第九章 压 强
第1节 压 强
【教学目标】
知识与技能
1.知道压强的物理意义、定义、公式、单位。
2.能用压强公式进行简单计算。
3.知道增大和减小压强的方法。
过程与方法
1.观察生活中各种跟压强有关的现象,了解对比是提高物理思维的基本方法。
2.探究压力的作用效果跟什么因素有关,初步学习使用控制变量法。
情感态度与价值观
1.经历观察、实验、探究等学习活动,培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。
2.通过探究性物理学习活动,使学生获得成功的愉悦,培养学生对参与物理学习活动的兴趣,提高学习的自信心。
【教学重难点】
重点:
1.压强的概念。
2.用压强公式进行简单的计算。
难点:
1.探究压力的作用效果跟什么因素有关?
2.压强的计算。
【教学方法】
实验探究法、讲授法、提问法、演示法等。
【课前准备】
小桌、海绵、砝码、铅笔等,多媒体课件。
【教学过程】
一、创设情境、引入新课
播放录像:在雪地里行走的人会深深地陷入雪中,而在滑雪板上的人则可以在雪面上自由自在地滑动。
你知道这其中隐含的物理道理吗?
二、进行新课
(一)压力
1.多媒体展示图片:一是小桌腿向下放在海绵上;二是木块静止在松软的斜面上;三是手向墙面上按图钉。
引导学生分别画出物体对受力面压力的示意图。
2.多媒体展示三个压力的示意图,然后提问:三幅画面中,物体对受力面的压力有什么相同之处?(压力的方向都垂直于受力物体表面;压力的作用都产生了效果)
3.总结压力的定义:垂直作用在物体表面上的力。
压力的方向:垂直于受力物体表面,指向物体。
(二)探究影响压力作用效果的因素
1.提出问题
(1)通过学生观察两幅图片,并说出每幅图片中压力的作用效果是什么?
(2)引导学生分析两幅图片有什么不同(压力的作用效果不同),在此基础上,采用“递进式”指导学生提出问题:“压力的作用效果跟什么因素有关?”
2.猜想与假设
(1)第一层次的猜想:压力的作用效果与什么因素有关?指导学生观察下列图片:“蝉把口器插入树皮”“骆驼宽大的脚掌走在沙漠中”“拿锤头用力往木板上钉钉子”“装满货物的汽车陷入松软的土里时,要卸去车上的货物”。引导学生小组合作讨论分析,提出各种猜想。
(2)引导学生思考提出的各种猜想,并进行筛选归类、综合整理,提出与本课有关的猜想:压力的作用效果可能与压力的大小和受力面积的大小有关。
(3)第二层次的猜想:压力的作用效果与压力的大小、受力面积的大小具体是什么关系?
①让学生用铅笔做实验,让笔尖压在手指上,先轻压后重压,比较两次疼痛的感觉。引导学生分析现象,提出猜想:“受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果可能越明显”。
②让学生再用铅笔做实验,用两只手的食指同时压铅笔的两端(尖端和尾端),比较手指疼痛的感觉。引导学生分析现象,提出猜想:“压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果可能越明显”。
3.设计实验
(1)提问:这个探究实验使用了什么研究方法?为什么使用此方法?
(2)小组合作讨论:在实验中如何控制变量?
学生讨论交流,教师归纳整理后,多媒体展示:在探究压力的作用效果与压力的大小关系时,保持受力面积不变,改变压力的大小;在探究压力的作用效果与受力面积大小关系时,保持压力不变,改变受力面积的大小。
(3)提问:在实验中如何改变压力的大小和受力面积的大小?
(4)提问:在实验中通过观察什么现象,比较压力的不同效果?
(5)学生自主选择实验器材,交流设计的实验方案。
4.进行实验
(1)指导学生2人一组先完成第一个探究实验:探究压力的作用效果与压力大小的关系。引导学生观察实验现象,对比压痕的深度,记录实验现象。
(2)指导学生完成第二个探究实验:探究压力的作用效果与受力面积大小的关系。引导学生观察实验现象,对比压痕的深度,记录实验现象。
5.分析论证
(1)指导各实验小组分析第一个探究实验的实验现象,得出实验结论。
(2)指导各实验小组分析第二个探究实验的实验现象,得出实验结论。
6.交流评估
(1)各小组代表分别交流两个探究实验的实验器材、实验方法、实验现象、实验结论。
(2)教师多媒体展示:压力的作用效果与压力的大小和受力面积的大小有关。当受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显;当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(3)讨论交流:
①反思实验的设计思想和实验过程,评估得出的结论是否可信?
