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【优秀课例】潘书朋:莱州市初中物理教研活动示范课《液体压强》(2023.03.10)

   随着义务教育课程方案和课程标准的颁布实施,新一轮课程改革必将掀起高潮。对于一线教师来说,课堂教学则是课程改革的主阵地。笔者结合多年参加省市优质课评选、教研活动示范课的优质课例,整理了相关的教学视频、课堂实录等素材,希望能够给教师提供一些帮助。

为此,微信公众号特推出“优秀课例”系列文章,仅供一线教师学习分享之用。如果涉及内容版权问题,请及时和我们联系,我们将更正或及时删除,感谢大家。
——编者按
莱州市初中物理教研活动示范课
《液体压强》


一、教学视频


二、教学课件

   三、课堂实录

第一环节:创设情境,提出问题

师:上课!同学们好!

生:老师好!

师:请坐!

师:很高兴今天能够和同学们一起来交流与学习,希望通过本节课的学习,大家能够掌握一些既有趣又有用的物理知识。

活动1:情境体验,走进物理(3分钟)

师:今天老师给大家带来一件礼物,你认识它吗(展示图1)?

生:“蛟龙”号深海载人潜水器

师:21世纪,人类进入大规模开发利用海洋的时期。2002年,7000米载人潜水器启动研制工作,这就是我国首台自行设计、自主集成研制的“蛟龙”号模型。2012年7月,“蛟龙”号在马里亚纳海沟成功下潜至7062米,创造中国载人深潜纪录,标志着我国具备了可到达全球99.8%的海洋开展作业的能力。

师:2020年11月10日,我国研发的“奋斗者号”全海深载人潜水器又创造了10909米的国内载人深潜新纪录。(播放微视频——“奋斗者”号)

师:同学们,“奋斗者”号下潜深度的不断创新振奋着我们每一个中国人的心,也成了我们中国人的骄傲,那么同学们知道潜水器在深水中为什么要承受如此大的压力吗?带着这个问题我们一起来学习“第七章 第二节——液体压强”。

师:(点击展示——学什么)这节课我们将围绕“液体压强”这个核心概念,探究并了解液体压强与哪些因素有关;知道连通器的结构特点和原理,了解连通器在实际中的应用。

(设计意图:活动1开课伊始通过展示“蛟龙号”深海载人潜水器模型,播放“奋斗者”号刷新下潜深度微视频,通过介绍我国自行设计、自主集成研制的深海载人潜水器的发展历程,利用新闻热点激发学生强烈的求知欲望,这是很好的激发学生爱国主义情怀的情境素材。这样的设计思路符合“从生活走向物理”的新课程理念,也符合学生的认知规律。)

第二环节:实验探究,解决问题

液体压强的特点

活动2:观察实验,体验感知5分钟)

师:请同学们观察,这是盛有水的烧杯。通过前面的学习,我们知道烧杯对桌子会产生压强,这是为什么?

生:烧杯受重力,对支撑面会产生压强。

师:那么烧杯内的水对容器会不会产生压强?

生:会(猜测)

生:不会(猜测)

师:让我们通过实验来认识水对容器产生的压强。我给大家准备了一个器材(展示图3),在两端都开口玻璃管的一端扎上橡皮膜,并且在侧壁两个不同的位置也扎上橡皮膜。大家先观察一下此时橡皮膜的表面是平的还是曲的?

生:平的

师:现在我们需要做的就是将水倒入玻璃中,注意观察橡皮膜前后的变化情况,并且思考其中的原因。好,同学们马上体验。

生:动手操作,体验感知。

师:咱们同学观察到橡皮膜前后有变化吗?

生:有

师:有什么变化呢?

生:橡皮膜原来是平的,后来向外凸。

师:你能得出什么结论?

生:液体对容器底部有压强(液体受重力作用)。

师:大家再看容器侧壁的橡皮膜前后有什么变化?

