压强教学设计一等奖

压强教学设计一等奖（精选11篇）

压强教学设计一等奖 篇1

一新奇实验, 引入新课

大气压强在自然界时时刻刻都存在着, 但人们却难以感受到它的存在。物理教学中, 通常用转换法将看不见的大气压转换为看得见的现象变化来反映大气压的存在。例如, 覆水杯实验、抽气胀气球、集气瓶吞鸡蛋、抽气瓶凹、模拟马德堡半球实验等, 这些有趣的小实验可以很直观地证明大气压的存在。课堂上笔者用了以下两个小实验引入新课。

1. 抽气瓶凹实验

找一个大的塑料瓶, 在瓶盖上扎一个小孔, 插入一根导气管, 缝隙之间用石蜡密封。用抽气机慢慢抽出瓶中的气体。可以观察到塑料瓶慢慢地凹下去了。在学生惊奇的目光中, 笔者趁机提问:瓶子变瘪了, 是什么原因引起的呢?“力。”学生很轻易地回答了问题。追问:这个力是来自于哪里, 施力物体是谁呢?“来自于空气, 施力物体是空气。”学生不难回答。这就顺利地引导学生得出空气中存在压强——大气压这一概念。

2. 覆水杯实验

将一个玻璃杯装满水, 在杯口处盖上平整的纸片, 让杯倒立着悬在空中, 让学生观察现象并思考为什么杯中的水受到重力但不会掉下来, 是谁把它托住了。再次证明大气压的存在。

兴趣是最好的老师。在物理教学中通过各种有趣的实验, 不仅能激发出学生学习科学知识的兴趣, 也更有利于帮助学生理解知识。

二人人参与, 体验大气压

教师的演示实验再精彩有趣, 也只能给学生一种视觉上的享受, 学生没有亲身的体验仍难以理解和掌握相关的知识。并且这两个演示实验只证实了大气压是存在的, 学生对大气压的大小没有体验。于是笔者设计了一个模拟马德堡半球实验, 过程如下。

第一, 实验材料:吸盘式挂衣钩两个。

第二, 实验方法:将两个挂衣钩内部擦干净, 使两挂衣钩相向对正, 挤出内部空气:双手捏住挂衣钩向外用力拉, 观察现象。

第三, 思考问题:容易拉开吗?为什么不容易拉开?

第四, 提醒学生注意以下方面:实验前应擦净挂衣钩表面的尘土, 实验效果更好;向外拉时, 拉力应与挂衣钩吸盘垂直, 不可斜拽、侧拽, 以防实验失败;向外拉时, 不能太用力, 否则容易拉坏吸盘挂钩, 或因惯性而摔倒。

通过分组探究和讨论, 学生知道了挤出吸盘挂钩内的空气是为了减小吸盘内的气压, 使吸盘内外形成向内的气压差, 气压差把两个吸盘紧紧压在一起了。这样的实验使学生既体会了成功的喜悦, 激发了学习的兴趣, 同时又收获了知识和能力。在亲身经历中把相关的物理知识深刻地印记在脑海中, 更是体现了新课标要求注重科学探究实验的精神。

三结合课件, 重现经典实验

经过笔者的演示和学生的亲手体验, 学生已感受到大气压的存在。但是大气压怎样才能测量出来, 这是学生要掌握的重要内容。在以前的教学过程中, 由于视频条件的限制或水银的短缺, 教师只能讲授托里拆利实验。即使偶尔做演示实验, 操作起来也很不方便, 效果并不太理想。主要是两个方面的原因:一是水银呈白色而玻璃管较细, 坐在后面的学生看不清楚。二是水银蒸气对人体有毒, 对于教师及坐在前面的学生有害, 特别是教师要连续上几个班的课, 影响更大。

为了能使学生在安全的环境下看到经典的实验现象, 笔者尝试用DV录制了托里拆利实验全过程, 制作成上课用的视频。通过观看视频, 可以清晰地看到水银柱下降到约76 cm高就停下来, 而且当玻璃管向各方向倾斜时, 这个高度都不变。从视频中看到笔者做出精彩的实验, 新奇而亲切的感受迅速在学生头脑中留下深刻的印象。而且这样的实验视频可以重复地播放, 让学生印象更加深刻。

四就地取材, 把教学推向高潮

由于条件的限制, 在课堂上不方便用水银做实验去测出大气压, 那么, 能不能用水代替水银来完成这个实验呢?学生通过讨论得出:由公式P=ρgh可知, 水的密度只有水银的1/13, 水柱高度就应该是水银柱高度的13倍。也就是说, 大气压能托起超过10米高的水柱。

为了验证这个推论, 在活动课时我和几个学生一起实践了这个探究活动, 找一条十多米长的白色透明的塑料管, 在管中灌满染成红色的水 (管内没有空气) , 管的两端均用手指压紧。把水管的一端提到教学楼五楼, 另一端倒插在水槽中, 当松开下端压水管的手时, 管中的红色水迅速下落后停止。此时用皮尺测量出水柱高度, 便可得知大气压相当于约10米高水柱产生的压强。在几百名学生的围观中, 我们见证了大气压能托起的水的高度, 我们用水做出了托里拆利实验!

课堂上教师演示或学生亲自参与探究的一些有趣实验, 往往会令学生毕生难忘。作为物理教师, 在课堂教学中利用实验并做好实验是我们的职责, 也是我们的优势。

《压强》教学设计 篇2

【关键词】压强概念 压强公式 增减压强

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.02.006

一、教学目标

（一）知识与技能

1.知道压力的概念。通过实验探究理解压力的作用效果跟哪些因素有关。

2.了解比值定义法，理解压强的概念。

3.了解压强公式中各物理量的名称、单位及符号，知道压强单位的物理意义和由来。会用压强公式进行简单运算。

4.知道增大和减小压强的主要方法。

（二）过程与方法

通过探究压力的作用效果跟什么因素有关，经历探究的主要环节，通过探究实验，观察实验现象，采集实验数据，获得对压强比较深入的了解。从而提高学生的观察能力，实验操作能力，综合分析能力，语言表达能力和交流合作的能力。了解改变压强的实际意义和基本方法，具有运用知识解释简单现象和解决简单问题的能力。

（三）情感态度与价值观

经历观察、实验以及探究等学习活动，培养学生尊重客观事实、善于观察生活等科学技能和科学素养。通过探究性物理学习活动。使学生获得成功的喜悦，培养学生对参与物理学习活动的兴趣，提高学习的自信心。

二、教学重点

探究影响压力作用效果的因素；理解压强的概念。

三、教学难点

理解压强的概念

四、教材分析

本章是初中力学内容的重点知识，而压强概念又是本章知识结构的核心，也是生活生产中应用十分广泛的一个概念。在学生解释一些自然现象中经常用到，也是学生以后学习液体压强、大气压、浮力知识的基础。因此本节课的学习要充分强调学生是学习的主人的新课程标准理念，体现以探究式学习方式和合作学习方式，强调实验的重要性。在教学过程中贯彻从生活走向物理，从物理走向社会的理念；采取分析现象，找出原因，提出猜想，进行实验验证猜想的研究方法，从而理解压强的概念和掌握控制变量法。

