新课程初中物理教学设计案例分析
——大气压强教学案例分析研究
赵
虎
文章摘要：
新课程在现阶段已得到全面实施，课堂教学是实施新课程的主渠道，主阵地。本文通过对一份优秀的教学案例进行特色分析，着眼初中物理的课堂教学设计，站在教师的角度，体现课堂教学教师的主导地位，并突出学生的主体地位，将课堂从教师向学生直接传递学科知识转为师生探究的场所。并针对案例的特色教学，分析讨论物理课堂教学设计，改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养科学的探究精神，加强实践能力以及创新意识，最终用科学的课堂教学培养时代所需的创新性人才。
关键词：新课程
初中
案例分析
教学设计
创新 第一章 引言
新一轮的基础教育课程改革在物理可称中将科学探究作为新课程的重要环节，其目的是让学生的学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化。新物理课程希望通过将学生科学探究能力的培养过程，养成学生的探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。
物理教育本应该传授给学生系统性的认识，使学生掌握该学科的基本结构以及各种知识的内在联系，并培养积极能动的解决问题的能力。但是，目前，物理课程教学仍然在着眼提高学生的升学率，以教师的讲授为主要方式，对重要概念反复、深刻的讲解，让学生只掌握了支离破碎的科学事实，忽视了学生的主体地位，不能获得对物理科学系统性的认识，同时也不能激发学生学习的积极性，更难以让学生获得拓展性的理解、解决问题的能力和创新的意识。 第二章
初中物理教学设计案例分析与发现
我所选取的教案为2001年陕西省首届青年物理教师教学创新大赛录像课的设计方案，作者荣获了初中组一等奖第一名。此教学案例为陕西省西安市第八十三中学秦春华教学录像的设计方案，由陕西省西安市教委教研室王建国整理，发表于《中学物理教学参考》期刊之上。此教学设计的精彩之处有以下几点，且这些精彩之处也是有必要被广大教师所借鉴采用的科学探究方法：
一、重视学生实验实践，激发自学探究兴趣
本文的设计思想充分体现了作者的教学理念是与素质教育的要求相一致的，在整节课中，从一开始学生演示的4个自制实验引入新课开始到问题的提出“为什么大气会有压强”，再到“天平失衡实验”得出大气有压强的原因以及马德堡半球实验让学生感受大气压强的大小，并引导学生复习前面压强的大小计算方法，使学生知道可以想办法用公式PF或者液体压强公式Pgh来求出大气S压强将问题解决，作者始终把学生放在第一位，引导学生自己分析，发现某些物理量不易测定，可以想办法将实验装置做一定的改装，可以方便的测出这些物理量，层层深入，步步递进，最后得出了与托里拆利实验相近甚至相同的实验装置和方法，并在课堂中加入讨论“大气压强这么大，为什么我们感觉不到？”，让学生联系生活实际，不仅充分发挥了学生探究学习的主动性，而且激发了学生探究知识奥秘的兴趣。
我们知道，目前，探究式教学已经成为了新课程实施中培养学生科学探究能力，科学态度和科学精神，实现学习方式根本变革的一种重要教学模式。如何让学生更有效的参与课堂活动实践是实施探究式教学的一个重要目标，而作者的巧妙之处却是将学生的思维放活，让学生的课堂活动成为了一种积极主动的过程，整个课堂贯彻自然、社会和自我有机统一的原则，是一节综合实践活动课程，这也是我们众多教师在教学过程中应该积极借鉴的地方，让学生 更有效的参与到课堂活动之中。
