挖掘生活资源 助力学生创新实验——以“用矿泉水瓶研究液体压强”实验为例

程文洁 管西巧

(1. 山东省淄博市张店区第四中学,山东 淄博 255000;2. 山东省淄博市张店区第六中学,山东 淄博 255000)

1 引言

在初中物理教学中,适时指导学生利用生活中常见的物品自主进行实验,除了能让学生明了实验原理外,还能拉近物理与生活的联系,践行“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念。液体压强是初中力学的难点内容,可以鼓励学生利用矿泉水瓶等生活中常见的物品,进行液体压强的相关实验,从而获取较好的学习效果。

2 验证液体压强的存在

2.1 液体对容器底部有压强

图1是用来验证液体对容器底部有压强的实验装置，制作材料为:矿泉水瓶、气球、剪刀、细线、滴有红墨水的水等。将矿泉水瓶去底,用细线将气球固定在瓶口,往矿泉水瓶中倒入水,会观察到气球体积变大,说明液体因重力对容器底部有压强。

图1

2.2 液体对容器壁有压强

图2是教材中说明液体对容器壁有压强的实验装置，在矿泉水瓶侧壁处开两小孔,将加入红色染料的水倒入瓶中，会观察到两孔有液体喷出,得出液体对容器壁有压强的结论。但对于容器上方和侧壁的其他方向均缺少探究的过程,我们可以对实验进行如下改进:如图3所示,将两个矿泉水瓶瓶口用热熔胶粘在一起,将上方的矿泉水瓶从中间剪去,下方的矿泉水瓶在上方和侧壁各处均用锥子扎孔,将加入红色染料的水倒入瓶中会观察到：不但侧壁处向不同方向有液体喷出,而且上方也有液体喷出,这就说明了液体对容器的上壁和侧壁都有压强。

图2

图3

3 探究影响液体压强的因素

运用矿泉水瓶、坐标纸、托盘、锥子、红色的水、加入黑墨水的氯化钙溶液,可以探究影响液体压强的因素。

3.1 探究液体对侧壁的压强

3.1.1 探究同一深度、不同方向上压强的特点

如图4所示,将坐标纸平铺在托盘上,在矿泉水瓶的同一深度相对的两个方向分别扎孔,将红色的水倒入矿泉水瓶中,观察到两孔向两个方向都喷出液体,且两个方向喷出的液体落在坐标纸上的距离相等,说明同种液体的同一深度、不同方向上的压强大小相等。

图4

3.1.2 探究同一方向、不同深度处压强的特点

如图5所示,同样先将坐标纸平铺在托盘上,在矿泉水瓶的相同方向的不同深度处分别扎孔,将红色的水倒入矿泉水瓶中,观察到两个小孔向相同方向喷出液体,且下方的孔喷出的液体落在坐标纸上的距离更远,说明同种液体的同一方向,深度越大压强越大。

图5

3.1.3 探究同一深度、不同密度液体压强的特点

如图6所示,取两个相同的矿泉水瓶,在同一深度的相同方向分别扎大小相同的孔,并用胶带将小孔粘住,再将两瓶并列摆在坐标纸同一条线上。将红色的水倒入前面矿泉水瓶中,将等量滴有黑色墨水的氯化钙溶液倒入后面矿泉水瓶中,同时撕去胶带,观察到两孔向相同方向喷出液体,且后方的孔喷出的黑色液体落在坐标纸上的距离更远,说明不同液体在同一深度,液体密度越大压强越大。本实验选用氯化钙溶液是因为它的密度比盐水大,实验效果更明显,学生在进行家庭实验时,可以选用浓盐水代替。

图6

3.2 探究液体内部的压强

3.2.1 探究同一深度不同方向压强的特点

如图7所示,取一个大矿泉水瓶从中间剪开,保留上半部分,在距离瓶口同一深度的相对方向分别扎孔。盖好瓶盖，使瓶口向下，将其竖直缓慢压入水中,观察到两孔中都有水喷入,且落点距离也相等。说明：液体内部存在压强,且在同种液体的同一深度处,各方向的压强相等。

图7

3.2.2 探究同一方向、不同深度压强的特点

如图8所示,取一个大矿泉水瓶从中间剪开,留上半部分,在距离瓶口同一方向的不同深度处分别扎孔。瓶口向下将其竖直缓慢压入水中,会观察到两孔中都有水喷入,且下方深度大处的孔，水喷入的距离较远。说明：液体内部存在压强,并且在同种液体的同一方向上,深度越大，压强越大。

图8

4 验证液体压强与液体质量无关

如图9所示,取两个相同的矿泉水瓶,剪去下半部分,将两个相同的气球分别套在两瓶口,并用细线扎紧。向第一个矿泉水瓶中倒入适量红色的水，向第二个瓶口塞入带玻璃管的橡皮塞,再在玻璃管上端加一漏斗，通过漏斗加入等量的同种红色的水,会观察到第二个气球的体积大于第一个气球的体积,说明第二个气球处的压强较大。由于两次倒入的红色水的质量相等而压强不同,说明液体压强的大小与液体的质量无关。

图9

5 制作简易压强计

如图10所示,取一矿泉水瓶,只保留瓶口处小部分,在瓶盖处钻孔插入一根吸管,并用热熔胶将其固定。在矿泉水瓶底部固定一橡皮膜,用注射器或漏斗向吸管注入适量滴有红色的水，再用橡胶管将两根吸管连在一起,这就制成了简易的压强计。当挤压下方橡皮膜时,吸管中的红色液柱液面会上升,且橡皮膜处的压强越大，液面上升得越高。用自制的压强计可探究液体密度对压强的影响(图11),实验效果比较明显。

图10

图11

6 结语

物理与科技、社会有着紧密的联系,实验是物理教学的重要组成部分,是培育学生的核心素养的有效途径。通过挖掘生活资源,开发系列初中物理实验,能够培养学生的创造力、想象力、环保意识,在构建“真体验、有感悟、善应用”的物理课程中有着重大的作用。