“大气压强”教学中常见3个问题的思考

林程钧

(深圳市龙岗区平湖第二实验学校 广东 深圳 518100)

刘 洋

(深圳市龙岗区园山实验学校 广东 深圳 518116)

1 背景和问题

“ 大气压强 ”是人教版初中《物理》八年级下册第九章“压强”第3节的教学内容[1].义务教育物理课程标准要求是：知道大气压强及其与人类生活的关系.因此，本堂课既要学生掌握证明大气压存在的方法和了解托里拆利实验，更重要的是能联系生活，知道大气压强在生活中的应用.教材将本课分为“大气压强的存在”和“大气压的测量”两部分，前半部分内容通过大量证明大气压强存在的插图，再辅以覆杯实验和马德堡半球实验，学生较易掌握.但在“大气压强的测量”这一节中却存在以下问题：

问题1:大气压强的测量方法直接给出，不利于培养学生独立思考的能力.

问题2:托里拆利实验的引入缺乏必要衔接，存在认知难度.

问题3:“大气压、海拔、沸点”三者关系在传统教学中缺乏必要的物理探究过程和分析过程.

2 问题处理

问题1:大气压强的测量方法直接给出，不利于培养学生独立思考的能力.

【题1】马德堡半球实验是一个形象展示大气压的实验，一个直径为0.36 m的对开铜球壳的两个半球壳合在一起后抽真空，一共用了16匹马才成功拉开.已知一匹马的拉力介于1 250 N到2 000 N之间，请你算算大气压强是多大？用这个办法测量大气压准确吗？为什么？

解：因为半球静止，故作用在一个半球上的力为8匹马的拉力

F=1 250 N×8=10 000 N

S=πr2=3.14×(0.18 m)2≈0.102 m2

采用2 000 N时

利用马德堡半球实验测量大气压的最大问题在于每匹马的拉力都难以估量，是介于1 250 N到2 000 N之间的一个数值，1 250 N和2 000 N的计算结果差距较大.学生会想到定量测量出马的整体拉力，教师可以顺势引入教参中用弹簧测力计缓慢拉动真空后的吸盘，如图1所示，通过弹簧测力计示数和吸盘面积计算出大气压.

表1 两种测量方法存在的问题

问题2:托里拆利实验缺乏必要衔接，存在认知难度.

托里拆利实验被定位为教学难点，但不是重点；由于水银具有一定的毒性，现场演示始终存在风险，多采用视频播放演示实验.但仅仅简单的播放视频没有办法让学生真正了解托里拆利实验；因为托里拆利实验是利用测量液体压强的方式，巧妙转换为测定大气压.此处存在思维的跳跃，学生不容易想到这一点，必须要有恰当的衔接.例如演示大气压强可以托起水柱的过渡性小实验,如图2所示.

图2 大气压强托起不同高度水柱

通过不断让更长的量筒倒扣在水池中，水柱不会下降，呈现一种递进关系，以引导学生思考：“大气压到底能托起多高的水呢？”学生会认为有一个具体的数值，但不知道是多少.这时候可以播放“大气压能托起10 m高水柱”的视频，进而引导学生思考：“10 m高水柱的压强和什么液体相当呢？”这里就能很自然地引出托里拆利选用水银的原因.这个过渡性小实验的增加，符合学生的认知规律，贴近学生最近发展区，有效突破难点[2].

问题3:“大气压、海拔、沸点”三者关系在传统教学中缺乏必要的物理探究过程和分析过程.

本节课中，教材后半段着重将大气压与生活联系，重点讲述了大气压、海拔、沸点三者的关系，这无不体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的思想.先分别处理“气压与海拔”“气压与沸点”两者关系，再将两者整理得出结论.

在处理“气压与海拔”的关系时，教材中的“想想做做”栏目，通过自制气压计，学生能直观看到实验现象.这本是非常好的设计，但在实际教学中，并不易组织学生在课堂上完成实验装置的制作及相关实验探究；最佳的办法是将该实验布置为课前小实验，在家自主完成，并通过微课的方式展示学生的实验报告或小视频.这个方法为学生的自主学习创造条件，还能有效提高学生的动手能力，让学生体会到科学与技术的联系.

在处理“气压与沸点”的关系上，由于减少大气压强需要利用真空泵，真空泵在抽气时声音过大，用时较长，所以传统教学中仅仅通过将结论告诉学生，学生缺乏必要的物理探究过程.课堂上可以用针筒抽气来替代，如图3所示.

图3 针筒抽气

通过针筒抽气，学生观察到停止沸腾的水再次沸腾，有效解决“气压与沸点”的关系.最后，课堂上公布我国相关地区的气压、海拔、沸点三者数据，如图4所示，让学生从表格中的数据分析归纳出海拔越高，气压越低，沸点越低的结论，进一步强化认知，提升其概括能力.

图4 我国各地海拔、气压、沸点数据

3 结束语

由于地球周围的大气似乎是看不见摸不着的东西，不像其他物体有固定的形状和体积，因此，大气压强的概念和测量方法对初中学生是一个难点，然而怎样突破这一难点，使学生对大气压强有比较深刻的理解和掌握，是教师和学生必须面对的问题.笔者认为将上述3个问题解决，本堂课就可以做到“思路清、层次明、趣味足”，教学效果显著.让学生思考大气压的测量方法可以培养学生独立思考的能力，并注意到物理与数学的联系.增设的过渡性小物理实验能有效降低学生认知难度，符合学生的认知规律.微课的设计为学生自主学习创造条件，针筒抽气的实验能增强学生的探究意识，最后的表格有利于培养学生从表格中分析和归纳规律的能力.课堂中充分体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念；教学过程中注重体现创新意识，培养严谨的科学态度，凸显了学生核心素养的培养.