作者也清楚的认识到物理教学的基础是实验，从新课的引入采用学生自制的4个具有魔力的实验到课堂重点和难点知识的突破，采用天平失衡、马德堡半球以及托里拆利实验，这些均是构建在坚实的实验基础之上的，这样充分调动了学生探究问题的兴趣，让学生学会思考，分析和解决问题，培养学生动手动脑能力，激发学生的求知欲，培养学生的开放式探究思维，并且作者在教学中借助于多媒体模拟演示现实生活中不易做的实验，让学生在动手的同时充分开拓自己的思维实现动脑的任务，这也是本案例的一个亮点。
物理是一门以观察实验为基础的学科，观察和实验就会让学生产生强烈的学习兴趣，在物理教学中，教师要适当动手做实验，而且学生也应该做一些有趣的实验，而作者也是精心进行教学设计，让学生自己制作了4个有趣的实验来引入课程，自己将无法完成的托里拆利实验加以用多媒体介绍，让学生从媒介体验实验，并让学生思索、探究原因，重新选用其他材料来设计完成实验，不断让学生实践、活动，将学生的学习兴趣始终调动起来，进而增强学生掌握知识的能力，正是将师生互动实验发挥的淋漓尽致。因此，做好物理实验和如何做物理实验是教学中很关键的，也是值得教师深思和研究的。
二、知识迁移，对比学习，更显探究实质
在本案例中，作者巧妙地采用了对比方法，“空气，也像液体那样受到重力作用，而且能流动”，作者还用天平进行了试验验证，从而顺利完成了知识能力的迁移，但同时又提醒学生，切记不能不经过分析论证随意迁移，过渡自然贴切。 在教学活动中，教师从实验教学的内容进行了动态的处理，以真空和空气中进行了对比，发现存在天平的不平衡，从而通过变换条件和环境，变换了提问的角度，经过学生从不同的角度联系到现实所学，让学生从不同方法进行全方位的思考，增强学生的知识运用能力， 从表及里，由此及彼不断加深探究的深度，从而顺利实现知识的迁移应用，这也是我们教学的重要目标，要学以致用，而此种教案设计方式也值得广大的师生借鉴学习。
三、勇于创新，培养真正的动手能力
作者在教案中敢于也善于改革创新，在介绍著名的托里拆利实验时，一反常规，在缜密分析的引导下，从无法到有法，由难办到易办，再由复杂到简单，尽可能减少非必要因素的干扰，最终创造一个环境，自然而然地将实验对象和操作过程理想化，以暴露事物的真相，这种科学思想的逻辑行程对学习科学理论培养科学素质是极为有益的，这也是本文的一道亮丽的风景线，而新课程课程教育的核心恰是创新教育，用创新教育来全面实施素质教育。在实现创新教育的过程中，教师要用“教为主导，学为主题，疑为主线”的模式核心，即教学过程在教师先采用多媒体介绍实验，发现不能够在现实条件下去探究研究来做实验，从而引导学生发现压强与密度的大小有关，让学生采取其他方法，最终让学生发现思索换用密度较大的水银来做实验，让学生主动学习，课堂的主导活动是学生的活动，在本节课教案的设计中，教师的活动则是起到一种辅助作用，教师也成为了学生的合作者、引导者和参与者，融学生的各项活动之中，最终目的是让学生离开教师可以进行学习，在此教与学的双边活动中，既没有忽视教师的导，也没有忽视学生的学。学生作为学习的主体，是在教师引导下，自觉主动地学，创造性的完成学习任务，教学的真正目的是让学生通过知识的探索去获得研究、思维的方法，然后通过方法的获得以及运用方法探索、创造的过程，使学生形成对大自然有亲近热爱、和谐相处的情感，具有乐于探索自然现象和日常生活中的物理学原理的科学精神。
因此，本节课将知识的传承适当淡化，而将本节课体现的思维程序作为贯穿整个教学过程的主线。教给学生一种研究问题的思维方法，从而培养学生的多种能力，尤其是创造能力，达到教学的真正目的。我们在教学设计中就要重视创新，要做好创新我们必须要深入分析课程和学生，探究的重点是要创新，我们只要做到以下方面才能真正将创新做到实处。
