初中物理半杯水覆杯實(shí)驗(yàn)說(shuō)課稿

孫凡

【摘 要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理最有效、有趣的教學(xué)方法，半杯水覆杯實(shí)驗(yàn)使學(xué)生心生疑問(wèn)，激發(fā)興趣，進(jìn)而動(dòng)手探究、解釋?zhuān)疚囊哉f(shuō)課稿的形式呈現(xiàn)，目的有二，一是有助于教師之間的交流討論，二是能更好的體現(xiàn)出一節(jié)實(shí)驗(yàn)課的過(guò)程和學(xué)生的內(nèi)心活動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】物理核心素養(yǎng);大氣壓強(qiáng);說(shuō)課

《半杯水的覆杯實(shí)驗(yàn)》，是人教版的八年級(jí)物理下冊(cè)第九章第三節(jié)證明大氣壓強(qiáng)存在的實(shí)驗(yàn)，我將從實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)及創(chuàng)新、教學(xué)反思與自我評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)這節(jié)實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

1.知識(shí)與技能：

⑴知道大氣壓強(qiáng)存在，裝滿(mǎn)水的覆杯實(shí)驗(yàn)。

⑵理解與大氣壓相通的固體、液體、氣體內(nèi)部都存在大氣壓。

⑶能將滿(mǎn)杯、半杯水的覆杯實(shí)驗(yàn)融會(huì)貫通。

2.過(guò)程與方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝滿(mǎn)水與半杯水的硬紙片都不會(huì)掉落，激發(fā)學(xué)生探究熱情。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)問(wèn)題創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生積極探究，提升對(duì)物理知識(shí)的興趣，從而感悟簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的大道理。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

從知識(shí)儲(chǔ)備上看，學(xué)生學(xué)習(xí)了壓強(qiáng)，液體壓強(qiáng)，學(xué)會(huì)了如何去受力分析以及對(duì)平衡力的理解、需要向?qū)W生補(bǔ)充的知識(shí)是玻——馬定律（P1V1=P2V2）。實(shí)驗(yàn)中我引導(dǎo)學(xué)生親自去做半杯水的實(shí)驗(yàn)，觀察紙板表面的凹凸情況，激發(fā)學(xué)生探究的熱情，從而引出水杯倒置前后內(nèi)部液面的變化，紙板受力的分析，壓強(qiáng)和水面變化的關(guān)系式的推導(dǎo)，最終利用數(shù)學(xué)方法得出實(shí)驗(yàn)成功的原因。

三、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

1.提出顛覆性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)（圖1覆杯實(shí)驗(yàn)示意圖略）

覆杯實(shí)驗(yàn)可以證明大氣壓強(qiáng)的存在在教學(xué)上的成功毋庸置疑，但是大多數(shù)教師都采用的是滿(mǎn)杯水，而且告誡學(xué)生一定要保證水杯內(nèi)不留空氣才能確保實(shí)驗(yàn)的成功，我正是抓住學(xué)生在該點(diǎn)的認(rèn)知上提出了半杯水是否也能成功，但是他們一定是想去親自做一做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的。

2.采取讓學(xué)生觀察→思考→討論→合作探究的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行學(xué)習(xí)

根據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，在探究過(guò)程中學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、探索精神、實(shí)踐能力及創(chuàng)新意識(shí)。

四、說(shuō)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本節(jié)課將從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)教學(xué)：

顛覆學(xué)生觀念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣——?jiǎng)邮謱?shí)驗(yàn)探究，觀察現(xiàn)象——否定假設(shè)推理，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證內(nèi)化提高——數(shù)學(xué)物理方法推導(dǎo)感悟收獲——發(fā)散思維，鞏固升華。

第一環(huán)節(jié)：顛覆學(xué)生觀念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

問(wèn)題引入：在覆杯實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證大氣壓強(qiáng)存在的實(shí)驗(yàn)中，在杯中只裝半杯水實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒幔?/p>

學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)思考、討論，多數(shù)人報(bào)以懷疑的態(tài)度，唯有實(shí)踐檢驗(yàn)

第二環(huán)節(jié)：分組實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)與之前談?wù)摻Y(jié)果是否有出入，提出新的問(wèn)題

探究過(guò)程一：在杯中裝半杯水用紙片蓋住杯口倒置水杯，觀察水是否會(huì)落下來(lái)。

探究過(guò)程二：觀察紙片的形變方向，是否與自己所想的一致，如果不一致，思考如何去解釋。

探究過(guò)程三：否定假設(shè)推理，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證內(nèi)化提高