②你选择的实验器材,设计的实验方案有什么缺陷?如何改进实验设计?
(三)压强
1.压强的概念
(1)如果小桌对海绵的压力是30 N,在受力面积分别为3 cm2(桌腿)和30 cm2(桌面)时,计算桌腿和桌面每平方米所受到的压力。
(2)让学生将计算的数据与实验现象相对应,引导学生发现:压力与受力面积比值的大小可以表示压力作用效果的大小。由此引出压强的概念,并板书课题。
(3)教师讲解:压强的物理意义、定义、公式、单位。边讲解边用多媒体展示:
物理意义:表示压力的作用效果。
定义:物体单位面积上受到的压力。
公式:p=(适用于固体、液体、气体)
单位:帕斯卡(Pa)
(4)例题:桌面上平放一本教科书,书的重量是2.5 N,与桌面接触面积是
5×10-2 m2,计算书对桌面的压强。
训练思路:分析题意—学生板演—师生评价—学生矫正—总结方法。
2.怎样增大或减小压强
(1)引导学生利用压强公式p=,运用控制变量法定性分析压强的大小与什么因素有关?具体是什么关系?
(2)教师归纳小结,并用多媒体展示p=
S一定,p与F成正比;
F一定,p与S成反比。
(3)小组合作讨论:观察课本P31“想想议议”四幅图:推土机、篆刻刀、破窗锤、火车轨道。再列举生活中的一些相关事例,讨论归纳增大或减小压强的方法。
(4)学生交流:增大或减小压强的方法,并列举事例加以说明。
(5)教师归纳整理,并用多媒体展示:
增大或减小压强的方法
增大的方法 F一定、减小S
S一定、增大F
增大F、减小S
减小的方法 F一定、增大S
S一定、减小F
减小F、增大S
【课堂小结】
引导学生从以下几个方面小结:通过这节课的学习,你学会了哪些知识?学会了哪些方法?有什么新的收获?有什么新的感悟?还有什么困惑?还想知道什么问题?
【板书设计】
第1节 压 强
一、影响压力作用效果的因素:
压力大小和受力面积大小
二、压强
1.物理意义:表示压力作用效果的物理量
2.定义:物体所受压力的大小与受力面积之比
3.公式:p=
4.单位:帕斯卡Pa
5.增大和减小压强的方法
(1)增大方法:增大压力或减小受力面积
(2)减小方法:减小压力或增大受力面积
第2节 液体的压强
【教学目标】
知识与技能
1.了解液体内部存在压强,以及液体内部压强的方向。
2.了解液体压强大小跟什么因素有关。
3.认识压强的实际应用——连通器,了解生活和生产中形形色色的连通器。
过程与方法
1.通过对演示实验的观察,了解液体内部存在压强的事实。
2.体验和感悟游泳时身体受到水产生的压强。
情感态度与价值观
1.在观察实验过程中,培养学生的科学态度。
2.密切联系实际,提高科学技术应用于日常生活和社会的意识。
3.鼓励学生积极参与探究活动。
【教学重难点】
重点:
液体压强的特点
难点:
液体压强的特点
【教学用具】
液体压强的演示装置、水槽、U形管压强计、连通器、水等
【教学方法】
讲授法、演示法、实验探究法、归纳总结法
【教学过程】
一、引入新课
播放视频:潜水艇,引出本节课的课题
二、新课教学
(一)液体压强的特点
1.观察下图,分析橡皮膜的变化,让学生感知液体会产生压强,且向各个方向都有压强。并分析液体压强产生的原因。
2.用侧壁开有几个小孔的筒装水,让学生观察到水从小孔流出来,且处于不同位置的小孔流出来的射程都不一样,让学生感知液体内部压强随深度的增加而增大。
3.测量液体压强的工具——液体压强计:
结构、原理
4.用液体压强计探究液体压强特点:
(1)液体内部向各个方向都有压强。
(2)液体压强随着深度的增加而增大。
(3)液体压强与液体密度有关系。
引导学生根据所观察到的实验现象得出液体内部压强的特点:
(1)液体内部向各个方向都有压强。
(2)在同一深度,液体内部向各个方向的压强都相等。
(3)液体内部的压强随深度的增加而增大。
(4)在相同深度,液体的压强随液体密度的增大而增大。
(二)液体压强的大小
1.采用物理模型的方法,如教材图9.2-3中,截取一段“液柱”或者计算整个容器底部的压强,利用压强的定义公式结合质量、密度公式引导学生推导出液体的压强公式p=ρgh。
2.师生共同分析液体压强公式p=ρgh中各物理量及其单位。
3.师生共同完成教材P35例题。
(三)连通器
1.定义:上端开口、下端连通的容器叫作连通器。
2.特点:连通器里装有同种液体,当液体不流动时各容器中的液面高度总是相同的。
3.举例分析连通器:茶壶、锅炉的水位计、花洒、水塔与自来水管。
4.播放视频:介绍连通器的应用：船闸、过路涵洞、喷泉
【课堂小结】
教师:通过今天的学习你学到了什么,有什么成功的经验和收获?