四、引入新颖，魔术表演设置悬念，激发学生探索兴趣
本案例作者在教学课程引入中采用“四个魔术——看不见的魔力”创设问题教学情景：
实验1 把浸过酒精的棉花用火柴点燃投入事先准备好的空瓶中, 用剥了皮的熟鸡蛋堵住瓶口, 稍后, 鸡蛋被吸入瓶内.实验2 给茶杯中装满水, 盖上硬纸片, 倒置过来发现水和硬纸片都不下落.实验3 把浸过酒精的棉花用火柴点燃投入易拉罐中, 稍后用面团封住易拉罐的口.发现易拉罐被压得变了形.实验4 给底部扎有几个孔的空可乐瓶里灌入水, 在把可乐瓶提出水面之前问学生水会不会流出来(有些学生回答会, 有些学生回答不会).取出可乐瓶, 通过控制瓶盖, 使水一会儿流下来, 一会儿又不流下来
引入新课——“它们都来自于大气的魔力, 都是由大气压强产生的.” 通过此情景的创设，展现了魔术的魅力，同时使学生产生疑问“”大气为何有如此大的力量呢？能让“瓶吞鸡蛋”、“水不脱杯”、“罐变形”、“流水无序”呢，从而加深了学生的好奇心，激发学生对这一问题的探究兴趣，从而顺利进入到教学过程中，进而开始进行大气压强的学习，使整个课堂在求知探索之中进行，更彰显探究教学的乐趣，同时也提高了学生自主探索的欲望，充分调动了学生的积极性，使学生去讨论、去猜想，设计实验方案并动手做实验，让学生成为大气压强知识的“发现者”，课堂的主人翁，使本节课的教学过程如同研究课题那样去进行。此种创设实质是具有新异性、迷惑性、困扰性、矛盾性等特点的问题性情景创设，能引起学生对教学内容产生好奇、困惑、矛盾的心理，唤起他们探求和解决问题的动机和行为，使学生对问题展开积极主动、紧张活泼的思维活动，并在发现和解决问题过程中，品尝到探求知识的快乐和获得成功的愉悦，从而实现知、情、意的统一。
第三章
初中物理课堂教学转变
初中物理课堂教学形式有多种多样，怎样把教学的侧重点由教师的“教”转到学生的“学”上来，从而更好地调动学生积极性，突出学生的主体作用呢？我们应该从提高学生素质出发，以学生接受能力为线索，由易到难、由简到繁，拓宽知识面，增强趣味性。教材注重知识、技能、智力的和谐发展，积极创造条件让学生主动学习参与实践，启发学生积极思维，体现了教师为主导、学生为主体的教学思想。针对新课程的诸多特点及其要求，我们在教学中就要从以下几个方面进行探索设计：
一、加强创新能力
创新，就是一种不断地开创，标新立异，不断地打破常规，有所发现，有所发明，有所创造。学生的创新能力不是教师直接所能给予的，而是在适宜的教育教学环境中培养起来的。可见，教育工作者的责任就是要创设适宜学生创新能力健康发展的教育环境，而中学物理的教学途径主要有两个：课堂教学和实验教学，我们就必须从这两个方面着手探究。
一、在课堂教学中培养学生的创新能力
教育是内外因共同作用的创造活动，只有调动学生的积极性，才能充分发挥学生内外因的作用，教育才能取得成功。而创造一个轻松、愉快、和谐、平等的教学气氛，是发挥学生主观能动性的关键，也是激发学生创新的前提。
1、创设轻松愉快的教学气氛，激发学生的创新意识
教师应放下架子，与学生交朋友，使师生间建立起一种信任感，并在最能体现学生主人地位的课堂上，尊重学生，给学生自由活动的时间和空间，多给他们创造在课堂上参与表现的机会，使他们能够毫不顾虑地发表自己的见解，这样，学生就会勇于发现问题，敢于提出问题，渴求解决问题，他们的创新意识也就会自然而然地得到培养。
2、创设丰富多样的教学情景，培养学生的创新能力
创新能力的培养是以具有创新精神为前提的，而这种精神不是天生的，而是靠后天训练养成的。因此，教师要积极创设多种多样的教学情景进行训练，使“创新”成为一种行为习惯。