生:橡皮膜原来也是平的,后来向外凸。

师:你又能得出什么结论?

生:液体对容器侧壁也有压强(液体具有流动性)。

师:液体对容器底部和侧壁都产生压强,那么液体内部会不会有压强?

生:......(思考中)

师:我给大家又准备了一个器材(展示图5),这是上下左右四个面都蒙有橡皮膜的正方体。此时四个表面的橡皮膜都是平的,下面请同学们将这个正方体放入盛有红色液体的容器中,注意观察四个表面的橡皮膜前后有什么变化?好,开始体验。

生:动手操作,体验感知。

师:好,哪个小组交流以下你们看到的现象?

生:四个表面的橡皮膜都内凹(图6)。

师:你能得出什么结论?

生:液体内部有压强。

师:能否再准确叙述一下?

生:液体内部向各个方向都有压强。

师:那么我们就可以总结出:液体对容器底部、侧壁、内部都有压强(板书)。

(设计意图:活动2“观察实验”是学生初步体验液体压强的特点,这一环节教师并没有直接告诉学生“液体压强有什么特点”,而是让学生动手操作,体验感知。在此基础上,师生共同学习,思维碰撞,通过橡皮膜前后的变化,得出液体压强的初步规律——“转化法”。这种学习流程符合学生的认知规律,也是课堂“真学习”的具体体现。)

活动3:合作学习,实验探究10分钟)

师:液体压强与哪些因素有关?要想继续探究这个问题,我们要认识一个专门用来研究液体内部压强的仪器——压强计。下面观看一段介绍压强计的微视频。(播放微视频——压强计)

师:在使用压强计的时候,同学们还需要注意,橡皮管不能弯折,在小组合作探究的时候一位同学将橡皮管竖立着;另外,通过旋钮的转动来改变橡皮膜的方向。那么我们可以继续探究液体压强有什么特点。

师:那么请同学们猜想一下——液体压强可能与哪些因素有关?

生:可能与方向有关。

生:液体的密度。

生:液体的深度。

生:液体的重力

生:......

师:我想要探究液体压强与一个因素的关系,需要用到什么研究方法?如何观察压强是否改变?

生:控制变量法。

生:观察U型管两侧的液面高度差是否变化。

师:那么我们如何用控制变量法来设计一个实验方案,探究每个因素对液体压强是不是有影响吗?下面请各小组讨论设计实验方案。

生:讨论实验方案。

师:下面请同学们交流一下你们设计的实验方案。

生:探究与方向是否有关,要保持液体的密度和液体的深度不变。改变方向,观察压强是否改变。

生:探究与液体深度是否有关,要保持方向和液体密度不变,改变液体深度。

生:探究与液体深度是否有关,要保持方向和液体深度不变,改变液体密度。

师:刚才我们一起设计了实验方案,为了节省时间,我们分成三个大组进行实验,采用的液体分别是酒精、水、硫酸铜溶液。好,下面请各小组进行实验探究,注意做好组内成员的任务分工,做好数据的记录。

生:小组合作,实验探究。

师:下面请同学们来交流一下实验过程中观察到什么现象,得到什么结论(投影实验记录)。

生:保持探头在水中的深度不变,改变探头的方向,发现U型管两侧的液面高度差不变。说明同种液体的同一深度,各方向的压强都相等。

生:保持探头的方向不变,改变探头在水中的深度,发现U型管两侧的液面高度差增大。说明同种液体,深度越大,液体的压强也越大。

师:刚才我们分成三个大组,我们来对比一下,看看你能得出什么结论?

生:液体的压强还与液体的密度有关,深度相同时,液体的密度越大,液体的压强越大。

师:通过刚才的探究,我们可以看出液体压强与方向、液体深度和液体密度是否有关?