【板书设计】
第2节 液体的压强
1.液体内部压强的特点:
(1) 液体内部向各个方向都有压强。
(2) 在同一深度,液体内部向各个方向的压强都相等。
(3) 液体的压强随深度的增加而增大。
(4) 在相同深度,液体的压强随密度的增大而增大。
2.计算公式:p=ρgh
3.连通器
(1)定义:上端开口、下端连通的容器。
(2)特点:装相同的液体,当液体不流动时,连通器各部分中的液面高度总是相同的。
(3)应用:船闸、锅炉水位计。
第3节 大气 压 强
【教学目标】
知识与技能:
1.知道大气有压强。
2.认识生活中利用大气压强的现象。
3.知道大气压数值的测量方法以及估测方法。
过程与方法:
1.体验大气压强的存在。
2.探究测量大气压强的方法。
3.联系实际,培养学生观察、思考和分析问题的能力,应用知识解决简单问题的能力。
情感态度与价值观:
1.培养学生动手和积极探究的精神。
2.通过对大气压强应用的了解,初步认识科学技术对人类生活的影响。
【教学重难点】
重点:
1.通过生活实例,感知大气压的存在。
2.了解测量大气压的方法。
3.知道大气压对人类生活的影响。
难点:
1.设计多种方法证明大气压的存在。
2.测量大气压大小的方法。
【教学方法】
讲授法、演示法、问题启发法、归纳总结法。
【教学过程】
一、引入新课
(投影并解说)我们生活在大气“海洋”底层,其中,有许多看似意外却是真实的现象或故事在发生着:患有关节炎的人会在阴雨天(气压明显变化)感到疼痛;在高原上将水加热到80 ℃左右可能就沸腾了……
实验演示:将杯中装满水后,在瓶口盖上硬纸片,请同学们猜测瓶子倒过来后会发生什么现象?
通过抓住学生好奇的心理特点,用直观的教学方法,让学生对生活中与大气压有关的现象产生浓厚的兴趣。
二、进行新课
(一)大气压强的存在
[活动1]学生选择器材,动手实验并思考:
(1)“被吸住”的乒乓球:将矿泉水瓶装满水后把一个乒乓球放在瓶口,用手按住乒乓球,瓶子倒过来后,松开按乒乓球的手,你看到的现象是什么?
(2)“覆杯实验”:将玻璃杯装满水,用硬纸片盖紧倒过来或朝向各个方向,你又看到了什么?
(3)“吸盘模拟马德堡半球”实验:将两个吸盘相对,用力挤压,再往外侧拉,你的感受怎样?
[活动2]师生分析实验:
(1)组织学生分组讨论:实验中观察到的现象及其原因。
(2)学生代表分别说明,不足部分由其他学生或教师补充。
(3)教师小结:大气有压强即大气压。为了给学生强烈的感受冲击,可以由学生来做“马德堡半球”实验。
那么,你还能列举哪些现象或事例说明大气压的存在呢?师生共同举例说明。
[活动3] 师生回顾实验中遇到的问题或困难。
(1)在刚才的实验中,你碰到了什么困难?你是怎样克服困难并完成实验的?
(2)学生汇报完后,教师做说明。
[活动4] 问:大气压有什么特点呢?
学生思考回答,并通过演示“覆杯实验”说明。纸片朝向各个不同的方向,纸片不掉下来,从而得出:大气向各个方向都有压强。
[设计说明:由实验设疑,引起学生的求知欲,通过四个活动,让学生亲自动手、动脑,互相讨论来认识大气压的存在和特点,并尽可能解决活动中遇到的问题]
(二)大气压的测量
1.实验演示:
(1)先将玻璃杯装满水倒插入水槽中,再慢慢往上提(杯口不离开水面,下同),观察杯中水是否充满?接着换用量筒和细长玻璃管,重复上述过程。
(2)学生讨论:你观察到了什么现象?为什么水总是充满的?怎样做才能使水不充满呢?