首先，科学而巧妙地设问，训练学生不依常规。“思维永远是从疑问开始的。”在教学中教师可精心设计一些探索性的问题，并设置适当的障碍，启发引导学生自己去思考、去探求、去解决，并勇于创新。
其次，适当要求学生讨论，开拓学生思维。课堂上的讨论以至争论，是让学生积极思维，开拓思路，各抒己见，集思广益，发挥集体智慧，训练学生思维的有效途径，也能使学生的创新能力得到很好的培养。
再次，充分发挥学生的想象力，对学生形成创新能力有积极作用。对事物的大胆想象是创新的起点。在课堂教学中，我们应引导学生对事物的未来大胆进行想象，经常鼓励学生“异想天开”或“别出心裁”，从而增进他们的创新技能。
总之，通过不同的方法手段创造多种多样的教学情景，反复多次激励学生，使之经常处在“愤”、“悱”状态，使学生常有超越自我的表现，并时常处于“创新”的氛围之中，久而久之，创新便成为习惯，创新能力的培养也就水到渠成了。
二、在实验教学中培养学生的创新能力
物理是以实验为基础的应用性学科，实验教学是中学物理教学的有机组成部分，是培养学生创新能力的载体。教育的最高目标是培养人的创新能力.传统的物理演示实验,是在课堂上主要由教师操作,学生对实验进行观察思考的实验教学方式。这时,教师是实验的主体,处于主动地位;而学生是观察的主体,处于被动地位,这样做不利于学生创新能力的培养。为了突出学生的主体地位,培养学生的创新能力,教师应对演示实验教学进行创新设计,要发掘物理演示实验中巧妙的构思和方法,以实验为依托,拓宽其思路,挖掘其内涵,通过形式多样的实验活动来培养学生的创新能力。
1、发掘、设计演示实验
演示实验对学生创新意识的培养和创新能力的训练,起着至关重要的作用。教材中原有的实验并不能完全满足培养学生创新能力的需要,有些章节涉及的实验也很少。因此,要选择适当的时机增加演示实验,来加强教学的直观性,使之有利于学生创新能力的培养。
2、研究、改进演示实验
教材中有些演示实验的实验效果不是太好,这时,教师可以组织学生一起参与对演示实验的改进。这样,不但能加深学生对知识的理解,而且可激发学生强烈的科学实践兴趣,进而强化学生勇于进行科学探索和敢于改进前人科学实验方案的创新意识。
3、增强演示实验的趣味性与可见度
培养学生的学习兴趣,能很好地推动学生积极主动地学习,促进他们创新能力的提高.教师要抓住学生的好奇心和探索欲,补充做一些典型的趣味实验,引导学生进一步研究所发生的物理现象,从中培养他们的创新能力。
4、增强演示实验的开放性
在演示实验的内容上增加实际生活中的应用演示,可以把传统课堂这个封闭的小系统有机地融入到社会这个开放的大系统中去,进而开阔了学生的观察视角和拓展了思维的广度,促进学生创新能力的培养。
5、将演示实验改为边教边实验(随堂实验) 边教边实验是教师提出问题,让学生自己动手实践,探索问题发生的原因,从而得到结论的方式。这种方式有利于培养学生分析问题的能力、解决问题的能力、实际操作的能力和创新的能力,故教师应尽可能的将演示实验改成边教边实验的形式。
6、将演示实验改为探索性实验
教师可以把某些演示实验设计为探索性实验,使之达到不同层次的创新能力的培养目标。因为探索性实验教学比演示实验教学有更广阔的活动空间和思维空间,可以极大地激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望,学生在自己探索物理规律的实验过程中可以把动手和动脑结合起来,锻炼和培养自己的创新能力。
7、用计算机模拟演示实验
