探究液体压强特点及压强公式的推导

河北省大城县第四中学 张铁峰

一、改进背景

人教版物理八年级下册第九章《液体的压强》一节的重点是让学生感受液体压强的存在，并探究液体压强的特点和规律，在探究过程中体验科学探究的方法。由于本节知识比较抽象，学生生活经验较少，因此在学习过程中会感到茫然，在某种程度上限制了其思维的发展和主动性的发挥。通过设计以下教具，能让学生真切地感受到液体压强的特点，有助于其对液体压强知识的掌握。

二、特点用途

此套教具采用亚克力材料（亚克力管、亚克力板）制作。亚克力材料透明度高、易于观察、操作简单稳定，可用于液体压强的定性实验、液体压强公式的推导。

三、教具制作

（一）自制探究液体压强特点实验装置

1.组成：①内置磁阀（由异性磁铁1、2组成）的长90 cm 的透明管；②绿色堵塞；③亚克力板制作的透明长方体水槽。（如图1）

2.设计原理：根据磁铁异性相吸的性质，利用液体压强的大小控制磁阀的开启程度，进行实验装置设计。磁阀由相互吸引的异性磁铁1、2 组成，磁铁1、2的直径为6 cm，其中磁铁1 固定，磁铁2 可以移动，但只能移动到与磁铁1 的距离为3.5 cm 处（通过测试、调节，当两块磁铁相距3.5 cm 时，它们之间的吸引力为3 N）。装置内装好水后，用绿色堵塞堵住上端，这样装置平放时也不会有水流出，做实验时再取下堵塞。

3.此教具的创新点：磁阀的设计。通过控制液面到磁阀的竖直距离（液体的深度），可观察到液体对容器底和侧壁均存在压强，且压强随深度变化而变化。

4.实验过程：（1）如图2 所示，把探究液体压强特点实验装置倾斜，学生会发现拿走上端堵塞，底部没有水流出，从而提出问题：液体是否存在压强？

（2）把实验装置继续倾斜，发现磁阀（磁铁2）稍有打开，有少许水流出，说明当液体的压强大于磁阀的磁力时，磁阀才会打开，水从上管流到下管，从而使学生认识到液体对容器底部有压强。

（3）如图3 所示，把实验装置竖直放置在液体槽上端，这时水对磁铁2 的压强大于磁铁2 与磁铁1 间的磁力，磁阀完全打开，磁铁2 会落到管的底部C 处，从而堵住管的下端，水流入下管中并从侧壁的小孔中喷出（根据水喷出的距离可以直观地看到液体压强与液体深度有关），这说明液体不仅对容器的底部有压强，对侧壁也有压强。学生通过观察透明管中液体高度（深度）变化，以及下管侧壁小孔中的水流变化，进而思考、讨论、总结液体压强的特点。

（4）根据以上实验得出结论：液体对容器的底和壁都有压强，深度越大，压强越大（理解深度的含义：液体内一点到液面的垂直距离）。

（二）自制液体压强公式的推导实验模型

1. 组成：①边长为10 cm、密度为1×103kg/m3的标准蓝色正方体（正方体是空心的，里边注入一定量的液体，使正方体的平均密度与水一致）；②长25 cm、宽11 cm、高30 cm 的透明水槽。（如图4）

2.此教具创新要点（改进要点）及实验原理：标准正方体模型代替假想液柱，变抽象为直观；利用固体压强p=和竖直状态F=G作为原理进行设计。

3.实验过程：把蓝色正方体放入水槽中，此时蓝色正方体上表面与水槽中水面相平。进行公式推导：①正方体向下的压力：F=G=mg=ρ正Vg=ρ正h3g；②正方体向下的压强：p正==ρ正gh；③正方体向下的压强与水对正方体下表面向上的压强相等；④很方便得出液体压强公式：p水=p正=ρ正gh=ρ水gh。学生计算正方体下表面处液体压强的大小：p水=ρ水gh= 1×103kg/m3× 10 N/kg × 0.1m = 1000 Pa，进行知识巩固。

四、收获体会

1.实验装置改传统的定性研究方式为定量研究，理论推导过程变抽象的假想为直观的观察。

2.通过亲身的体验和感悟，使学生获得关于液体压强特点的感性认识，为深入理解和应用这些知识打好基础。通过利用教具的探究活动，使学生获得成功的喜悦，进而培养学生对物理学习的兴趣，提高学习的自信心。

3.在实验探究中培养学生的动手能力，提高其理解、分析、解决实际问题的能力；培养学生的科学态度，提高其学习热情和科学素养。