经过讨论之后,使学生认识到:水充满的原因是由于大气压大于管中的水压,只有管内水压等于外界大气压时,管内水面才不再上升,若把管加长则水可能不再充满整个管子了,这时它的上方成了真空。
这就给我们提供了一个测量大气压的思路:可以利用液体压强间接测量大气压。但是由于水的密度太小,要求玻璃管太长,所以,人们就选择了密度大的液体汞(水银),这就是著名的托里拆利实验。
2.学生阅读:托里拆利实验。
思考(投影):(1)开始时,汞为什么会下降?什么时候停止下降?
(2)玻璃管内汞柱上方为什么是真空?
(3)如何计算大气压的值?
学生回答后,教师小结并强调:
1个标准大气压的值——p0=ρ汞gh=13.6×103kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m= 1.013×105 Pa
3.学生阅读教材,了解气压计及其作用。
4.动手做实验,估测大气压。
学生讨论可用哪些方法?(讨论后,逐一投影)
(1)器材:吸盘、弹簧测力计;原理:p=
思路:(由学生交流讨论,再整理)
(2)器材:注射器、弹簧测力计、刻度尺;原理:p=
思路:(由学生交流讨论,再整理)
以上两步,在学生讨论的基础上,再将实验的思路总结出来,进行实验。
(3)师生共同讨论实验中遇到的问题以及解决的方法。
[设计说明:在教师的引导下,使学生学习到一种间接测量大气压的方法,通过学生自己设计实验,欣赏自己的方法,学习他人的方法,来拓展自己的思维]
5.大气压与人类生活
学生自学与教师演示:(配合投影)
(1)学生阅读相关内容,了解大气压与高度的关系。
(2)思考:我们生活在大气层的底层,为什么没有感到难
受或被压瘪呢?
(3)实验演示:液体沸点与气压的关系。
通过实验,让学生知道:液体液面上方的气压越大,液体的沸点就越高;气压越小,沸点越低。
【课堂小结】
教师:通过今天的学习你学到了什么?有什么成功的经验和收获?
【板书设计】
第3节 大气 压 强
一、大气压的存在
1.证明大气压存在的例子:用吸管吸饮料、马德堡半球实验
2.大气压的方向:向各个方向
3.大气压产生原因:大气受重力,大气具有流动性
二、大气压的测量
1.测量实验:托里拆利实验
2.标准大气压:p0=1.013×105Pa
3.大气压与高度的关系:大气压随着高度的增加而减小
4.对沸点的影响:液体的沸点随着液体上方大气压的增大而升高
第4节 流体压强与流速的关系
【教学目标】
知识与技能
1.了解流体的压强与流速的关系
2.了解飞机的升力是怎样产生的
3.了解生活中跟流体的压强与流速相关的现象
过程与方法
1.通过观察,认识气体的压强跟流速有关的现象
2.体验由气体压强差异产生的力
情感态度与价值观
初步领略气体压强差异所产生现象的奥秘,获得对科学的热爱、亲近感。
【教学重难点】
重点:
流体压强与流速的关系
难点:
能用流体压强与流速的关系简单解释生活中的一些现象。
【教学准备】
多媒体课件、机翼模型、飞机模型、横截面积不同的玻璃管、乒乓球、漏斗、小纸船、纸张、矿泉水瓶、杯子等。
【教学过程】
(一)引入新课
让学生做两个“漏斗吹乒乓球”的小实验,把乒乓球放置于漏斗中间,一个朝上,一个朝下,往漏斗里吹气。
事先让同学猜想,球会不会被吹走,球会不会掉下来,然后实验。通过实验现象激发学生的好奇心和求知欲,引入今天的课题“流体压强与流速的关系”。
(二)新课教学
1.提出问题:什么是流体?
液体和气体都具有流动性,统称为流体。如:空气、水等。流体流动时的压强称作流体压强。
2.科学探究活动——研究流体压强与流速的关系
(1)提出问题
流体压强与流速有什么关系?