中学物理教学内容对中学生的抽象思维能力提出了较高的要求。学生在分析问题时常常要借助于实物的帮助,有时因脱离实物便无法对物理现象进行抽象思维。教材又有一部分内容没有与之配套的直观教具,因此无法在课堂教学中进行演示。由于必要的直观演示不足,所以有些抽象的物理概念、物理规律未经感性认识阶段而直接上升为抽象的理论,使得抽象思维较弱的中学生难以认识复杂的物理世界。用计算机作为辅助演示实验的工具,则可充分发挥它的优势,在传统演示教具中无法涉及的地方大显身手,弥补学生直观感觉的不足, 减少其抽象思维的难度,有益于创新能力的培养。
总之，实验教学是培养创新能力的主要载体，只要教师依据创新教育的理念,对每个演示实验认真分析、处理开发,在安全、科学的精神指导下，要鼓励学生手脑并用，不局限于教材中基本实验技能的要求，为学生实施创新创造更为有利的条件，以利于创新能力的培养。
二、培养迁移能力
在物理教学活动中，所有的概念、公式无一没有迁移的作用，只有通过迁移，才能使已有知识的领会得到进一步巩固。学生获得的知识并不能保证他们任何时候、任何地方都能用于解答问题，因此有必要研究迁移以便排除干扰，促成知识、技能的迁移。那么如何进行知识迁移教学呢？
1、进行有意义的学习，这是实现知识迁移的根本前提
现代教学论强调要实现有意义学习，避免机械性学习，强调理解对知识保持和应用的作用，即我们的目的不是为了记忆而学习，而是为了应用而学习，有的学生在学习中重视对知识的机械性、生硬性记忆，其结果是一方面导致对知识掌握程度和效率的低下，另一方面也将严重影响运用所学知识解决实际问题能力的发挥。这些均需要我们变传统的“接受”式学习方式为“探究”式的学习，由被动学习转变为主动学习，充分调动学习的积极性和创造性，这是实现有意义学习的关键。
2、构建具有清晰、概括、包容性的认知结构是实现知识迁移基础。
现代认知心理学家都非常重视认知结构的重要性，他们都持同化论的观点，主张认知结构是实现新旧知识间相互作用的有机场所，通过广域性认知结构（知识网络）的构建，在新旧知识间和所学知识与新问题间建立起实质性的联系，使新知（新问题、新情境）同化、纳入到原有的认知结构中，并在这个结构中确立其合适的位置。
3、转换问题情境，将问题进行类化。这是实现知识迁移的关键。
问题情境是问题的呈现方式。一个问题的呈现方式与构建的认知结构越接近，就越有利于知识的迁移和运用。在具体的训练过程中，要注意问题情境的转换。
4、克服思维定势的影响，培养求异精神和发散思维能力。
思维“定势”是指先于一定活动而指向该活动的一种准备状态。“定势”的作用有积极和消极性两种表现，我们应该利用“定势”的积极性作用，克服 “定势”的消极性影响。在知识迁移能力的形成过程中，既要培养解决类似问题的“定势”，形成知识迁移的一般性规律和方法，又要形成在遇到用习惯方法难以解决的有关问题时能够从其他角度去分析、解决问题的能力，要形成发散思维的意识与能力，这也是培养知识迁移能力的重要要求。
知识的迁移要求对知识呈现的情境和知识转换要灵活处理，而不是生搬硬套。在应用旧知识时也不要僵化，而是要具体问题具体分析、具体处理，形成从不同角度分析、迁移知识解决问题的意识和能力。
三、创设优质情景
在初中物理学科课堂教学中，创设好的情境，是提高物理教学效率的关键。教师有意识地创设问题情境进行课堂教学活动，不但可以有效调动学生的主动性，发挥学生的主体作用，提高学生注意力，活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣，而且可以诱发学生主动思考，开启学生心灵，开发学生智能，从而达到事半功倍的课堂教学效果。