生:与方向无关

生:与液体密度有关,深度相同时,液体密度越大,液体压强越大。

生:与液体深度有关,液体密度相同时,液体深度越大,液体压强越大。

师,通过实验探究,我们知道液体压强与液体的密度和液体深度有关。下面请同学们将液体压强特点升华总结一下。

归纳总结液体压强的特点:

1.液体内部向各个方向都有压强;

2.在同一深度,液体向各个方向的压强都相等;

3.液体压强随深度的增加而增大;

4.液体的压强还与液体的密度有关,深度相同时,液体密度越大,压强越大

(设计意图:活动3“实验探究”是学生深度体验液体压强的特点,这也是2022版课程标准探究类学生必做实验之一,必做实验的设计旨在体现物理课程实践性的特点,培养学生发现问题与提出问题的能力、收集数据与处理数据的能力、分析论证与解释交流的能力,引导学生学会学习、学会合作,培养学生严谨认真、实事求是的科学态度。这一环节学生在教师的引导下能根据实验目的,运用“控制变量法”设计实验方案,通过小组合作,正确使用实验器材进行科学探究,收集数据,对收集的数据进行整理,归纳总结,形成结论并作出解释。学生在实验探究过程中,教师要参与其中,给学生必要的提示,以提高实验效率,避免实验中不必要的错误出现,整个实验探究过程依次进行,环环相扣,逻辑性强,促进学生能力的培养。另外,学生自己总结实验规律,培养他们对数据的处理能力。)

液体压强的大小

活动4:模型建构,理论推导10分钟)

师:我们知道了液体压强特点,就可以用来解释生活中的一些现象。请同学们看这幅图片(展示图8),现在有几种不同的潜水服,就是根据不同液体的深度设计的。

师:大家思考一下“蛟龙号”模型(图1)在深水处能够承受巨大的压强吗?

生:不能。

师:我们知道同种液体的压强随着深度的增加而增大,那么液体在某一深度的压强到底是多大?你有方法知道其大小吗?

生:......(困惑中)

师:老师这里有一个粗细均匀的直筒,里面装有带颜色的水(图10),同学们注意观察橡皮膜底部什么形状?

生:向下凸

师:为什么向下凸?

生:水对容器底部有压强

师:将盛水的直筒放入水中,底部橡皮膜形状会有什么变化?在水中的什么位置,底部橡皮膜会变平?橡皮膜的形状变平说明什么问题?请同学们小组进行实验并讨论解决以上问题。

生:把带颜色水的直管放到清水中,注意观察橡皮膜的形状变化(图11)。当直管浸入清水中一部分,注意观察橡皮膜凸的程度变大还是变小?

继续向下放,橡皮膜凸的程度会越来越小。当内外液面相平的时候,橡皮膜变平(图12)。

师:下面我们就将刚才的实验分析一下。最初带颜色的水对橡皮膜有向下的压强,当部分浸入水中,为什么橡皮膜凸的程度变小?

生:橡皮膜受到清水向上的压强。

师:当内外液面相平的时候,说明什么问题?

生:橡皮膜受到向下和向上的压强相等。

师:向下的压强是管内的水产生的,向上的压强是瓶内的水产生的,我们知道在液体同一深度处向各个方向的压强都相等,所以我们只需要求出管内的水产生的向下的压强,自然知道这一深度处液体压强的大小。

师:那么我们可以这样设想一下,在液体内部有一个深度为h,横截面积为s的液柱(图13),

师:这段液柱对S所产生的压力大小等于它所受到的重力。下面请同学们尝试推导这一深度处液体压强的大小。

生:F=G=mg=ρvg=ρgsh

P=F/s=ρgsh/s=ρgh

于是我们就可以得出液体压强大小的计算公式:P=ρgh

师:请同学们熟悉一下公式中各个物理量的物理意义及其单位。

生:P —液体的压强—帕斯卡(pa)

ρ—液体的密度—千克每立方米(kg/m3)

g —重力与质量的比值—牛顿每千克(N/kg)

h —液体的深度—米(m)

师:这里我需要重点强调的是“液体的深度”,那么什么是“深度”呢?