(2)猜想与假设
猜想1:液体和气体流动越快,它的压强越大。
猜想2:液体和气体流动越快,它的压强越小。
猜想3:液体和气体流动越快,它的压强不变。
(3)设计实验并进行实验
下面请同学们拿出课前要大家准备好的东西:乒乓球、漏斗、小纸船、纸、杯子、矿泉水瓶等,按事先分好的组进行实验。
①向两张自由下垂的纸中间吹气,会看见什么现象?
②杯子里放入乒乓球,往杯口水平吹气,能否让乒乓球在杯子之间跳跃,试试看。
③将事先折好的两只小船,放入脸盆内,然后用矿泉瓶当作水管向船中间的水域冲水,两船如何运动?
一组选其中一个实验探究,做完后可以探究其他实验。
比一比看谁的实验做得好
学生按照所设计的方案进行实验,教师巡视指导。
(4)交流与合作
请每小组派一个代表就刚才的实验,上来重新演示,说说观察到的实验现象,并发表一下自己的看法。
投影:
第一个实验的现象是纸向中间靠拢了。
根据学生的看法,引导学生讨论得出:这是因为不吹气时,纸张两侧的空气相对静止,致使空气对纸作用的压强相同,气体压强不会引起纸张运动,而吹气时,纸张内侧空气流动快,压强变小,内外造成压强差,使两张纸向中间靠拢。
结论:在气体中,流速较大的位置压强较小。
第二个实验的现象是乒乓球会跳出来,跳到另一个杯子。
根据学生的看法,引导学生讨论得出:往杯口水平吹气,杯口空气流速大,压强小,杯子内的空气流速小,压强大,内外压强差把乒乓球托出来。
结论:在气体中,流速较大的位置压强较小。
第三个实验的实验现象是分开的小船靠在了一起。
根据学生的看法,引导学生讨论得出这是因为冲水后,两船之间水流快,压强小,两船外侧水流慢,压强大,因此船内外的压强差使两船向中间靠拢。
结论:在液体中,流速较大的位置压强较小。
总结:在气体和液体中,流速越大的位置,压强越小。
3.演示实验:直观体现流体压强与流速的关系
①演示如图所示,引导学生观察玻璃管粗细和水柱的高低。
②投影:动画分析
③引导学生分析A、B管流速大小和a、b处的压强大小。
如图中所示的玻璃管,A处的横截面比B处的大,在A和B处分别装有竖直玻璃管a和b。当水在玻璃管中流动时,可以看到a管中的液面比b管中的高,这说明A处的压强比B处的大,而在横截面较小的B处,水流比较集中,水的流速显然比在A处的要大。这就是说:流体在流速大的地方压强较小,在流速小的地方压强较大。
4.联系生活实际:学生举例,并能用今天所学的知识解释现象。
例如:①“过堂风”会把居室侧面摆放的衣柜门吹开,这是为什么?
②为什么火车站台都有一条安全线,火车行驶时严禁人们进入安全线以内的区域?
③解释本节开头的“漏斗吹乒乓球”,球不走的实验。
5.飞机的升力
几十吨的飞机为什么能够在空中飞行呢?秘密在于机翼。
引导学生观看飞机起飞和飞机的机翼特点,思考以下几个问题:
1.飞机的机翼有什么特点?
2.飞机飞行时升力是如何产生的?
演示飞机机翼上升,引导学生总结:
飞机的机翼通常都做成上凸下平的形状,其上方弯曲,下方近似于直线,因此,飞机飞行时,空气和机翼做相对运动,由于机翼上方空气走过的路程较远,空气流动比下方要快,压强要小。与其相对,机翼下方空气流动较慢,压强较大,上下的压力差使飞机产生一个向上的升力,并且,当飞机速度增大,升力也增大,当升力大于飞机自重时,飞机便起飞了。
师:在生活中,不仅飞机利用了升力,水翼船也利用了升力来减小船体的阻力,水翼船的下部,也有类似于飞机机翼的水翼,船在高速行驶时,水翼会获得升力,使船体与水的接触面积减小,从而减少水对船体的阻力,进一步提高船速。
(三)课堂小结
通过本节课的学习你最大的收获是什么?
【板书设计】
第4节 流体压强与流速的关系
1.流体:具有流动性的液体和气体的统称。
2.流体压强与流速的关系:在气体和液体中,流速越大的位置,压强越小。
3.飞机的升力
(1)机翼形状:上凸下平。
(2)产生原因:机翼上方空气流速快,压强小,机翼下方空气流速慢,压强大,机翼上下表面存在向上的压力差。
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