五、教法学法

对于压强的概念的引入采用教师启发式教学；对于压强的影响因素和定义采用探究式教学；对于压强的计算采用讲授法及讲练结合的方法。

六、教具准备

教师准备：装有面粉的小盒、小桌、纸盒、图钉、泡沫、木块。

学生准备：铅笔、直尺。

七、教学过程

（一）引入新课

师生活动：捏鸡蛋的活动，请同学们上台捏鸡蛋。在学生感受鸡蛋很难捏碎情况下，教师捏碎鸡蛋。

设计意图：通过捏鸡蛋的活动，让学生感受老师的强大。为学生设置谜团。激发学生探索和学习的兴趣。

为压强的学习埋下伏笔。激发学生学习和探索的欲望。

（二）新课教学

教师：我们观察一下生活中的几个情景，压路机对地面，跳水运动员对跳板，图钉对木板都有力的作用。这些力有什么共同特点呢？

学生：这些力都使物体发生了形变；这些力都垂直作用在物体表面。

教师：引入压力概念。分析压力和重力的区别。

学生：学生在练习纸上作图。

师生互动：师生合作点评并归纳总结。

设计意图：通过对生活中情景的观察与思考，培养学生观察能力，归纳总结的能力。通过作图，加深了学生对压力的认识。同时又与重力相区别。只有放在水平面上的物体，对支持面的压力大小等于物体的重力。对于以后解决综合运用问题打下基础。

师生合作完成作图，体现了师生交流的过程。培养学生语言表达能力和逻辑思维能力。保持学生对学习的信心和兴趣。

教师：通过刚才的情景，我们发现压力的作用效果使物体发生了形变。

现在让我们一起来感受一下压力的作用效果。

师生互动：把铅笔缓缓用力压入手指，观察手指的凹陷程度，体验手指的感觉。（注意力度，防止受伤）

学生活动：出示铅笔、吹胀气的气球、四脚小木凳、缝衣针等体验压力的作用效果与什么因素有关。

请同学说出猜想并简单演示或分析体验过程。

学生实验：学生根据自己的猜想分组进行实验。探究压力的作用效果与压力和受力面积有什么关系。

师生互动：请学生上台演示实验过程，并得出结论。最后归纳总结：

当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显。

当压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。

设计意图：压力作用效果的体验让师生之间有了知识和情感的交流，并让学生体会到物理来源于生活，学生可以从中感受到物理知识是简单、实用、有趣的。探究压力作用效果和什么因素有关的实验，通过学生操作和上台演示。培养学生实验操作能力，团队合作精神，归纳总结的能力和语言表达能力。整个过程层层推进，让学生从抽象中解脱出来，激发学生对自然科学探究的兴趣。

教师：通过这个题目让我们再一次的感受到压强与壓力的大小和受力面积都有关系。压力大的压强不一定大。正如我们先前捏鸡蛋的活动。揭开捏破鸡蛋的秘密。

在日常生活中，有时需要增大压强，有时需要减小压强。怎样根据需要来增大或减小固体之间的压强呢？

比如：在生活中用菜刀切菜，我们需要……

图钉的钉尖和钉帽……

学生：加大压力、将菜刀磨得锋利一点……

师生总结：

增大压强的方法：加大压力或减小受力面积。

减小压强的方法：减小压力或增大受力面积。

设计意图：通过对增大、减小压强的分析，让学生体会到物理来源于生活，最终又运用到生活中去。保持学生对科学探究的兴趣。

（三）要点回顾

压力：

1.定义：垂直作用在物体表面上的力叫作压力。

2.压力的作用效果：

（1）与压力的大小有关（2）与受力面积有关

压强：

1.定义：物体单位面积上受到的压力叫作压强。

2.公式： P=F/S

3.单位：帕斯卡，简称帕，符号Pa 1Pa=1N/m2

增大压强和减小压强的方法。

（四）思维拓展

压强教学设计 篇3

第1节｟压强｠

教

学

设

计

学校：古浪县定宁初级中学 科目：物 理 年级：八年级 教师：刘彦文

日期：2017年4月11日

【课题】 第九章 第1节 压强 【教学目标】

（一）知识与技能

1．通过探究实验，知道压力的作用效果与哪些因素有关；

2．理解压强的概念、公式和单位，能应用压强知识进行有关的计算。

（二）过程与方法

1．通过实验探究进一步理解科学探究的基本过程；

2．通过实验探究、初步理解物理中的研究问题的常用方法—控制变量法。

（三）情感·态度·价值观

1． 通过实验探究，激发学生学习物理的兴趣，使学生认识科学方法的重要性；

2． 通过对日常生活、生产中压强现象的解释，培养学生勇于探索日常用品中的物理学原理的精神和将物理知识应用于日常生活、生产的意识。

【教学重、难点】

教学重点：理解压强概念。教学难点：比值定义法定义压强。

【教学方法】

讲授法、讨论法、演示实验法、列举实例法、多媒体课件演示法

【教具、学具】

多媒体课件、一头削尖的铅笔、四角小桌、海绵

【教学过程】

一、引入新课

教师引导学生实验

提出问题 ：两个手指的受力有什么不同？ 两个手指的感受有什么不同？ 观察两个手指的凹陷有什么不同？

和这个实验类似的情况生活中还有很多，我们再看一个图片。

两个人对雪地的压力是差不多的，但压力的效果相同吗？ 你觉得压力的作用效果与什么因素有关呢？

带领学生分析

引导：上面这些现象都与我们今天要学习的内容有关。

二、新课讲授

引导学生设计实验

首先让我们用实验来探究影响压力作用效果的因素。根据刚才的分析，你觉得影响压力作用效果的因素有什么？

那我们要用什么方法，来分别研究两个因素对压力作用效果的影响呢？ 我们把压力作用面积叫做受力面积。PPT展示实验过程，引导学生得到实验结论

（一）压力的作用效果与压力大小和受力面积大小有关

引导：

从刚才的分析可知，如果要比较压力的作用效果大小，怎么办？

那要是压力和受力面积都不相同，怎么办？在前面的学习中有没有能借鉴的方法。非常好。压力和受力面积的比值可以定量的描述压力的作用效果，我们给他起个新名字叫压强。压强是表示压力作用效果的物理量。

（二）压强

1．定义：物体所受压力的大小与受力面积之比。

用p表示压强、F表示压力、S表示受力面积

p。FS压强在数值上等于物体单位面积所受的压力，压强越大，压力产生的效果越明显。提出问题

根据压强的公式，压强的单位应该是什么？

为了纪念科学家帕斯卡在物理学，特别是压强知识上的贡献，我们把N/m2用一个专用名称代替：帕斯卡。2．压强的单位：

国际单位：帕斯卡，简称：帕，符号：Pa。

将一张报纸对折一下，平铺在地面上，对地面的压强约为1 Pa。1 Pa表示物体每平方米面积上受到的压力是1牛。PPt展示例题

水平桌面上放一本书，书所受的重力为3 N，与桌面的接触面积为5×10-2 m2，计算书对桌面的压强。

引导学生完成计算，纠正计算过程中错误（过程略）提出问题

拖拉机在泥泞的田里工作，为了不陷进土里，我们用了什么办法减小它对地面的压强的？ 类似的事例你还知道哪些？

展示各种减小压强的事例，带领学生分析

（三）减小或增大压强

1．减小压强可以减小压力或增大受力面积； 提出问题

为什么我们会觉得坐软沙发比坐硬板凳要舒服呢？ 展示各种增大压强的事例，带领学生分析 2．增大压强可以增大压力或者减小受力面积。

三、课堂小结 本节课我们通过实验探究了影响压力作用效果的因素，进而形成压强的概念，并讨论了增大减小压强的方法和在实际生活中应用的事例。

四、反馈练习

1．如图所示，A、B、C三个实心物体的体积、密度均相同，它们对水平桌面的压力分别为FA、FB、FC，它们对桌面的压强分别为pA、pB、pC。则三个压力的大小关系是