深度:研究位置到自由液面(与空气接触)的竖直距离(图14)。

师:“奋斗者”号潜水器遇到的最大的难题就是在深处要遇到巨大的压强,而要承受这个压强就需要非常先进的科学技术去克服。下面同学们来看“奋斗者”号在10909米的马里亚纳海沟,到底承受了多大的液体压强(图15)?

生:例题:当我们的深海载人潜水器——“奋斗者”号,成功下潜到水下10909m时,你能否计算出“奋斗者”号此时受到的液体压强?(ρ海水≈1.0×103kg/m3,g=10N/kg)

师:刚才我们已经计算出“奋斗者”号在10909米的马里亚纳海沟承受的巨大压强,那么请同学们思考一下“奋斗者”号为什么要有特制的、厚厚的“铠甲” ?

生:当“奋斗者”号下潜到10909米深处时,所承受的压强巨大。

(设计意图:活动4先通过让学生观察不同类型的潜水服,加深“同种液体的压强随深度的增加而增大”的理解。为了突破“液体压强的大小”这一难点。由于液体压强的内容比较抽象,先通过实验引导学生建构物理模型,然后再进行理论推导,这样的处理就大大降低了思维难度,学生很顺利得出液体压强公式,在此基础上再通过例题计算“奋斗者”号在10909米的马里亚纳海沟承受的巨大压强,从而感受到我国科学技术的进步对全球深渊科学的发展具有十分重要的意义。)

第三环节:联系实际,拓展问题

液体压强的应用——连通器

活动5:联系实际,拓展问题6分钟)

师:我们已经知道同种液体的压强随着深度的增加而增大,大家来看这是我国在湖北宜昌建造的三峡大坝,大坝设计成下宽上窄的形状(图16),这一超级工程惊艳了全世界。(播放微视频——三峡大坝)

师:我国三峡大坝是举世瞩目的跨世纪工程,三峡大坝上下游的水位差最高可达113m。巨大的落差有利于产生可观的电力,但也带来了航运方面的问题,解决这个问题的途径就是修建船闸,那么船是如何从上游通过船闸驶往下游的呢?这就需要继续学习液体压强的应用——连通器。

师:下面请同学们进行下面的操作——刚才我们在探究液体压强与哪些因素有关的实验中,将探头浸入液体中,U型管两侧出现了高度差(图17)。现在请同学们将U型管连接橡皮管的一端拔下,注意观察实验现象。

生:最终U型管两端的液面保持相平。

师:其实大家看到的U型管就是一个连通器,为了让大家更加深刻理解连通器的构造和工作原理,我们再来做一个实验,请注意观察连通器的构造有什么特点,在连通器中缓慢注入带颜色的水,静止后注意观察液面的情况(图18)。

生:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。

生:连通器里装有同一种液体,液体不流动时,各容器中的液面总保持相平。

师:同学们总结的非常准确。连通器各容器各液面相平的原因,可用液体压强的知识解释(图20)。

生:利用图20运用液体压强的知识解释连通器的工作原理。

师:刚才我们已经知道——连通器里装有同一种液体,液体不流动时,各容器中的液面总保持相平。下面请同学们采用逆向思维的方式思考问题,如果连通器里装有同一种液体,各容器中的液面不相平,那么会出现什么现象?

生:液体会流动。

师:其实刚才我们利用U型管体验过了,下面我们就可以来看看三峡船闸是如何工作的。

师:老师这里有一个二级船闸的模型,我们一起来利用船闸的模型来了解一下轮船(用乒乓球代替)是如何顺利通过船闸的。

师:其实在实际生活中还有很多连通器的实例,下面请同学们思考讨论交流你还知道哪些属于连通器?

生:茶壶

生:锅炉水位计

生:乳牛自动喂水器

生:喷泉

生:......