物理课堂教学中，问题情境的创设，具有较强的艺术性，应得到教师的重视和研究。教师要转变课堂教学中的角色，在新的课堂中教师不再是一个主讲者，而是课堂教学的参与者和组织者。课堂教学的良好情境，是教师与学生双方在教学的共同努力中创造和形成的，教师要及时、恰当地创设问题情景，用新信息刺激学生已有的认识结构，引发学生积极思维，使学生养成独立思考的习惯和能力，使他们在牢固地掌握知识的同时，培养他们的创新精神和实践能力。
物理是有趣而又有用的,教师在有限的课堂教学中不可能给学生传授知识面面俱到,大量的知识要靠学生通过思考去分析、理解、掌握,因此注重培养学生浓厚的学习兴趣,成为教师教学中行之有效的途径。
课堂教学中启迪学生思维、培养学生能力是在一个接一个的问题情景和问题解决中实现的。为了使学生积极地进入思维状态并能获得成果，所设计的问题必须是典型的、有趣的和具有层次性的，要符合学生的最近发现区，而这些在经历了教学实践后，当然就有了更深的体会和更好的改进。学习兴趣是学生对学习活动或学习对象的力求认识或趋近的意识倾向，良好的学习兴趣是成才的先导，是直接推动学生学习的内在动力。因此，教师在教学中应认真组织教学，挖掘教学中的艺术性，努力激发学生的兴趣，从而促进学生在学习过程中，注意力集中、积极开展思维活动，理解深透、知识掌握牢固。
总之,一堂成功高效的物理课,是老师和学生共同创设出来的。教师应积极创设优美，风趣，活跃的课堂情景，以激发学生的学习兴趣；学生应充分发挥主体作用，积极主动地参与思考，共同创造具有时代特征的开放、自主、合作、探究式的和谐课堂气氛。两者相辅相成，互相促动。同时一个好的教师，重要的是要与学生心灵相通，彼此信任，彼此尊重，与学生和谐相处，真正成为学生的知心朋友，解决他们的实际困难。这样才能赢得学生的尊敬和爱戴，学生才能爱屋及乌。
第四章
结束语
新课程明确提出“倡导探究性学习”，“科学探究作为发现科学事实、揭示科学规律的过程和方法，在科学教育中有重要的意义”，教学要有质量就要真正做到“授人以渔”，必须以教师为主导，学生为主体，注重培养学生的学习兴趣和求知欲，引导学生质疑、探究，指导学生在实践中学习，培养学生的动手动脑能力。本文通过对新课程下初中物理教学案例分析研究，站在学科教师的角度来探讨初中物理的教学设计，以最佳方式激发学生的学习兴趣，为社会培养创新性人才，并探究将课堂教学和实验教学落到实处。以实验为创新源泉，问题情境为创新动力，实践为路径，进行初中物理课堂教学设计，实现教学理念的转变，提高教学质量。
教无定法，即使再好的设计也不一定能够取得最好的教学效果，这就要求教师在课堂教学中要不断积累经验，不断调动学生学习气氛，培养学生的创新能力，将培养创新人才落到实处。
第五章
附教学案例
“大气的压强”教学设计
秦春华
(陕西省西安市第八十三中学) 设计思想
“大气的压强”是初中《物理》第一册第十一章第一节的内容, 这节课是在学生掌握了压强的概念、压强的公式和单位、液体压强的特点和规律以及液体内部压强的公式之后, 学习的又一压强方面的知识.这节课主要讲的是关于气体压强中大气压强的初步知识, 与前面所学的固体压强, 液体压强一起构成了一个相对完整的体系.通过这节课的学习, 要求学生理解大气压强的存在和大气压强产生的原因, 会用大气压强解释简单的现象, 并且知道托里拆利实验说明了什么, 知道大气压强的大小.由于学生在学习这节课之前已知道压强以及大气压强产生的原因, 相对来说比较容易.但是,对于为什么能用托里拆利实验测出大气压强,托里拆利实验的原理是什么总是不能很好地理解, 这样导致与托里拆利实验相关的一些问题成为学生学习上的一个难点.为此, 在这节课的教学中, 笔者对这一部分的教学模式做了大胆的创新改进, 即在使学生认识到大气存在压强之后, 自己解决问题.学生在设计实验时,不断发现问题, 不断改进实验, 最后逐步引入到托里拆利实验.
