本论文通过对各种实验说明压强的存在和作用,通过课本的学习和亲自操作实验的掌握,使我们能够很快且很容易的掌握这一原理的知识学习,达到对这一原理认识的目的和要求,以便于对此高中物理知识的深入理解和加以实际运用。
一、高中物理压强实验教学设计目的和要求
1、目的
通过对气球这一物体做出的各种实验表明,各种在相互作用的时候都会出现压强内外力的出现,就此这些实验来证明压强的存在和原理。
2、要求
采用不同的实验形式,包括简易到复杂,微小物体到庞大设施的实验,都在说明压强这一原理的作用和价值,需要我们通过对各种实验的操作和掌握,能够比较深刻的了解压强的原理和作用。
二、高中物理实验教学设计原理
1、演示力可以使物体发生形变、弹性形变
让吹进气的气球放置在桌上,用手掌压气球,能看到气球被压扁,表明力能够使物体产生形变;松手后气球恢复原状,表明气球是在弹性形变。
2.演示压力的作用效果
a.如图1,一手手掌平压在气球上,另一手用手指顶住气球,可看到,与手掌接触的那部分气球形变较小,而手指顶着的那部分气球形变明显,并且用的力越大,形变越明显。
b.如图2,把气球放在钉板上,再把木板放在气球上,向木板上施加压力,气球形变但不会被钉板上的钉刺破,说明压力的作用效果与受力面积有关。
3.体验液体压强的存在
如图3,向玻璃管内加水,玻璃管底部的气球膜向下凸出,说明液体对容器的底部有压强;如图4,把下部蒙有气球膜的玻璃管插入水中,橡皮膜向内凹,说明液体内部有压强。
4.演示影响液体内部压强的因素
在玻璃管的开口侧面和管底套上弹性较好的气球胶膜并扎紧,用透明胶管(可用输液管)加长玻璃管后向管内注水,随着胶管上端的升降,看到液面越高气球胶膜越凸出,换成不同管径或液体再做,以说明液体内部压强与高度和液体密度有关。
5.演示大气压的作用
准备一个吹胀的气球,一只边缘平滑的塑料杯(或碗)。先让气球表面沾些水,再在塑料杯(碗)里倒满开水,过一段时间将开水倒掉,接着把塑料杯倒扣在气球上。等一会儿,摸摸杯子已经变得很冷了,拿起气球再翻个身,可见塑料杯挂在气球下,不会掉下来(可能要多试几次才能成功)。原因是被开水烫热的杯中充满了热空气,扣在气球上以后,杯口被密封,等里面的空气冷却了,体积缩小,使杯内的空气压强小于杯外,在杯外的大气压力作用下,杯子被吸附在气球上。若用手指按压一下杯子边沿的球膜,外面的空气进入杯内,杯子马上就脱离气球了。
6.演示流体压强与流速的关系
把气球悬挂起来,向气球的一侧吹气,会发现气球向吹气的一侧靠近,原因是吹气的一侧气体流速快,压强小,另一侧的气体压强大故而产生一个压力差使气球发生偏转。
7.演示大气压的存在──吞吐气球
改进“瓶吞鸡蛋”实验。用制取氢气的启普发生器的下部,将小气球置于瓶口,导气管连接抽气机,当抽出(或冷却)瓶内气体时,大气压使小气球被“吞”进瓶内,再将瓶倒置,向瓶内打气(或加热瓶内气体),小气球又被“吐”出。
8.演示反冲现象
将吸管插入气球口,用细线把其扎紧,用气筒给气球打足气,用手堵住吸管,让吸管口朝下,然后放手,会发现气球沿直线竖直上升。实验能够很好地说明反冲运动。在这里要注意选用吸管要稍长一些,有利于气球沿直线上升。
9.演示气体的体积与压强和温度有关
a.在直玻璃管的下端拴一个气球,把气球放入瓶中,并用塞子塞住广口瓶口。先在气球内充入一定质量的气体,封闭直管,通过弯管向瓶外抽气,发现气球变大;向里打气时,气球又会变小。表明一定质量的气体在温度不变时,压强减小,体积增大,压强增大,体积减小。
b.在气球内稍充气,并把直管封闭,然后把广口瓶放入热水中,使瓶内受热,就会发现气球变大,从热水中取出后稍冷却,就发现气球又逐渐地变小。可以说明气体的体积与温度有关。
10.物体的沉浮条件
用一个薄气球,装入水,密封好,缓缓放入水中,可以看到气球在水中的悬浮;然后在气球中装入酒精,则可以看到气球在水中的漂浮;最后在气球中装入盐水,则会看到气球在水中的下沉,能有效说明了液体中物体的沉浮与物体的密度有关。
11.显示空气浮力
将几个氢气球挂在弹簧测力计的挂钩上,气球静止时弹簧测力计显示出相当的示数。可以有效地说明空气浮力作用。
12.演示和分析浮力产生的原因
将可乐瓶去底后倒置,放入小气球,先按住气球缓缓加水,到水完全淹没气球才能放手,并继续加满水,气球并不上浮;再将整套装置放入有足够水位的水槽或大烧杯中,看到小气球又向上浮出。
13.在空气中演示浮沉条件与潜水艇原理
取氢气气球与空气球在空中同时释放,看到一个上浮而另一个下沉,若将二者绑拢则能悬浮于空中任意位置;此时若放出空气球中的一部分空气则两气球上升,反之若放出氢气球中的一部分气体则两球下降。可用以说明浮沉条件,还可以分析潜水艇的工作原理。
14.演示星系在远离我们而去
如图5,在气球上粘一些金属颗粒,把气球看成是宇宙,小金属颗粒是宇宙中的天体,用气筒给气球充气,气球膨胀时,任一小金属颗粒周围的其他小金属颗粒都在离他远去,可以形象地说明星系在远离我们而去。
三、结论
通过本实验教设计,在现代生活中有各种材料和造型的气球,如果我们注意加以利用或改造,可以降低实验成本,帮助学生理解不少物理中的“大道理”,让学生更好地了解压强在高中物理中的重要性。
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