，压强自大到小的顺序是。

2．人在走路时对地面的压力和压强,与人站立在地面时相比较()A．压力不变，压强改变

B．压力不变，压强不变

C．压力改变，压强改变

D．压力改变，压强不变

3．小丽买了一只西瓜，她用塑料袋提回家，走了没多远，就感到手被塑料袋勒得很痛，根据我们学过的物理知识，请你帮助她找到解决问题的办法，并说明这样做的道理。

五、板书设计：

第一节 压强

一、压力的作用效果与压力大小和受力面积大小有关。

二、压强

1．定义：物体所受压力的大小与受力面积之比。

pF用p表示压强、F表示压力、S表示受力面积

S。

压强在数值上等于物体单位面积所受的压力，压强越大，压力产生的效果越明显。2．压强的单位：

国际单位：帕斯卡，简称：帕，符号：Pa。

三、减小或增大压强

1．减小压强可以减小压力或增大受力面积； 2．增大压强可以增大压力或者减小受力面积。

液体压强教学设计 篇4

教学目标：（1）知识与技能

1．知道液体压强的产生。2．理解液体内部压强的规律。（2）过程与方法

经历探究液体压强的特点的实验过程，认识液体压强与液体深度和密度的关系（3）情感态度与价值观

培养学生观察实验能力。教学重点：

液体内部压强的特点 液体压强的大小 连通器原理 教学难点：

液体压强产生的原因

连通器里装同种液体各液面静止时相平的原理 教学过程

一、引入新课

教师演示实验：（使用希沃功能的手机同屏功能，展示录制的实验）

通过导管从四楼向一楼的压得很扁的水瓶注水，观察瓶的变化。（组织学生讨论）说明：水对容器底，容器壁有压强。拓展：水柱很深，高达10米，产生的压强很大。

（组织学生讨论）液体有重力，所以对底部有压强；液体与固体不同，有流动性。容器壁阻挡着它流动，它就会对容器壁有压强，并且越深产生的压强越大。

二、进行新课 水对底部和侧壁有压强，水的内部是否有压强？有。为什么说有？

就像我们在吃火锅时，在中间有一个隔板把辣的和不辣的分开了。假如设想一下，把隔板的一边的水拿走，另一边的水对侧壁就有压强。因此，我们都同意当隔板还在时，两边的水对它有压强，那么，把隔板拿走，水的内部有压强。

（一）提出问题

液体压强有什么规律？或者说，液体的压强与哪些因素有关？

（二）引导类比

咱们先看能不能把液体分成若干小液滴，（边画示意图，边讲解）这些小液滴密密麻麻地挤在一起？

在这个描述中，关键词是“大量、密集”。1.直接类比

请找出日常与“大量、密集”有关的事物，请同学们想得越多越好，尽可能多地告诉我。

街上走的人群、乱哄哄的苍蝇、箱子中的苹果、一袋子大米„„ 我们从一大箱苹果开始研究。2.拟人类比

现在我们可以想象自己就是一只只苹果，被装在箱子中。这时，你有何感受？

呼吸困难、愤怒、受到挤压、挣扎、无奈„„ 3.象征类比 大家的感受也就是：无奈地承受。现在以“无奈地承受”为题，说说日常哪些现象是这样的？

在圈中的羊、在网中的鱼、同学们的学习状况„„ 我们不妨来讨论一下：我们学习状况是如何无奈地承受？ 各方面的压力，如家长、同学、亲戚„„；在班中的名次前后对于个人的感受也不同；同样的成绩在不同的班级或不同的学校感觉也不同。

可见，由于学习的状况造成的无奈与压抑，来自各个方面，并与名次、学习环境都有关系。

（说明：教师引导学生进行类比，从而使陌生的问题变为熟悉的问题。该环节是学生思维最独特、最发散的环节。在以上的这三个环节中，学生的想法很多，发散思维得到从没有过的训练，他们的好多想法来自生活，他们更熟悉，更愿意发表自己的看法。教师在这几个环节中，只起组织、引导的作用。为使学生得到良好的发展，切不可为了赶进度，匆匆而过，使学生来不及思考讨论，在最能锻炼学生能力的环节，达不到提高学生素质的目的。）

（三）适用问题

对应学习的无奈，你能否体验液体中的每个液滴的感受？ 每个小液滴感受到来自各个方面的作用，这种作用与小液滴所在的位置（深度）有关，也与液体的种类有关。

（四）找到方案或建立假说

根据刚才的讨论，请你谈谈对液体压强有关因素的看法。液体向各个方向都有压强，不同的深度压强不同，不同的液体中同一位置的压强也不同。

（五）检验论证

我们用实验来验证，现在有这样一种测液体压强的仪器──压强计（教师简介：我把手指压在橡皮膜上，在右侧的“U”形管中出现高度差，我们看到“U”形管中出现高度差，就知道橡皮膜上有压强）。

请学生讨论，设计实验方案；交流。下面按照自己的想法，进行实验。

得出结论：液体内部向各个方向都有压强，压强随深度的增加而增大，同一液体、同一深度压强是相等的。压强还跟液体的密度有关。

（六）评估

今天的实验只能到此为止。让我们回顾一下今天的实验： ①实验设计有无不合理的地方？ ②操作中有没有失误？ ③测量结果是不是可靠？ 知识应用：

请同学们阅读书上材料，了解液体压强规律的应用（边阅读，边讨论）。

请一位同学说明什么是连通器？举几个连通器例子。

三、小结

《大气压强》教学设计 篇5

一、教材分析

本节课内容通过大量的实验和事实让学生感受大气压强的存在，通过本节课的学习，使学生感受和体验大气压的存在，让学生了解证明大气压存在的方法，以发展学生思维能力去解决实际问题。《大气压强》一课，既是对以往固体液体压强知识的复习巩固，又是对压强知识的深化和提高，也为后面大气压知识的应用奠定了坚实基础。

二、学情分析

初中学生具有强烈的好奇心、求知欲和表现欲，喜欢动手动脑，他们的思维方式正在由形象思维向逻辑思维过渡，已经具备了一定的观察能力和分析问题能力。由于初中生的认识感性多于理性，学习的动力和热情大多来自他们的兴趣，在教学中通过实验和多媒体，以感性认识为依托，使学生完全能够完成本节内容的学习。

三、教学目标

（一）知识与技能：

1、知道什么是大气压强及大气压强的应用。

2、了解大气压强的大小及测量方法。

（二）过程与方法：

1、观察与大气压强有关的现象，感知它的存在。

2、观察托里拆利实验，弄清标准大气压的大小。

3、探究人类生活和生产如何利用大气压强。

（三）情感态度与价值观：

1、培养实事求是的科学态度。

2、通过对大气压强应用的了解，初步认识科学 技术对人类生活的影响。

四、教学重难点

教学重点：大气压强的存在和大气压强的测定。教学难点：理解托里拆利实验的原理。

五、教具

矿泉水瓶1个，玻璃杯1个，塑料瓶1个，烧杯1个，水槽1个，量筒1只，吸盘1个，马德堡半球演示仪1个，硬纸片1块，水适量，弹簧测力计1只，注射器1只，细尼龙线若干，刻度尺1把；多媒体。

六、教学过程设计

（一）情境引入

1、请同学们来看小魔术，吞蛋实验，观察思考原因，边演示边设疑：我将怎样做呢?鸡蛋到哪里去了?你可知道其中的奥妙?

2、将硬纸片平放在平口玻璃杯口，用手按住，并倒置过来。

提出问题：放手后，会看到什么现象？

将玻璃杯装满水，仍用硬纸片盖住玻璃杯口，用手按住，并倒置过来。

问：放手后，会看到什么现象？

学生活动：动脑思索，回答问题，考虑这些现象与什么有关?