师:看来同学们对连通器了解的还比较多,课后同学们可以继续讨论这个问题。

(设计意图:活动5设计的环节是液体压强的应用——连通器。为了更好地进行衔接,在前面学习了液体压强随着深度的增加而增大,就可以很好解释三峡大坝设计成下宽上窄的形状,在让学生观看微视频的时候,自然也就引出三峡船闸,也就为接下来学习连通器做了很好的衔接。在学习连通器的构造特点和工作原理的时候,是在前面探究液体压强与哪些因素有关的基础上,利用U型管继续拓展研究。对于连通器工作原理的解释也是在前面推导液体压强公式需要建构模型的基础,采用同样的方式进行建构模型,理论分析,这样的设计非常流畅,一气呵成。)

第四环节:梳理反思,深化问题

活动6:梳理反思,思维升华(5分钟)

师:这节课我们一起学习了有关“液体压强”的有关知识,下面请同学们结合自主学习单,将本节课运用“康奈尔笔记(5R笔记):对所学的“液体压强”进行知识梳理,并对你的实验操作进行反思改进。

生:利用康奈尔笔记(5R笔记)对所学的“液体压强”进行知识梳理,并对你的学习过程进行反思。

师:刚才给大家介绍的是运用“康奈尔笔记(5R笔记)”对学习内容进行梳理反思的方法,当然这不是唯一的整理笔记的方法。老师下面给大家展示的另一种整理方法——概念图。

(设计意图:活动6设计的梳理反思是为了让学生知道自己“学到了什么”,为此可以引导学生借助康奈尔笔记,利用概念图对本节内容进行整理,形成知识网络,并且通过对实验探究的反思,增强学生动手操作的能力和意识。)

活动7:自我检测,巩固练习3分钟)

师:下面我们来看看大家对本节课的内容学得怎么样?

生:完成自我检测习题

(设计意图:活动7设计的反馈练习是教师依据素养目标精心设计习题,安排学生进行课堂自我检测,对本节课学生的学习情况进行及时反馈,检验学生“学得怎么样”。)

第五环节:创新实践,发现问题

活动8:创新实践,思维迁移3分钟)

生:课后完成以下创新实践活动。

◎动手操作,创新实践

早在1648年,法国物理学家帕斯卡就做了一个实验(图24):在一个装满水的密闭木桶上,插入一根细长的管子,然后从楼上阳台向管子里灌水。结果,他只用了几杯水,就把木桶撑破了。请大家利用身边的物品合作进行模拟帕斯卡裂桶实验(图25)(一定要注意安全!)或者利用其他物品(如:饮料瓶、橡胶管、漏斗等)进行创新实验。

◎查阅资料,搜集信息

查阅资料,了解我国“奋斗者"号载人潜水器的深潜信息,讨论影响其所受液体压强的因素。了解我国长江三峡水利枢纽工程中船闸是怎样利用连通器特点让轮船通行的。

(设计意图:活动8设计的“创新实践”是学生所学知识的迁移应用,分两个层次进行:首先是引导学生回顾物理学史,利用身边的物品进行创新实践。其次,让学生查阅“奋斗者"号载人潜水器和三峡船闸的有关信息,这些实践活动非常具有综合性,这是2022版课程标准第16页提出的“活动建议”,这也是课程标准提出的一次跨学科实践中“物理与社会发展”的创新设计。)

结束语

师:今天很高兴和大家一起度过了这美妙欢快的45分钟,希望大家每天都能带着一份愉悦的心情去感受科学世界的美丽。

师:最后老师送给大家一句话,以求共勉——致同学们:愿你们都能够不断的用知识和能力强壮自己,练就一身坚硬的“盔甲”,像“奋斗者”号一样,可以不惧任何“压强”的挑战,做一个外表和内心都强大的人。

师:好,再次谢谢大家,下课!

师:同学们再见!

生:老师再见!


在这里,聆听一线草根教师的教育心声!

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