揭示科学本质的实验及教学运用（下），本文主要内容关键词为：本质论文,科学论文，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。
三、液压
液体的压强一直是初中科学教学的一个难点。其原因是初中生不了解它的起因，加上教学中不要求规范的受力分析方法，学生很容易把固体压强的观念套用于液体压强，从而对液体压强的大小、液体压力的方向和液压的传递缺乏正确的把握，影响了后续内容（如浮力）的学习。
在多年的教学实践中，我们根据液体压强的本质特性，用简易的器材设计了一组颇有创意的实验，较好地解决了液体压强的教学难点，受到了学生们的喜爱。
1.液体压强的大小
液体的压强公式p=ρgh虽简单，但要真正理解它的内涵，透视出液体压强大小的本质，却不是那么容易的。通过定量的、直观的实验演示，定能帮助学生理解液体压强的特点。
(1)器材与装置
图7
大针筒(100mL)1支，台秤，长玻璃管，橡皮管，铁架台。
(2)设计意图
将针筒筒身用铁架台固定，活塞当作容器的底，因为受力面积不变，则当作用在活塞上的压强发生变化时就会引起台秤的读数（即活塞对测力计的压力）变化，从台秤读数可知液体对容器底（即活塞）的压力，从而根据压强定义式计算出活塞受到的压强。
(3)步骤与现象
①先用针筒抽取一定量的水，使水能充满玻璃管，按图7所示组装好器材，确保针筒能上下自由移动。
②将玻璃管从倾斜逐渐变为竖直，可以观察到台秤的读数逐渐增大。说明液体压强随深度的增加而增大。
③换用不同粗细、不同形状的玻璃管，重复上述步骤，比较深度相同时台秤的示数，探究得出液体产生的压强与容器的形状及横截面积的大小无关。我们测得的几组数据如表1：
表1
液柱高／cm0 6.5 19.5 39.0
台秤读数／g
070.0210.0425.0
2.液体压强的本质
静止液体对容器底部的压力与液重之间的关系比较抽象，形成了初中科学教学中的一大难点。要让学生理解液体对容器底部的压强(p=ρgh)只与液体的密度、深度有关，而和容器的形状、液体的重量等无关，必须精心设计好实验。
(1)器材与装置
将3支大针筒(100mL)的底环割去，用透明塑料纸制成柱体、上大下小和上小下大的锥形容器套在大针筒上，用铁架台将针筒的筒身固定（如图8），一定要竖直，确保活塞能上下自由滑动，将活塞放置在测力计上。
图8
(2)设计意图
将活塞作为容器的底部，通过测力计的读数变化（即活塞对测力计的压力），读出液体对容器底（即活塞）的压力，从而解决不能直接测量液体对容器底的压力的难题。
(3)步骤与现象
①按图9所示组装好器材，确保针筒能上下自由移动。
图9
②当容器内无水时，通过调零，使测力计的读数为零。
③分别用大针筒向三种容器中注入水，比较注入水的质量（从大针筒的刻度上读出）与测力计的读数的关系。
从三组实验可以清楚地看到：柱形容器中的水对容器底的压力等于水的重力；上大下小容器中水对容器底的压力小于水的重力；上小下大的容器中水对容器底的压力大于水的重力。
3.液体压强的方向
液体向各个方向都有压强。
(1)器材与装置
矿泉水瓶2只，带孔橡皮塞2个，玻璃导管，橡皮导管50cm，水槽，小刀。
(2)设计意图