3、播放马德保半球动画，让学生感受大气压的存在

（二）探究新知

1、对比液体压强产生的原因，分析大气压产生的原因：

地球周围被厚厚的空气层包围着，这层空气又叫大气层。空气由于受重力作用，而且能流动，因而空气内部向各个方向都有压强。大气对浸在它里面的物体的压强，叫做大气压强，简称大气压。

提问：解释一下我们刚做的三个实验的现象？

学生交流讨论：这些现象都是由大气压引起的；

教师：生活中还有哪些现象能说明大气压的存在呢？

（学生思考，口答，教师用多媒体展示图片）

2、怎样知道大气有压强？

实验过渡：现在谁愿意亲自感受一下大气压强?请两位大力士来拉开这马德堡半球，采访一下你们的感觉，大气压大不大?有多大呢?引出托里拆利实验．

学生纷纷猜测大气压强的大小，但是都不知道大气压究竟有多大。

教师指导学生用塑料挂钩的吸盘或注射器下挂钩码来模仿马德堡半球实验，感受大气的压力，估测大气压的值。用测力计测出拉开吸盘时大气对吸盘的压力，测出吸盘的面积，可以估算出大气压的值。

教师：用这个方法，我们可以估算大气压的值。但是我们怎样才可以确切地测定大气压的值呢？

教师多媒体展示托里拆利实验并进行讲解。根据托里拆利实验的原理，计算大气压强的大小。

小组讨论：

（1）开始时，汞为什么会下降？什么时候停止下降？

（2）玻璃管内汞柱上方为什么是真空？

（3）如何计算大气压的值？

（4）托里拆利实验中水银柱的高度与玻璃管的粗细、倾斜与否、上提、下压是否有关？

（5）如果玻璃管上端敲破一个洞，管内的水银将会向上喷出还是向下落回水银槽？

学生讨论得出：

①因为p＝ρgh，液体压强与水银柱的高度有关，而水银柱的高度与玻璃管的粗细、倾斜与否、上提、下压无关。

②破洞后的玻璃管与水银槽成了连通器，管内的水银将向下落回水银槽。

拓展：究竟大气压能支持多高的水柱呢？

学生根据大气压强等于水柱产生的压强，即p0＝ρ水gh进行计算。

教师向学生讲解，大气压可以支持的水柱高达10m以上。

3、课堂小结

（1）大气有压强吗？它有什么特点？你可以做哪些实验来证明？你还可以列举哪些事例说明大气压的存在？

（2）你会估测大气压吗？有哪些方法？说一说。

（3）托里拆利实验中，应注意的哪些问题？一个标准大气压的值。

（4）大气压有什么应用？

4、板书设计

第3节 大气压强

大气压强的存在----马德堡半球实验 大气压强的测量----托里拆利实验

七、教后反思

本节内容与生活现象密切相关，贴近学生生活。课堂开始用实验激发学生兴趣，通过探究生活中与大气压强有关的物理现象，感受物理就在身边。再用所学知识来解释身边的现象，服务于社会生活。课堂上要鼓励学生合作探究，体验科学探究的乐趣。更好的培养实践能力和创新精神，培养学生搜集、处理、利用信息的能力，为终身学习建立基础。

气体压强演示仪的设计与制作 篇6

一、问题的提出

人教版九年级《物理》教材第四章第三节《大气压强》讲述了大气压强的存在。气体和液体有共同性质：液体内部朝各个方向都有压强，在同一深度，各个方向 (上下、左右、前后) 压强相等。液体内部朝各个方向都有压强是由于液体能够流动。为证明这一物理现象，有专门的验证仪器—液体压强演示仪、帕斯卡球。空气也是流动的，也存在朝各个方向的压强，但目前我们只能用如图1所示的塑料吸盘实验、吸管吸饮料实验、热桶封冷实验来说明。

这几个实验可以说明大气压强的存在，但不能既定性又定量地同时证明气体朝各个方向都有压强。对此，在教学实践中，为了使学生对“气体朝各个方向都有压强”有更加深刻的理解，我们设计制作了气体压强演示仪，从而弥补了没有气体压强演示仪器这一空白。

二、仪器装置介绍

1. 仪器结构 (如图2所示)

a是压力容器。注射器通过橡胶管压缩压力容器内的气体，从而使与压力容器相连的微小压强计的液柱发生变化。

b是压力容器的阀门。平衡内外气压，打开时调整微小压强计的液柱，做实验时将其关闭。

c是两端装有弹簧的橡胶管。弹簧可防止橡胶管打死结，橡胶管将压力容器内的气体进行传递。

d是微小压强计。若干个微小压强计与压力容器不同方向的孔相连，通过橡胶管把压力容器内的气体压强变化转变为微小压强计内液柱的变化。通过各个微小压强计内液柱的高度差来说明压力容器内的气体朝各个方向都有压强，并且朝各个方向的压强大小相等。

e是底座。用于固定微小压强计。

f是注射器。通过推拉注射器来控制压力容器内的气体。

2. 仪器特点

(1) 该演示仪可以同时得出气体朝各方向都有压强且朝各个方向的压强大小相等的结论，可谓省时高效。

(2) 该探究仪使用广泛，可用于人教版九年级《物理》教材中的以下实验： (1) 验证气体朝各个方向都有压强； (2) 验证分子间有间隔； (3) 气体压强传递。体现了科学知识和科学探究过程相统一的原则。

(3) 该演示仪使用方便，操作简单，可重复使用，非常值得推广。

三、制作方法

(1) 气体压强演示仪共由四部分组成：注射器、压力容器、微小压强计 (10～13支) 、底座及橡胶管。

(2) 压力容器的制备：在一个有机玻璃杯的各个方向上打孔 (最少打10～13个，代表不同方位) ，然后截取3 cm长玻璃管 (直径6～9 mm，数量10～13个) ，将截好的玻璃管栽在对应的孔内，用玻璃胶粘好。再在杯子的侧壁安装一个阀门 (平衡内外气压) 。各个地方必须做到严密不漏气，这样压力容器就做好了 (如图3所示) 。

(3) 底座的制备：取一凹槽形的铁座，在铁座上固定一铝塑板 (50 cm×45 cm) ，取10～13支微小压强计分别排列，在铁座后背板上固定，即成为各个方向定量显示板，再在底座上配一支撑压力容器的支架，底座就做好了 (如图4所示) 。

(4) 将各微小压强计的一端与压力容器上的各个短玻璃管用橡胶管连接；将注射器也用橡胶管与压力容器上的其中一个玻璃管相连 (做推拉用) 。橡胶管的两端都用塑料弹簧固定，防止橡胶管打死结。

简图 (如图5所示) ：

四、使用方法

1. 验证气体朝各个方向都有压强

(1) 实验前将染色液分别注入10～13支微小压强计内，到达指定刻度，随后将压力容器和微小压强计用橡胶管连接，最后将橡胶管和注射器相连 (不同方位的接头都可以) 。

(2) 实验时，打开压力容器的阀门，使容器、橡胶管和U形管相连的一端与外界气压相通，所有U形管的液面都在同一刻度线上，液面相平。

(3) 关闭气体压强演示仪的阀门，压力容器内就封闭了一定量的气体，推动注射器的活塞，压缩压力容器内的密闭气体，被压缩的气体通过橡胶管朝各个方向传递。可以看到与上下、左右、前后所分布孔相连的每支U形管升高或降低的液柱都出现高度差，说明了气体内部朝各个方向都有压强；还发现压强计两边的高度差均相等，进而验证了气体内部朝各个方向的压强大小相等。

