U型管壓強(qiáng)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與改進(jìn)

賈火炬

(安徽省蕪湖市繁昌區(qū)第三中學(xué) 241000)

液體內(nèi)部壓強(qiáng)規(guī)律是初中物理教學(xué)中非常重要的內(nèi)容，U型管壓強(qiáng)計(jì)是力學(xué)中探究液體壓強(qiáng)的重要實(shí)驗(yàn)器材，它能探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體深度和密度的定性關(guān)系.因此學(xué)會(huì)使用U型管壓強(qiáng)計(jì)至關(guān)重要，為了在課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果，解決教學(xué)中的重難點(diǎn)，教具的使用就十分重要.筆者對(duì)傳統(tǒng)U型管壓強(qiáng)計(jì)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)與改進(jìn).改進(jìn)了傳統(tǒng)U型管壓強(qiáng)計(jì)無法同時(shí)顯示長方體四個(gè)面受到的液體壓強(qiáng)和無法同時(shí)顯示在兩種不同液體中受到的液體壓強(qiáng)的缺點(diǎn).

一、傳統(tǒng)U型管壓強(qiáng)計(jì)的不足

滬科版八年級(jí)物理教材安排了如圖1所示U型管壓強(qiáng)計(jì)來研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容，由于既要研究同種液體內(nèi)部壓強(qiáng)與深度的關(guān)系，又要研究同種液體內(nèi)部壓強(qiáng)與方向的關(guān)系，還要研究不同液體內(nèi)部壓強(qiáng)與密度的關(guān)系，因此在實(shí)驗(yàn)的過程中需要改變深度、改變壓強(qiáng)計(jì)的方向、改變液體的密度等要素，每一個(gè)規(guī)律的探究都要做多次實(shí)驗(yàn)，同時(shí)要準(zhǔn)確記錄每次U型管兩側(cè)的高度差，由于標(biāo)注刻度的分度值大，導(dǎo)致讀數(shù)誤差較大，不利于得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.傳統(tǒng)U型管壓強(qiáng)計(jì)在使用過程中存在多次讀數(shù)、誤差較大、不能同時(shí)比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等不足.

圖1

為了很好的解決這些問題，筆者對(duì)傳統(tǒng)U型管壓強(qiáng)計(jì)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)與改進(jìn)，使創(chuàng)新教具既可以演示在同種液體同時(shí)顯示長方體四個(gè)面受到的壓強(qiáng)，又可以演示在不同液體中同時(shí)顯示受到的兩個(gè)液體壓強(qiáng).

二、U型管壓強(qiáng)計(jì)的改進(jìn)與創(chuàng)新

1.演示液體內(nèi)部各個(gè)方向都有壓強(qiáng)和液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體深度的關(guān)系

(1)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要器材有手柄(手機(jī)自拍桿)、長方體木塊、蒙有橡皮膜的金屬盒4個(gè)、裝有紅色液體的U型管4個(gè)、軟塑料管4根、盛水容器、底座，利用四個(gè)U型管壓強(qiáng)計(jì)同時(shí)顯示上、下、左、右四個(gè)方向都有壓強(qiáng)，也可利用四個(gè)U型管壓強(qiáng)計(jì)同時(shí)顯示長方體上、下、左、右四個(gè)面上受到的壓強(qiáng)，從而得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體深度的關(guān)系.

圖2

(2)實(shí)驗(yàn)過程

把手機(jī)自拍桿、四個(gè)蒙有橡皮膜金屬盒固定長方體木塊上，將四個(gè)裝有紅色液體的U型管固定在底座支架上，用軟塑料管把四個(gè)蒙有橡皮膜金屬盒與四個(gè)相對(duì)應(yīng)的裝有紅色液體的U型管連接好，最后將長方體浸入盛水容器中，如圖3所示可以直接觀察到四個(gè)U管兩邊液柱都有高度差，從而得出長方體四個(gè)面(即上、下、左、右四個(gè)方向)在液體中受到了壓強(qiáng).且左右兩個(gè)面對(duì)應(yīng)的U管兩邊液柱高度差相等，從而得出同一種液體在同一深度處壓強(qiáng)相等；下表面對(duì)應(yīng)的U管兩邊液柱高度差比上表面對(duì)應(yīng)的U管兩邊液柱高度差明顯大，從而得出同一種液體在不同深度處壓強(qiáng)不相等，深度越大，壓強(qiáng)越大.

圖3

2.液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體密度的關(guān)系

(1)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)

主要器材有U形對(duì)稱手柄、蒙有橡皮膜的金屬盒2個(gè)、裝有紅色液體的U型管2個(gè)、軟塑料管2根、容器2個(gè)、底座，利用2個(gè)U型管壓強(qiáng)計(jì)同時(shí)顯示在水和鹽水中同一深度處的壓強(qiáng)，從而得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體密度的關(guān)系.如圖4所示.

圖4

(2)實(shí)驗(yàn)過程

把2個(gè)蒙有橡皮膜金屬盒固定在U形對(duì)稱手柄上，將2個(gè)裝有紅色液體的U型管固定在底座支架上，用軟塑料管把2個(gè)蒙有橡皮膜金屬盒與2個(gè)相對(duì)應(yīng)的裝有紅色液體的U型管連接好，最后將壓強(qiáng)計(jì)浸入水和鹽水同一深度處，如圖5所示可以直接觀察到2個(gè)U型管兩邊液柱都有高度差，且壓強(qiáng)計(jì)在鹽水中的高度差大于壓強(qiáng)計(jì)在水中的高度差，從而得出在同一深度時(shí)，液體的密度越大，液體內(nèi)部壓強(qiáng)就越大的結(jié)論.

圖5

三、裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

1.注重突破教學(xué)的重難點(diǎn).創(chuàng)新器材的形狀與結(jié)構(gòu)與課本中的U型管壓強(qiáng)計(jì)相似，而且比課本中的U型管壓強(qiáng)計(jì)體積大，便于學(xué)生更快的速度接受它和更好的理解相關(guān)知識(shí)，將實(shí)驗(yàn)的過程真實(shí)、清楚、完整的呈現(xiàn)給學(xué)生，不但能培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，更有利于培養(yǎng)科學(xué)的方法和科學(xué)的思維，有利于知識(shí)的深層次學(xué)習(xí)與建構(gòu)，從而突破教學(xué)的重難點(diǎn)，最終達(dá)到發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)新課程目標(biāo).

2.注重讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀明顯.該創(chuàng)新教具能同時(shí)直觀形象地看到四個(gè)面上受到的壓強(qiáng)的大小(同液不同深度)；也能同時(shí)直觀形象地看到二個(gè)面上受到的壓強(qiáng)的大小(不同液同深度)，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，讓學(xué)習(xí)更輕松更高效.

3.注重實(shí)驗(yàn)方法的培養(yǎng).本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中用到了轉(zhuǎn)換法和同時(shí)對(duì)比法，為學(xué)生今后進(jìn)行科技創(chuàng)新起到了示范引領(lǐng)的作用，特別對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)有一定的啟發(fā)作用.

4.注重與生活和社會(huì)的聯(lián)系.利用現(xiàn)代信息技術(shù)、壓強(qiáng)傳感器、手機(jī)、學(xué)生平板等器材為教學(xué)服務(wù)，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀清晰，真正體現(xiàn)了 “從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”新課程理念.