換用不同的內(nèi)徑的玻璃管做該實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生讀出所測大氣壓強(qiáng)的值。 

分析實(shí)驗(yàn)托里拆利實(shí)驗(yàn)中,水銀柱液面的高度差與玻璃管內(nèi)徑的粗細(xì)、玻璃管是否傾斜無關(guān)。根據(jù)所測得的數(shù)值計(jì)算出當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)的值,并讓學(xué)生了解在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,大氣壓強(qiáng)可支持 760 mm Hg ,此時對應(yīng)的大氣壓強(qiáng)的值是 1.01 × 105P a。 

6. 討論與練習(xí) 

討論 1 大氣壓強(qiáng)這么大,為什么我們感覺不到 ? 

討論 2 把裝滿水的量筒浸入水中,口朝下,抓住管底向上提,在筒口離開水面前,量筒露出水面的部分是空的 ? 是有水,但不滿 ? 還是充滿水 ? 為什么 ? 

練習(xí) 1 、課本第 131 面 1 、 2 題。 

練習(xí) 2 、如圖 ( 圖略 ) 所示是托里拆利實(shí)驗(yàn)的示意圖,已知當(dāng)時的大氣壓等于 760 mm Hg 產(chǎn)生的壓強(qiáng),則 A 點(diǎn)的壓強(qiáng)、 B 點(diǎn)的壓強(qiáng)、 C 點(diǎn)的壓強(qiáng)分別是多少 ? 

7. 小結(jié) 

本節(jié)課的主要內(nèi)容是: 

( 1 )通過實(shí)驗(yàn)確定大氣有壓強(qiáng);( 2 )托里拆利實(shí)驗(yàn)是歷史上首次測定大氣壓強(qiáng)的著名實(shí)驗(yàn);( 3 )在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,測出的大氣壓強(qiáng)與 760 mm Hg 水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等。 

專家點(diǎn)評:王建國 

一、本文的設(shè)計(jì)思想充分體現(xiàn)了作者的教育教學(xué)理念是與素質(zhì)教育的要求相一致的。在整節(jié)課中,從問題的提出,到問題的解決,作者始終把學(xué)生放在第一位,引導(dǎo)學(xué)生自己分析、自己改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置,層層深入,步步遞進(jìn),最后得出了與托里拆利實(shí)驗(yàn)相近甚至相同的實(shí)驗(yàn)裝置和方法,不僅充分發(fā)揮了學(xué)生探索學(xué)習(xí)的主動性,而且激發(fā)了學(xué)生探索知識奧秘的興趣。 

二、作者清楚地認(rèn)識到物理教學(xué)的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn),新課的引入、重點(diǎn)的講授、難點(diǎn)的突破均是構(gòu)建在堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的,這是本文的亮點(diǎn)之一。 

三、作者巧妙的采用了對比方法,“空氣,也像液體那樣受到重力作用,而且能流動……”完成了知識能力的遷移,但同時又提醒學(xué)生,切記不能不經(jīng)過分析論證隨意遷移,過渡自然貼切。 

四、作者在教學(xué)中敢于也善于改革創(chuàng)新,在介紹著名的托里拆利實(shí)驗(yàn)時,一反常規(guī),在縝密分析的引導(dǎo)下,從無法到有法,由難辦到易辦,再由復(fù)雜到簡單,盡可能減少非必要因素的干擾,最終創(chuàng)造一個環(huán)境,自然而然地將實(shí)驗(yàn)對象和操作過程理想化,以暴露事物的真相。這種科學(xué)思想的邏輯行程對學(xué)習(xí)科學(xué)理論、培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)是極為有益的,這又是本文另一道亮麗的風(fēng)景線。  
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