2. 验证分子间有间隔

将演示仪所有和微小压强计 (10～13支) 相连的橡胶管用止水夹夹住，压力容器内就封闭了一定量的气体，推动注射器的活塞到一定刻度，密封在压力容器内的气体受压，分子间间隔变小，压强增大，松开手后注射器的活塞自动返回原位，证明分子间有间隔。

3. 气体压强传递实验

根据气体有流动性这一独特性质，可借助于气体压强演示仪，验证气体压强传递。比如演示汽车用气刹车原理。

将演示仪所有和微小压强计 (10～13支) 相连的橡胶管部分用止水夹夹住，只留4个与微小压强计相连，推动注射器活塞，压缩压力容器内的密闭气体，有4支微小压强计的液柱产生高度差，演示了“运动的汽车轮子被紧紧压住”模拟汽车用气刹车的原理。

初中物理压强教学策略初探 篇7

1解决压强教学的概念混淆问题

很多教师在讲解压强的时候，总是以放在水平面的物体受到竖直力为讲解的范例，导致很多学生误认为压力就是重力，并且教师在举例说明的时候也没有清楚地说明压力与重力的区别，使得学生对压力概念的理解比较模糊，而将很多概念混淆.有些学生在学习压强时会将压力和压强的概念混淆，并且由于压强的概念较为抽象，无法对其进行直接的测量，导致很多学生将压强的问题和压力的问题等同起来.有的学生则误认为压力大小决定了压强的大小，压力大的压强大，压力小的压强小，而没有考虑到压强的大小和物体的受力面积有关，导致学生对压强的认识出现了偏差.因此教师在进行压强的教学中应淡化重力和压力的关系，注意引入压力概念的方法，如在举例时可以举手按在墙上的例子，避免用竖直力来举例，造成学生认知上的误解.同时教师在讲解时可以将实例的受力分析展示在黑板上，或者事先做好相应的课件，在将新课时用多媒体展示给学生看，让学生仔细思考分析这些受力分析图，从而更全面地理解压力的概念.教师可以在教学中构建一个斜面受力的例子，让学生做出受力分析图，让学生从中明白重力和压力的区别.同时教师应做好压力向压强的过渡，让学生能够清楚地区分压力和压强之间的区别.在实际的压强教学中，教师可以设计一个用铅笔扎气球的实验，在实验之前教师可以问学生，用铅笔扎气球会出现什么情况.学生在学习过压力之后，会觉得压力越大，气球越容易爆炸，对于学生的回答教师不宜立刻给予否定，而应让学生进行自主科学探究实践操作，然后让所有学生观察，并针对出现的现象进行讨论，分析气球最容易爆炸的情况.最后让学生对实验进行分析和总结，然后引出压强的定义，让学生明白压强是由压力和受力面积共同决定的，从而让学生明白两者中间存在的差异.通过这种讲解方式能够更

好地引发学生的探究和思考，促进学生更深刻的感受和理解.教师还要让学生理解什么是受力面积，如图1所示，让学生指出受力面积，但是此时学生经常会把受力面积认为就是接触面积，这时教师就可以引导说将这张桌子靠到墙边（用课件展示立体效果图更好），问桌子对地面的压强的受力面积是指所有的接触面积吗？与墙的接触面积算不算？所以真正的受力面积不是单指接触还要有挤压的那部分面积.通过一步一步的引导让学生真正认识受力面积.

2采用有效的教学方法讲解压强

教师在教学中可以通过创设问题情境来激发学生学习和探究的兴趣，促进学生对压强概念的理解，促进学生学习效率的提高.并且教师可以通过列举一些与学生生活息息相关的实例，让学生能够更好的体会到物理知识在生活中的应用，从而提高学生的认知能力.教师在进行压强教学时可以创设这样的问题情境：一是在背书包时能够明显发现双肩包和单肩包背起来的不同；二是通过用两个手指压住一端削尖的铅笔，铅笔处于静止状态，根据二力平衡的原则可知两个手指施加的力大小相等，但能够明显发现两个手指受压感觉存在很大的差异.学生也因此产生疑问，并对这些现象进行分析.经过相应的学习很快就会发现相同的压力作用的受力面积较小，作用力更集中，受力面积大，作用力就比较分散，产生的效果也有所不同.然后再引出压强的概念，让学生能够更好的理解.通过这种循序渐进的分析方法，能够帮助学生更好地掌握压强的物理意义，同时也明白了影响压强的因素，从而更有效地进行学习.同时教师在压强教学中创设问题情境，能够让学生更好地意识到物理知识在生活中的应用，让学生在学习和理解压强的概念后，更好地学会应用，充分体会物理的实际应用价值，提高学生学习物理的兴趣.并且教师可以给学生列举生活中很多有关压强的例子，让学生熟悉压强的应用.如表1中例举了压强在实际生活中存在的实例.直观反映出了受力面积对压强大小的影响，同时也让学生对压强的概念有了更深刻的理解.

3做好压强概念教学比较与分析

教师在进行压强教学时应做好相应的比较与分析，让学生在理解压强概念的同时，能够更全面深刻的理解相关知识点.教师可以通过背书包及手指受压的实例来进行讲解，能够让学生更直接的感受到压强的存在，并且也拉近了学生对物理知识的认识，可以让学生深刻感受到物理知识在生活中的存在，从而消除物理与学生之间的距离感，促进学生更加有效的学习.同时教师在进行压强的教学过程中，应采取相应的科学方法，让学生能够掌握思维方法，对物理知识进行更加有效的探究和分析.如在研究压强时，教师可以向学生展示控制变量法

的使用，探究影响压力作用效果的因素，让学生掌握一些有效的研究方法，提高学生对物理现象分析的能力.同时教师在向学生解释压强的定义时可以结合实例以及实验所得的数据来加强学生对知识的理解，帮助学生形成系统科学的理解物理概念的方法.同时在对压强概念的分析过程中，教师应加强学生对压强的理性认知.同时教师应做好对教材的研究，充分做好教材习题的分析，进一步完善学生对压力及压强知识的巩固和应用，同时教师可以让学生形成学习小组，对压强的习题共同进行研究，并分析和借鉴彼此的计算过程，从而积累更多有效的理解方法和解题思路，完善学生对压强的认知.教师还可以把书本上习题中求解出来的坦克行驶时对地面的压强和测出的一个中学生对地面的压强进行对比，让学生通过结果强烈的对比更加完善对于压强的理解.

4完善压强相关的学生探究实验

物理是一门以实验为基础的学科，实验是探究和理解一些物理现象必不可少的环节.教师在给学生准备相关压强实验的器材时，可以用一些粉状饲料等松散的材料替代教材中使用的砂子或者海绵，使实验过程中的实验现象更加明显，更好地保证实验效果，同时也能够强化学生对实验现象的观察和分析.

若安排学生亲身体验一些关于压强的小实验就更好了.如教师可以安排学生在课下准备一块厚的柔软的海绵块，首先做好垂直海绵块于方向上的一对平衡力的分析，让学生一只手使用笔尖，另一只手使用食指从两侧水平对海绵块施力，同时保证海绵处于静止状态，再让学生观察这两个相同的力，由于作用的面积不同，产生的效果也不一样，从而让学生更直观地了解到影响压力作用效果的因素，更好地理解压强的概念.同时教师也可以给学生补充一些演示实验，让学生能够对概念有更清晰的理解.