1.水會(huì)落下來(lái)，所以液面上方有大氣壓，紙片上也有大氣壓，由于水的重力會(huì)下落的猜想不對(duì)。

2.液體由于重力會(huì)有下落的趨勢(shì)，但下落時(shí)液面上方氣體的體積要增大，導(dǎo)致其壓強(qiáng)會(huì)減小，在外界大氣壓的作用下，水不會(huì)下落，這種猜想最容易讓人信服，但理論上紙片應(yīng)該會(huì)向外突出但是觀察到的是紙片會(huì)杯內(nèi)發(fā)生形變，所以該猜想也是不正確的。

探究過(guò)程四：數(shù)學(xué)物理方法推導(dǎo)感悟收獲解釋

在做覆杯實(shí)驗(yàn)時(shí)仔細(xì)觀察，我們可以觀察到硬紙片向 杯內(nèi)凸出，同時(shí)硬紙片離開(kāi)杯口有一個(gè)微小的距離（圖3覆杯實(shí)驗(yàn)示意圖略），下面我們來(lái)進(jìn)行推算：為了簡(jiǎn)化，設(shè)杯子為圓柱形，高度為 H，杯內(nèi)水深 h，杯子內(nèi)截面積為 S。倒置前，杯內(nèi)氣體壓強(qiáng) p1=p0，倒置后，杯內(nèi)空氣柱的體積變大，V2=V1+△V，氣體 的壓強(qiáng)減小，p2=p1-△p 根據(jù)玻―馬定律 p1V1=p2V2， 可得：

p0V1=p0V1+p0△V-△pV1-△p△V，略去△p△V，

則 p0△V=△p V1 （1）

水杯倒置后，對(duì)紙片作受力分析，向下的力有：卡片自重 G卡，杯內(nèi)水的壓力ρghS，杯內(nèi)氣體產(chǎn)生的壓力（p0-△p） S;向上的力有： 浸潤(rùn)現(xiàn)象產(chǎn)生的水對(duì)紙片的拉力 F浸，杯外氣體產(chǎn)生的壓力p0S。 滿(mǎn)足紙片恰好不下落的條件：

G 卡+ρghS+（p0-△p） S=F 浸+p0S

由于浸潤(rùn)現(xiàn)象產(chǎn)生的水對(duì)紙片的拉力和紙片自重都很小，（且這兩個(gè)力方向相反，近似 抵消），可以略去。所以，

△p=ρgh （2）

由（1）、（2）可得，p0△V= rghV1所以，△V=rghV1/ p0倒置時(shí)水柱下降

△h=△V/S= rghV1/（p0S）=rgh（H-h）/p0=h（H-h）/10（其中r取103kg/m3，p0取 105Pa，g取10N/kg）

當(dāng) h=H-h 時(shí)，即h=0.5H時(shí)，h（H-h）有最大值，也即△h 值最大。

假設(shè)水杯的高度 H=0.2m，當(dāng)裝入半杯水時(shí)，即 h=0.1m，可算出

△hmax=10-3m 倒置水杯時(shí)，只要滿(mǎn)足硬紙片向下移動(dòng) 1mm，大氣壓即可托住杯內(nèi)的水，同時(shí)這個(gè)微小的 下移，也不至讓外界的大氣進(jìn)入杯內(nèi)，即半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺晒Α?/p>

第五環(huán)節(jié)： 發(fā)散思維，鞏固升華。

1、將水杯傾斜時(shí)與水平夾角為多少時(shí)水會(huì)下落

2、該實(shí)驗(yàn)的成功率與水杯的直徑是否有關(guān)

五.教學(xué)反思及自我評(píng)價(jià)

以上是我對(duì)“半杯水覆杯實(shí)驗(yàn)”證明大氣壓強(qiáng)存在的小實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)和對(duì)這節(jié)實(shí)驗(yàn)課的整體設(shè)計(jì)，雖然本堂課學(xué)生的積極性高，實(shí)驗(yàn)效果也較好，我虛心聽(tīng)取了物理組同仁的建議，覺(jué)得還有存在一些不足，主要是數(shù)學(xué)物理推導(dǎo)的過(guò)程學(xué)生不容易理解，在同行之間交流時(shí)具有一定的意義，在物理教學(xué)的路上能夠盡量去追求嚴(yán)謹(jǐn)、善于探究的精神，在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步地提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]后宗新，半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)[J].物理教學(xué)探討，2016（11）

[2]李繼蘭.對(duì)覆杯實(shí)驗(yàn)再探討[J].物理教學(xué)探討，2007，24（8）：53—54