一、教学前的准备 1.实验仪器
天平, 事先抽成真空的烧瓶, 马德堡半球,抽气机, 托里拆利实验整套装置, 另外还有物理兴趣小组的学生在这节课之前自制的验证大气存在压强的四套实验装置(1) 熟鸡蛋, 瓶子, 浸过酒精的棉花, 火柴; (2) 茶杯、硬纸片,水; (3) 空易拉罐, 面团, 浸过酒精的棉花, 火柴; (4) 底部扎有几个孔的空可口可乐瓶.2.自制的CA I 课件
二、教学过程 1.引入新课 “这节课我们来学习‘大气的压强’, 在学习新课之前, 请物理兴趣小组的同学表演四个魔术——看不见的魔力.”
实验1 把浸过酒精的棉花用火柴点燃投入事先准备好的空瓶中, 用剥了皮的熟鸡蛋堵住瓶口, 稍后, 鸡蛋被吸入瓶内.实验2 给茶杯中装满水, 盖上硬纸片, 倒置过来发现水和硬纸片都不下落.实验3 把浸过酒精的棉花用火柴点燃投入易拉罐中, 稍后用面团封住易拉罐的口.发现易拉罐被压得变了形.实验4 给底部扎有几个孔的空可乐瓶里灌入水, 在把可乐瓶提出水面之前问学生水会不会流出来(有些学生回答会, 有些学生回答不会).取出可乐瓶, 通过控制瓶盖, 使水一会儿流下来, 一会儿又不流下来.引入新课——“它们都来自于大气的魔力, 都是由大气压强产生的.” 2.大气有压强
提出问题 为什么大气会有压强? 实验5 (教师做该实验) 调节天平平衡,称出事先抽成真空的烧瓶的质量, 放入空气后发现烧瓶一端下沉.分析实验 上述实验中天平由平衡到失去平衡, 说明空气有质量.空气也像液体那样,受到重力作用, 而且能流动, 因而空气内部向各个方向都有压强, 这就是大气压强产生的原因.我们把大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强.3.大气压强有多大
提出问题:“既然大气有压强, 那么大气压强有多大?”
实验6 (请学生配合做该实验) 用抽气机将马德堡半球抽成接近真空, 请几位力气较大的男同学上来用力拉开它, 不行.吸入一些空气后, 就可轻易拉开.分析实验 (结合课件中所绘制的马德堡半球剖面图分析为什么抽成真空的马德堡半球难以拉开, 而内部有了空气的半球则轻易地就能拉开) 该实验说明大气不仅有压强, 大气的压强还很大.4.如何测量大气压强的大小
引导学生复习前面压强大小的计算方法,使学生知道可以想办法用公式PF或S者液体压强公式Pgh来求出大气的压强.(注意引导学生分析不能够直接把液体压强公式中的液体密度替换为大气密度、把液体的深度替换为大气层厚度来计算大气压强; 同时提醒学生在物理学习中, 有时公式、规律可以迁移,但切记不能不经过分析论证随意迁移.)引导学生理解在验证大气压强存在的实验中, 如果能测出相应的物理量就能够测算出大气的压强.引导学生分析验证大气压强存在的实验中, 如果某些物理量不易测定, 可以想办法将实验装置做一定的改装, 可以方便地测出这些物理量.引导学生分析各种改进了的实验装置在测算大气压强时有哪些不足之处, 哪种方法更科学、更实用.通过学生自己分析、自己改进实验装置,学生最后得出与托里拆利实验相近甚至相同的实验装置和实验方法, 此时再告诉学生该实验叫托里拆利实验, 因为最早是托里拆利用这样的实验测出大气压强的大小的.引导过程如下: ( 1) 从瓶口吞鸡蛋这个实验我们可以想到, 如果知道了大气施加给鸡蛋上半部分的压力F 和鸡蛋上半部分的面积S , 就可以利用公式PF算出大气压强.但S这里的压强和面积不易测量, 显然用这个实验装置无法测出大气压强.( 2) 从马德堡半球实验我们同样可以想到, 如果知道了大气施加给半球的压力F 和半球的面积S , 就可以利用公式PF算出大气压强.