如在帮助学生区别重力和压力的概念时，教师通过一些演示实验来说明，重力与压力的区别，从而更清晰地理解物理知识.教师可以向学生演示一个简单的实验，如将一个废锯条的一端搭在桌子的边缘，同时另一端用手端平，在锯条的中间施加一个压力，压力越大，锯条的形变越大，学生可以从锯条的形变情况感受压力的大小.然后在锯条的中央绑上一个砝码来代替手指的压力，然后用手缓缓地将锯条的一端从水平位置向上抬高，发现在此过程中锯条的弯曲程度也发生了改变，但锯条上的砝码重量不变，由此可知，重物在水平面上时，支撑物受到的压力才和物体的重力大小、方向相同，由此可以清楚地区别出重力与压力，帮助学生更准确地理解压强的概念.

物理压强教学设计 篇8

“踩鸡蛋”实验，设疑“不会轻功，可是把脚踩在蛋上时，蛋却没有破，为什么? ”

二、实验导航，手脑并用、新课讲授

(一)压力

1、从“踩鸡蛋”实验中，分析鸡蛋的受力情况——鸡蛋受到压力。

2、垂直作用在物体表面上的力叫压力，用F表示。

3、压力与重力的关系。

(二)压强(压力的作用效果与哪些因素有关呢?)

1、设疑“由以上现象猜想： 如果一头大象站在那盘鸡蛋上，结果会是怎么样呢?如果一个人站在一个鸡蛋上， 结果又会是怎么样呢?”

2、引导学生，讨论，分析得知：压力的作用效果与压力大小、受力面积有关。

3、实验探究：压力的作用效果与哪些因素有关?

①在图中图(a)、(b)受力面积相同，但压力不同;图(a)、(c)压力相同，但受力面积不同。

②由实验观察可知，当受力面积相同时，压力越_大_ ,压力的作用效果越明显;当压力相同时，受力面积越_小_,压力的作用效果越明显。

(三)小结压强

1、定义：物理学中，把单位面积上所受到的压力大小叫做压强。

2、公式：

3、单位：F—压力—牛顿(N)

S—受力面积—平方米(m2 )

p—压强—帕斯卡(Pa)

4、单位：帕斯卡(Pa)，1Pa=1N/m2

(四)压强的计算

(五)增大压强和减小压强

①分析生活例子：

②结论

增大压强的方法：

(1)__ 受力面积__一定，增大___压力_

(2)___ 压力__一定，减小__受力面积_

(3)既__增大压力__同时又___减小受力面积___

减小压强的方法：

(1)___ 受力面积___一定，减小___压力____

(2)___ 压力___一定，增大__受力面积_____

(3)既__减小压力_ 同时又_ 增大受力面积_

③讲练结合，有机拓展、回归生活：增大压强和减小压强的例子

(见下页图)

④小结

增大受力面积减小压强的例子：沙发、席梦思、双肩书包、滑雪板、雪橇、图钉钉帽、骆驼宽大的脚掌、拖拉机坦克车宽大的履带、铁轨铺在枕木上等 。

减小受力面积增大压强的例子：针类、钉类、刀类、锥类;蚊子和蝉的口器等。

大气的压强教学设计 篇9

物理学研究的是自然界最基本的运动规律，初中物理教学回归生活是新课程理念的一大飞跃，通过科学探究使学生从生活走向物理，以旧知“同化”新知识。本课以新颖的设计，师生和谐互动，顺利完成教学任务，教学设计与分析如下。

一、新课引入

组装器材，演示喷泉实验，引导观察。

“一个美丽的喷泉，真漂亮，它是怎样形成的呢?下面我们就要找出这个幕后的魔术师”引出课题并板书。

(析：以趣味的实验和幽默的语言引入新课，激发学生兴趣，使学生产生强烈的求知欲，为接受学习内容创设了良好的情感基础)。

二、新课教学

师：请同学们用纸片盖住你面前的一满杯水，然后将杯子倒过来，看会发生什么现象。

学生分组做覆杯实验，教师指导技巧并鼓励先成功的学生。

师：刚才的实验同学们先后都做成功了，也掌握了实验的技巧，增强了动手能力．那么。你们想为什么硬纸片不会掉下来呢? 生1：硬纸片被水粘住了。

生2：不对，水粘不住硬纸片，肯定有别的原因。生3：硬纸片被杯子吸住了，也可能是被托住了。师：这个同学的想法有新意，硬纸片不掉下来肯定是受到了力的作用，请同学们讨论一下，硬纸片受到了几个力的作用? 引导学生再观察，思考，讨论。

生：有三个物体和它接触，因此硬纸片受杯子和水向下的压力，还受空气向上的支持力。

生：我明白了，就是因为空气的支持力，硬纸片才没有掉下来。

师：同学们的分析与推理很正确，正是因为空气的作用，硬纸片才没有掉下来。那么空气和我们学习过的“液体”有没有相似之处呢?请同学们讨论一下，回答下面的问题：

l、空气的压力作用在一定面积上会产生什么?

2、硬纸片向各个方向都不掉落，说明大气压向各个方向都有。

3、根据液体压强的产生说明大气压强是怎样产生的? 学生思考，议论，教师指导。请学生回答，教师归纳小结并板书。

(析：通过实验以丰富的感性材料引出大气压的存在，借助学生已有的气体与液体相似的直接经验和液体压强知识，运用类比推理的思维方法，层层设问，加深了学生对大气压存在的认识，及时的评价和鼓励，创造了和谐的课堂气氛。)师：其实，在很早以前人们就对大气压强进行了研究。引导学生阅读课文“马德堡半球试验”，并提出问题： l、谁做的马德堡半球试验?

2、实验说明了什么问题? 教师肯定答案并小结、板书。

(析：浅显的内容，读书自达，培养阅读能力。)师：大气压强到底有多大呢?我们能否借助P = F／s这个公式来计算出它的大小?我设计了一个实验，请同学们研究是否可行。

教师出示托里折利实验原理图和实验装置。提出问题：

l、P液柱=?，P一定时液体密度与液柱高度的关系是什么?

2、联系液体压强特点思考：液面大气压强是否等于P液柱2

3、要想管子不致太长，选择何种测量液体最合适? 学生观察、思考，讨论实验原理。查密度表，读出被选液体的密度值。教师小结，说明此实验是托里拆利所做，进行演示，学生观察、读数。

(析：教师以“我设计了一个实验” 引入托里拆利实验原理，激发了学生好奇、求异的心里，客易引起学生的共鸣。通过实验原理分析和问题讨论，以旧引新，深化了所学知识，同时贯穿了逻辑推理要与实验验证相结合的物理思想。观察和读数增强了学生的参与意识。)教师提出问题：

1、水银柱为什么降到一定高度就不再下降?

2、此时的大气压应该是多少帕斯卡?

3、若用水来做实验至少需要多长的管子? 学生计算，教师巡视，个别辅导，并总结。

(析：计算练习，巩固旧知识，强化理解新知识。分类辅导，注意了全体学生的发展。)

师：我们知道了大气压的存在，也计算出了它的大小，下面我们先玩一个小游戏，再请同学们回答两个问题。

课堂比赛：一大一小两名同学吸水比赛。(器材：两个玻璃瓶装半瓶水，一个用带吸管的软木塞塞紧，另一个带吸管的软木塞上有通气孔)

问题：l、课堂开始时的喷泉是怎样形成的?

