探究液體壓強特點及壓強公式的推導

河北省大城縣第四中學 張鐵峰

一、改進背景

人教版物理八年級下冊第九章《液體的壓強》一節的重點是讓學生感受液體壓強的存在，并探究液體壓強的特點和規律，在探究過程中體驗科學探究的方法。由于本節知識比較抽象，學生生活經驗較少，因此在學習過程中會感到茫然，在某種程度上限制了其思維的發展和主動性的發揮。通過設計以下教具，能讓學生真切地感受到液體壓強的特點，有助于其對液體壓強知識的掌握。

二、特點用途

此套教具采用亞克力材料（亞克力管、亞克力板）制作。亞克力材料透明度高、易于觀察、操作簡單穩定，可用于液體壓強的定性實驗、液體壓強公式的推導。

三、教具制作

（一）自制探究液體壓強特點實驗裝置

1.組成：①內置磁閥（由異性磁鐵1、2組成）的長90 cm 的透明管；②綠色堵塞；③亞克力板制作的透明長方體水槽。（如圖1）

2.設計原理：根據磁鐵異性相吸的性質，利用液體壓強的大小控制磁閥的開啟程度，進行實驗裝置設計。磁閥由相互吸引的異性磁鐵1、2 組成，磁鐵1、2的直徑為6 cm，其中磁鐵1 固定，磁鐵2 可以移動，但只能移動到與磁鐵1 的距離為3.5 cm 處（通過測試、調節，當兩塊磁鐵相距3.5 cm 時，它們之間的吸引力為3 N）。裝置內裝好水后，用綠色堵塞堵住上端，這樣裝置平放時也不會有水流出，做實驗時再取下堵塞。

3.此教具的創新點：磁閥的設計。通過控制液面到磁閥的豎直距離（液體的深度），可觀察到液體對容器底和側壁均存在壓強，且壓強隨深度變化而變化。

4.實驗過程：（1）如圖2 所示，把探究液體壓強特點實驗裝置傾斜，學生會發現拿走上端堵塞，底部沒有水流出，從而提出問題：液體是否存在壓強？

（2）把實驗裝置繼續傾斜，發現磁閥（磁鐵2）稍有打開，有少許水流出，說明當液體的壓強大于磁閥的磁力時，磁閥才會打開，水從上管流到下管，從而使學生認識到液體對容器底部有壓強。

（3）如圖3 所示，把實驗裝置豎直放置在液體槽上端，這時水對磁鐵2 的壓強大于磁鐵2 與磁鐵1 間的磁力，磁閥完全打開，磁鐵2 會落到管的底部C 處，從而堵住管的下端，水流入下管中并從側壁的小孔中噴出（根據水噴出的距離可以直觀地看到液體壓強與液體深度有關），這說明液體不僅對容器的底部有壓強，對側壁也有壓強。學生通過觀察透明管中液體高度（深度）變化，以及下管側壁小孔中的水流變化，進而思考、討論、總結液體壓強的特點。

（4）根據以上實驗得出結論：液體對容器的底和壁都有壓強，深度越大，壓強越大（理解深度的含義：液體內一點到液面的垂直距離）。

（二）自制液體壓強公式的推導實驗模型

1. 組成：①邊長為10 cm、密度為1×103kg/m3的標準藍色正方體（正方體是空心的，里邊注入一定量的液體，使正方體的平均密度與水一致）；②長25 cm、寬11 cm、高30 cm 的透明水槽。（如圖4）

2.此教具創新要點（改進要點）及實驗原理：標準正方體模型代替假想液柱，變抽象為直觀；利用固體壓強p=和豎直狀態F=G作為原理進行設計。

3.實驗過程：把藍色正方體放入水槽中，此時藍色正方體上表面與水槽中水面相平。進行公式推導：①正方體向下的壓力：F=G=mg=ρ正Vg=ρ正h3g；②正方體向下的壓強：p正==ρ正gh；③正方體向下的壓強與水對正方體下表面向上的壓強相等；④很方便得出液體壓強公式：p水=p正=ρ正gh=ρ水gh。學生計算正方體下表面處液體壓強的大小：p水=ρ水gh= 1×103kg/m3× 10 N/kg × 0.1m = 1000 Pa，進行知識鞏固。

四、收獲體會

1.實驗裝置改傳統的定性研究方式為定量研究，理論推導過程變抽象的假想為直觀的觀察。

2.通過親身的體驗和感悟，使學生獲得關于液體壓強特點的感性認識，為深入理解和應用這些知識打好基礎。通過利用教具的探究活動，使學生獲得成功的喜悅，進而培養學生對物理學習的興趣，提高學習的自信心。

3.在實驗探究中培養學生的動手能力，提高其理解、分析、解決實際問題的能力；培養學生的科學態度，提高其學習熱情和科學素養。