这个压力F 与刚好把半S球拉开时的拉力的大小相等, 测出拉力的大小就可以知道F 的大小.由于圆形的表面积不方便计算, 我们可以把半球改装成正方体容器, 这样面积S 能较容易的测出.尽管利用这个实验的原理和装置可以测算出大气压强, 但是, 由于需要很大的拉力才能把半球拉开, 而且刚好把半球拉开的力并不容易确定出来, 所以上述实验缺乏可行性.( 3) 从倒置水杯实验我们可以想到, 大气压强等于水杯内水的压强与杯底对水的压强之和.杯内水的压强可以很方便的测算出, 但杯底对水的压强无法得到, 显然用这样的实验装置无法测出大气压强.(4) 从有孔的可乐瓶能装水这一实验我们可以想到, 大气压强等于瓶内水的压强与瓶内水上方气体的压强之和.瓶内水的压强可以很方便的测算出, 但瓶内水的上方气体的压强无法得到, 显然用这样的实验装置也无法则出大气压强.( 5) 将上面两个实验结合起来考虑, 我们发现都是水上方的压强无法确定, 那么, 如果我们想办法让水上方的压强为零(这样容器顶不会对水产生压强) , 也不让水的上方有气体(这样就没有气体压强作用在水的上方) , 于是, 只要我们测出水柱的高, 算出水柱的压强,我
图1 们就能得到大气压强(实验装置如图1 所示).
( 6) 我们遇到新问题是, 当我们试图把装水的容器上方抽成真空时, 水面在不断地向上升, 为了让水不接触容器顶, 容器得不断地加长(放录像: 抽出管中的空气时, 可以把水抽到高达10 m 以上).显然, 用这种方法来测大气压强必须要有足够长的管子和足够高的空间.在新的问题面前, 我们考虑到在这样的装置下, 大气压强等于液体的压强, 而液体的压强与液体的高度和密度有关.在大气压强不变的情况下, 如果换用密度较大的液体, 液体的高度应该会按比例降低.于是我们考虑把水换成水银, 发现当水银上方抽成真空时, 水银柱的高度不到1m , 这证明我们的思路是正确的.另外, 考虑到使用抽气机把液面上方的空气抽成真空既不方便, 也不好实现, 我们想到, 先把一图1段长1 m 左右的玻璃管内装满水银, 再将其倒置于水银槽内, 这样, 当管内水银面下降时, 上方自然成为真空(如图1 所示).这样的实验装置和实验步骤最早是由托里拆利设计的, 所以把这样测定大气压强的实验叫做托里拆利实验.5.托里拆利实验
实验7 (教师做该实验) 第一步: 规范操作托里拆利实验全过程, 得出此时此地的大气压强的值.第二步:倾斜玻璃管, 让学生读出水银柱的竖直高度;第三步: 换用不同的内径的玻璃管做该实验,让学生读出所测大气压强的值.分析实验 托里拆利实验中, 水银柱液面的高度差与玻璃管内径的粗细、玻璃管是否倾斜无关.根据所测得的数值计算出当时当地的大气压强的值, 并让学生了解在标准状况下,大气压强可支持760 mmHg, 此时对应的大气压强的值是1101×105 Pa.6.讨论与练习
讨论1 大气压强这么大, 为什么我们感觉不到? 讨论2 把装满水的量筒浸入水中, 口朝图2下, 抓住管底向上提, 在筒口离开水面前, 量筒露出水面的部分是空的? 是有水, 但不满? 还是充满水? 为什么? 练习1 课本第131 面
1、2 题.图2 练习2 如图2 所示是托里拆利实验的示意图, 已知当时的大气压等于760 mmHg 产生的压强, 则A 点的压强、B 点的压强、C 点的压强分别是多少? 7.小结
本节课的主要内容是:
(1) 通过实验确定大气有压强; (2) 托里拆利实验是历史上首次测定大气压强的著名实验;
(3) 在标准状况下, 测出的大气压强与760mmHg 水银柱产生的压强相等.