2、农业生产中，水泵抽水是抽上来的吗? 学生回答，教师点拨、总结

(析：课堂小品活跃了课堂气氛，通过体验和交流，学生对所学知识产生了深刻的印象，扭转了错误的生活经验。用物理知识解释生活现象，引导学生在生活世界中找到了知识的“原形”，贯穿了从生活走向物理，从物理走向社会的新理念。)

三、课堂小结

师：大气压很大且无处不在，深海的鱼类到了海面会死去，但却并没有把我们压瘪，为什么?请同学们课后阅读一下有关的书籍，看看还有那些有趣的事情。

教师完成图形板书并小结：“这就是我们生活的地球，空气在地球的附近，并受地球施加给它的重力作用，因而对浸在它里面的物体产生压强，由于空气具有流动性，所以大气向各个方向都有压强；马德堡半球试验证实了压强的存在，托里拆利实验测出了大气压强的数值与76cm水银柱产生的压强相等，约合l0的5次方帕斯卡，我们就生活在大气海洋的底部。

大气压的发现及其测定是科学家们经过漫长的时间花费了大量的心血，探索总结出来的同学们要好好学习，去继续探索、发现新的东西。”

(析：图形板书生动形象，使学生在头脑中形成鲜明而有立体感的鲜明记忆，体现了物理的对称美，给学生以美的享受。结语渗透情感，有利于学生良好的非智力因素的培养)

四、作业与练习

检测练习与提高训练题(略)

谈“液体压强”创新设计与反思 篇10

关键词：初中物理；液体压强；创新设计；高效探究；教学反思

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2012）01-0061-02

一、分析教材

“液体的压强”是初中学习的重要内容，在上一节学生已经知道了固体有压强，且掌握了计算压强的一般公式。这时，学生会想，既然固体有压强，那么，液体有压强吗？如果有，那它的大小又与哪些因素有关呢？因此，本节课我准备安排两个活动：一是通过实验让学生观察或感知液体内部有压强，二是探究影响液体内部压强大小的因素。对于大多数八年级学生而言，液体压强知识比较抽象，学习时要有较高的想象力和抽象的思维能力。因此，很多学生自从接触压强这个物理量后，感觉物理难学，心里顿生畏惧。也是从这时起，许多学生的物理成绩开始直线下滑。因此，我把消除学生害怕学液体压强的心理、培养他们的学习兴趣、渗透物理学的研究思想和研究方法定位成这一堂课的重点。如何才能让所有学生都参与到课堂，走进“液体压强”的世界？下面，是我的一些思考和总结。

二、研究教法

（一）自制教具，创新设计

活动一：体验液体内部压强的存在。教材上用一两端开口的玻璃管，蒙上橡皮膜，分别加水和浸入水中，通过观察橡皮膜发生了形变，证明液体有向上和向下的压强。此实验在实际操作中存在两个缺陷：1.两端开口的玻璃管在实验室极少。据调查，每所学校只有仅供教师演示用的一个，有的学校甚至没有这种仪器，这就给学生的分组实验带来了困难；2.此方法不能证明液体对容器侧壁也存在压强，换言之，不能让学生体验液体向各个方向都有压强。为此，我决定自制教具，创新设计。

1.为了克服器材数量少的困难，我用日常生活中常见的饮料瓶去底，蒙上橡皮膜，代替两端开口的玻璃管。此外，将瓶开口处切开，（要连同瓶口下面的漏斗部分一起切），用烙铁在瓶侧壁上烫一与瓶口相当的圆孔，将瓶口塞进圆孔，并打上玻璃胶（以防漏水），在切口处蒙上橡皮膜（如图1）。再加水，这样就能验证液体对侧壁存在压强。

2.利用水管及弯头制成向上、向下、向侧壁开口的器件，并蒙上橡皮膜（如图2）。往水管内加水，橡皮膜分别向上、向下、向左（或右）凸起，很好的解决了液体内部向底部和侧壁存在压强的问题。

3.用铁丝焊接成正方体， 正方体一条边较长，方便手握，在正方体外蒙上橡皮膜（如图3），将此器材放入水中，则正方体六个面均受到液体对它的压强，并向内凹陷。证明液体向上、向下、向左、向右、向前、向后均有压强。另外，我们还可以根据正方体上下表面的凹陷程度不同，得到液体内部压强与深度的关系。

4.将铜线穿过塑料管，做成球形（如图4）放入保鲜袋内，保鲜袋呈球形，且球面平整，再将它放入水中，可见保鲜袋紧贴球框，且各面保鲜袋均有下凹，则证明了球面上每一点都存在液体的压强。

5.演示“帕斯卡圆桶实验”（如图5），在一只一次性手套里装入少量的水，用一根又细又长的橡胶管将手套和一漏斗紧密连接，向漏斗内加水，使管中充满水，用撑杆将漏斗举高，塑料手套则自行破裂，是什么力量让塑料手套破裂？学生自然联想到液体内部有压强。

6.选择日常生活中常见的物品—乳胶手套（如图6）。学生分组将戴有乳胶手套的手放入水中，让学生说出自己的真实感受，则学生能直接感知到液体对手的压强。与上述实验不同的是，前面的实验着重观察实验现象，而此实验则为真实感知，使学生对知识的理解发生了由表及里的变化。此外，将手放入水中不同深度，则学生就能得出液体内部压强随深度的增加而增加的结论，为后面探究液体内部压强与哪些因素有关的实验奠定了基础。对于方向的处理则可将手放在某位置，让手在这一平面四处运动，可谓一举多得。

事实证明，学生对自制的教具感觉很新鲜，课堂气氛极其活跃，极大地提高了学生学习的兴趣。

（二）联系实际，高效探究

活动二：探究影响液体内部压强大小的因素

1.关于学生猜想中伪因素的处理。此实验为探究实验，在教学过程中，绝大部分教师都会引导学生去经历“提出问题”、“作出猜想”、“设计实验”等一系列探究过程。在提出“液体内部的压强可能与哪些因素有关”后，学生的猜想可能与液体的密度、深度、液体的体积、液体的重力、液体的质量、液体的温度、方向等等有关。教师这时的处理方式可能有如下几种：

（1）置之不理型。 由于事先准备不充分，教师在备课时，对学生可能提出的伪因素未加考虑，在课堂上则直接用粉笔圈出正确的猜想，而对其它的猜想则明确告知，这是错误的，或者用一句话“课后研究”敷衍了事。这样的探究必定影响到学生猜想的积极性及对知识点的掌握。

（2）画蛇添足型。教师有备而来，预设了学生可能提出的伪因素，且准備了实验器材。但在课堂上学生未提出与之相关的猜想，教师为了使自己的努力没有白费，竟启发学生“液体内部的压强是否与温度有关呢？”学生未提出的疑惑，教师又何必多此一举呢？

（3）尊重事实型。笔者认为当学生的猜想中存在伪因素时，可以先根据生活经验或简单的实验把低级、无谓的猜想排除，考虑到时间上的问题，可先行探究真因素，而后再对需要实验验证的“伪因素”进行探究，若时间不允许，可以留待下一课继续进行。

2.根据教学实际情况有选择地进行探究。课堂教学中，对探究的内容要有所选择，对探究的目标有所侧重。实验探究并不一定要组织一个完整的探究过程，而是根据教学内容灵活地选择其中的几步。这样才能更好地贯彻课程标准的精神，更有效地进行探究教学，使学生获得全面的科学探究能力。本节课中，通过对前一部分实验的探究和体验，学生已经感知到液体内部压强与深度的关系，因此，笔者认为在实验二中大可不必再重复实验。探究过程要防止有活动形式，没有实质内容，机械地、按部就班地实施探究过程的每一步，不能为了追求课堂教学的探究气氛而机械地开展探究活动。

3.要加强实验指导。

（1）本实验中，学生需要接触一个新的仪器——压强计，绝大部分教师在实验前都要对压强计如何使用进行指导，但通过调查发现学生对压强计的使用并无大碍，但对压强计在使用过程中可能出现的故障却无从下手，如：“实验过程中，U型管左右液面存在高度差”学生不知道如何调节，有的甚至不知道压强计在使用前应该使U型管左右液面相平；“橡皮管漏气，当用手指按压金属盒的橡皮膜时，发现U形管两边液柱的高度几乎不变化”学生不知道如何调节，仍在继续实验；“在测量过程中橡皮管处于弯折状态”等等。