用小刀割去一个矿泉水瓶的底部，做成漏斗。在另一个瓶子的侧壁中上部用刀子竖直地划几条约3cm长刀痕，在刀痕处箍上一根橡皮筋，要将侧壁划透，刀片要薄。由于瓶子侧壁的缝隙非常薄，装满水时，水对瓶子侧壁的压强比较小，由于水的表面具有一定的张力，此时无明显的渗水现象。但瓶中的漏斗慢慢举高时，水对瓶子侧壁的压强逐渐增大。
(3)步骤与现象
如图10，用橡皮塞、导管将矿泉水瓶与漏斗进行连接，使矿泉水瓶和漏斗装满水，手持漏斗与瓶口相对齐，此时无明显的渗水现象。将漏斗慢慢举高，就可见刀痕处有水流出来。当漏斗举高到一定高度时，只见水流从刀痕处喷射而出。漏斗举得越高，水对瓶子侧壁的压强越大，所以就可以见到刀痕处有水流喷射的现象。
图10
也可用细针在矿泉水瓶子的侧壁中上部戳上许多细孔，同理操作，开始也无水流流出，当漏斗举高到一定高度时，只见水流从细孔中喷射而出，十分美丽。
4.液体压强的传递
帕斯卡定律是流体遵从的基本规律之一：加在密闭液体的压强，能够由液体以相同的大小向各个方向传递。液体传递压强是个较为抽象的现象。我们设计了以下的实验，效果颇佳。
(1)实验器材与装置
大针筒和小针筒各1只、铁架台、弹簧秤2只，按图11所示进行组装。
(2)设计意图
测出大小针筒的直径与挂在大小针筒活塞上的弹簧秤拉力的大小，通过计算对应针筒的压力与受力面积的比值，说明气体或液体能大小不变地将压强向各个方向传递。
图11
(3)实验步骤与现象
①先用大针筒抽取一定量的水（不用水而直接用空气也行），将大小针筒用橡胶管连接并用细铁丝扎紧。
②将针筒都固定在铁架台上，用弹簧秤分别拉大小针筒的活塞并读数，发现读数明显不同，而拉力与对应的活塞面积的比值大致相等（如图12）。
图12
③演示帕斯卡定律（液压机），也可以用如图13装置来进行。将大小针筒竖直固定，针筒内装水或直接用气体，在大活塞上放上较重的砝码，在小活塞上放上较轻的砝码，小砝码能举起大活塞上较重的砝码。并且大小针筒其上的砝码重力与针筒的横截面积的比值相等。
四、浮力
浮力的本质是浸在液体里的物体受到的压强差形成的，学生对浮力的理解偏差都由此而产生。实验是揭示科学本质的利器，它更有利于学生理解科学原理。
1.浮力的测量
(1)器材与装置
弹簧秤，台秤，大小针筒各1只，铁架台，烧杯。
(2)设计意图
图13
如图14a，演示台秤读数的增加值等于弹簧秤读数的减少值，说明物体受到的浮力与物体对液体的压力是相互作用力。
(3)步骤与现象
图14
2.浮力的本质
(1)器材与装置
弹簧秤、烧杯、台秤、针筒、水。
(2)设计意图
图15
3.物体的浮沉
取决于物体所受浮力和重力的大小。
(1)器材与装置
用有机玻璃板制作如图16所示的容器，容器分左右两格，内装碳酸钠溶液。左边，放置一个用眼药水瓶、铁屑、胶水制成的浮沉子，使它恰好能漂浮在液面上；右边放置一个用玻璃瓶、橡胶塞制成的浮沉子（代替潜水艇），使它恰好能漂浮在液面上；容器盖板上装有分液漏斗和一个小孔（带橡胶塞）。
图16
(2)设计意图
实现物体在液体中上浮或下沉，一般有两种方法：一是物体重力一定，改变浮力；二是物体受到的浮力不变，改变物体的自重。本实验将初中阶段的这两种方法同时展示，有利于学生通过对比理解物体浮沉的条件。
(3)步骤与现象
①打开分液漏斗，缓慢滴入稀盐酸。看到左边浮沉子因
减少而下沉，右边潜水艇因进入瓶内的水重增加而下沉。
②关闭分液漏斗，打开小孔的橡胶塞，左右的浮沉子或潜水艇又上浮直至漂浮在液面上。