挖掘生活資源 助力學生創(chuàng)新實驗
——以“用礦泉水瓶研究液體壓強”實驗為例

程文潔 管西巧

(1. 山東省淄博市張店區(qū)第四中學,山東 淄博 255000;2. 山東省淄博市張店區(qū)第六中學,山東 淄博 255000)

1 引言

在初中物理教學中,適時指導學生利用生活中常見的物品自主進行實驗,除了能讓學生明了實驗原理外,還能拉近物理與生活的聯(lián)系,踐行“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念。液體壓強是初中力學的難點內(nèi)容,可以鼓勵學生利用礦泉水瓶等生活中常見的物品,進行液體壓強的相關實驗,從而獲取較好的學習效果。

2 驗證液體壓強的存在

2.1 液體對容器底部有壓強

圖1是用來驗證液體對容器底部有壓強的實驗裝置，制作材料為:礦泉水瓶、氣球、剪刀、細線、滴有紅墨水的水等。將礦泉水瓶去底,用細線將氣球固定在瓶口,往礦泉水瓶中倒入水,會觀察到氣球體積變大,說明液體因重力對容器底部有壓強。

圖1

2.2 液體對容器壁有壓強

圖2是教材中說明液體對容器壁有壓強的實驗裝置，在礦泉水瓶側(cè)壁處開兩小孔,將加入紅色染料的水倒入瓶中，會觀察到兩孔有液體噴出,得出液體對容器壁有壓強的結(jié)論。但對于容器上方和側(cè)壁的其他方向均缺少探究的過程,我們可以對實驗進行如下改進:如圖3所示,將兩個礦泉水瓶瓶口用熱熔膠粘在一起,將上方的礦泉水瓶從中間剪去,下方的礦泉水瓶在上方和側(cè)壁各處均用錐子扎孔,將加入紅色染料的水倒入瓶中會觀察到：不但側(cè)壁處向不同方向有液體噴出,而且上方也有液體噴出,這就說明了液體對容器的上壁和側(cè)壁都有壓強。

圖2

圖3

3 探究影響液體壓強的因素

運用礦泉水瓶、坐標紙、托盤、錐子、紅色的水、加入黑墨水的氯化鈣溶液,可以探究影響液體壓強的因素。

3.1 探究液體對側(cè)壁的壓強

3.1.1 探究同一深度、不同方向上壓強的特點

如圖4所示,將坐標紙平鋪在托盤上,在礦泉水瓶的同一深度相對的兩個方向分別扎孔,將紅色的水倒入礦泉水瓶中,觀察到兩孔向兩個方向都噴出液體,且兩個方向噴出的液體落在坐標紙上的距離相等,說明同種液體的同一深度、不同方向上的壓強大小相等。

圖4

3.1.2 探究同一方向、不同深度處壓強的特點

如圖5所示,同樣先將坐標紙平鋪在托盤上,在礦泉水瓶的相同方向的不同深度處分別扎孔,將紅色的水倒入礦泉水瓶中,觀察到兩個小孔向相同方向噴出液體,且下方的孔噴出的液體落在坐標紙上的距離更遠,說明同種液體的同一方向,深度越大壓強越大。

圖5

3.1.3 探究同一深度、不同密度液體壓強的特點

如圖6所示,取兩個相同的礦泉水瓶,在同一深度的相同方向分別扎大小相同的孔,并用膠帶將小孔粘住,再將兩瓶并列擺在坐標紙同一條線上。將紅色的水倒入前面礦泉水瓶中,將等量滴有黑色墨水的氯化鈣溶液倒入后面礦泉水瓶中,同時撕去膠帶,觀察到兩孔向相同方向噴出液體,且后方的孔噴出的黑色液體落在坐標紙上的距離更遠,說明不同液體在同一深度,液體密度越大壓強越大。本實驗選用氯化鈣溶液是因為它的密度比鹽水大,實驗效果更明顯,學生在進行家庭實驗時,可以選用濃鹽水代替。

圖6

3.2 探究液體內(nèi)部的壓強

3.2.1 探究同一深度不同方向壓強的特點

如圖7所示,取一個大礦泉水瓶從中間剪開,保留上半部分,在距離瓶口同一深度的相對方向分別扎孔。蓋好瓶蓋，使瓶口向下，將其豎直緩慢壓入水中,觀察到兩孔中都有水噴入,且落點距離也相等。說明：液體內(nèi)部存在壓強,且在同種液體的同一深度處,各方向的壓強相等。

圖7

3.2.2 探究同一方向、不同深度壓強的特點

如圖8所示,取一個大礦泉水瓶從中間剪開,留上半部分,在距離瓶口同一方向的不同深度處分別扎孔。瓶口向下將其豎直緩慢壓入水中,會觀察到兩孔中都有水噴入,且下方深度大處的孔，水噴入的距離較遠。說明：液體內(nèi)部存在壓強,并且在同種液體的同一方向上,深度越大，壓強越大。

圖8

4 驗證液體壓強與液體質(zhì)量無關

如圖9所示,取兩個相同的礦泉水瓶,剪去下半部分,將兩個相同的氣球分別套在兩瓶口,并用細線扎緊。向第一個礦泉水瓶中倒入適量紅色的水，向第二個瓶口塞入帶玻璃管的橡皮塞,再在玻璃管上端加一漏斗，通過漏斗加入等量的同種紅色的水,會觀察到第二個氣球的體積大于第一個氣球的體積,說明第二個氣球處的壓強較大。由于兩次倒入的紅色水的質(zhì)量相等而壓強不同,說明液體壓強的大小與液體的質(zhì)量無關。

圖9

5 制作簡易壓強計

如圖10所示,取一礦泉水瓶,只保留瓶口處小部分,在瓶蓋處鉆孔插入一根吸管,并用熱熔膠將其固定。在礦泉水瓶底部固定一橡皮膜,用注射器或漏斗向吸管注入適量滴有紅色的水，再用橡膠管將兩根吸管連在一起,這就制成了簡易的壓強計。當擠壓下方橡皮膜時,吸管中的紅色液柱液面會上升,且橡皮膜處的壓強越大，液面上升得越高。用自制的壓強計可探究液體密度對壓強的影響(圖11),實驗效果比較明顯。

圖10

圖11

6 結(jié)語

物理與科技、社會有著緊密的聯(lián)系,實驗是物理教學的重要組成部分,是培育學生的核心素養(yǎng)的有效途徑。通過挖掘生活資源,開發(fā)系列初中物理實驗,能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力、想象力、環(huán)保意識,在構(gòu)建“真體驗、有感悟、善應用”的物理課程中有著重大的作用。