（2）实验过程中需要强调实验方法的指导——“控制变量法”及“转换法”。特别是控制“深度”这个变量。在本实验中什么是深度，还有很多学生误以为由下而上是深度，这个在实验前一定要纠正。

三、教学反思

压强教学设计一等奖 篇11

随着社会科技和经济的高速发展, 电子电器产品的更新速度不断加快, 其废弃物的有效回收利用已成为亟待解决的全球性问题[1,2]。智能材料主动拆卸技术 (active disassembly using smart materialsm, ADSM) 利用形状记忆材料制成的主动拆卸结构替代传统的连接结构, 以某些物理场激发产品主动拆解, 极大地提高了产品尤其是小型电子电器产品的拆卸效率, 因而得到广泛关注。自1997年英国布鲁内尔大学清洁电子产品研究所 (Cleaner Electronics Research, Brunel University) 的Joseph Chiodo博士提出智能材料主动拆卸技术并成功实现CD播放器及收音机的主动拆卸以来, 国内外针对这项技术展开了广泛的研究, 使ADSM方法成为面向拆卸设计方法 (design for disassembly, DFD) 的有力支撑[3,4,5,6,7]。

随着ADSM相关研究的深入, 在传统的温度场激发主动拆卸结构的基础上, 又出现了电流、磁场、压力、振动等多种方式激发的主动拆卸结构及多级主动拆卸技术[8,9,10,11,12]。但这些ADSM方法都是在单一物理场条件下激发的, 因此存在产品可靠性不高的缺点, 容易导致主动拆卸产品在使用过程中被意外激发而失效。例如, 通常设计的由形状记忆高分子 (shape memory polymer, SMP) 材料制成的卡扣的激发温度为70~90℃, 正常使用环境下不会发生主动拆卸, 但如果应用该类SMP卡扣的产品被放在了暖气片等热源附近, 那么产品中的SMP卡扣就很有可能被意外激发变形, 导致整个产品发生主动拆卸。而如果为了保证可靠性而提高主动拆卸结构的激发条件, 例如将上述产品的主动拆卸结构激发温度设计为150℃, 则会导致原材料选择和制备困难, 并且使拆卸的难度和成本大大增加, 拆卸效率下降。再者电子电器产品外壳常用材料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (acrylonitrile-butadiene-styrene, ABS) 塑料的熔融温度为217~237℃, 聚乙烯 (poly ethylene, PE) 、聚氯乙烯 (polyvinyl chloride, PVC) 等则更低, 一般显示屏和芯片的耐热温度也不是很高, 过高的激发温度可能会导致产品零部件形状或材料性质发生不可逆转的变化, 而且还可能破坏显示屏、芯片等具有高回收价值的重要零部件, 使零部件的重用性能和重用率降低。

为解决这些问题, 已有文献提出了多场耦合激发主动拆卸的方法[12], 使主动拆卸结构与主动拆卸产品只有在多激发介质共同作用下才能实现主动拆解, 这种方法大大提高了主动拆卸产品的可靠性, 但是这些文献中并没有给出较为深入的研究结果。本文主要研究温度-压强耦合并行激发主动拆卸产品的设计方法及其设计准则, 以降低产品在正常使用中意外拆解的可能性, 保证产品的可靠性。

1 温度-压强耦合并行激发的原理及特点

实现多场耦合激发一般有两种方式, 一种是并行激发, 各个物理场均达到激发条件时产品才能被主动拆解, 如温度-压强耦合并行激发等;另一种是顺序激发, 主动拆卸结构在不同的物理场中逐次被激发, 最终实现主动拆解, 如温度-振动耦合激发等。相对于顺序多场耦合激发而言, 并行多场耦合激发强调“并发性”, 要求各个物理场同时满足设定的激发条件, 因而极大地减小了产品意外拆解的概率。

温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构设计是为提高产品可靠性而进行的更为严格的主动拆卸结构设计, 按照不同的设计原理可分为两类。一类是拆卸结构的并行设计, 产品的连接结构由功能相同的N个单一物理场激发的主动拆卸结构并联构成, 在产品使用过程中, 即使在某种极端情况下有N-1个主动拆卸结构被意外激发而使其连接失效, 但只要有一个主动拆卸结构正常连接, 产品仍能正常使用。而且, 当激发因素消失后, 失效的主动拆卸结构能很快恢复其连接功能。另一类是激发条件的并行设计, 只使用一种主动拆卸结构作为连接单元, 但是通过参数设计使得仅以单一方式激发这个主动拆卸结构几乎是不可能的, 只有在温度场和压强场共同作用下改变了智能材料的力学性能或主动拆卸结构形状等某一种或几种属性, 才能够在一个合理的激发条件下实现主动拆卸。如图1所示的蛙爪形卡扣, 使用普通塑料制成, 在常温下需要在非常高的激发压强的相对气压下才能被完全激发[11];如果将其材质替换为SMP材料, 在加热到SMP材料的激发温度以上时, SMP材料处于橡胶态, 在外力作用下的变形量为[13]

式中, E0为瞬间形变弹性模量;Er为松弛形变弹性模量;t为外力作用时间;λ为松弛时间;b为蠕变常数;σ为应力。

在橡胶状态下SMP材料的变形量大, 并且弹性模量小, 可以有效地降低卡扣的激发压强。例如, 以经物理辐照交联的聚乙烯 (shape memory poly ethylene, SMPE) 材料制作的蛙爪形卡扣, 通过有限元分析, 计算出只需在110~130kPa的相对气压下即可完成主动拆解, 仿真结果如图2所示。这样, 当产品中应用温度-压强耦合并行激发的主动拆卸结构时, 产品在正常使用时只有同时满足温度和压强两项激发条件才可能发生意外拆解, 因此可靠性远优于单场主动拆卸的产品, 且无需通过提高激发场强、降低产品的主动拆卸性能来提高可靠性。

2 温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的设计方法

2.1 激发场施加方式的选择

单一温度场激发主动拆卸结构的温度激发方式主要有空气浴激发、水浴激发、电热激发和热风枪加热激发等多种。空气浴或水浴激发需要有一定的封闭空间, 并且能耗较大, 一般适合体积较小且批量较大的产品;热风枪加热传热效率比空气浴略高, 属于局部加热, 适合体积不大的产品;电热激发是传热效率非常高的局部加热方式, 适合体积较大产品的局部拆卸, 也适用于体积较小产品的整体拆卸。压强激发方式主要有增大密闭空间压强和增大局部压强两种, 前者不适用于体积较大的产品, 后者属于局部拆卸。在温度-压强耦合并行激发主动拆卸产品设计时, 需要综合考虑产品的体积、主动拆卸结构设计空间和布置位置等因素, 选取适当的主动拆卸结构类型和具体的激发方式。

2.2 设计原则

并行多场耦合激发主动拆卸技术的关键在于主动拆卸结构的设计, 其设计原则如下: (1) 主动拆卸结构不能影响产品的使用性能; (2) 主动拆卸结构在所有物理场同时达到激发条件后要保证被连接部分的有效分离, 而任何一种或几种物理场达到激发甚至超过激发条件, 只要不是所有物理场同时达到激发条件, 都要保证被连接部分的连接可靠; (3) 主动拆卸结构的设计应尽可能使结构简单、易于拆卸; (4) 主动拆卸结构的生命周期成本, 包括设计、制造和拆卸等步骤的成本总和, 应尽可能低廉。

温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的设计原则与传统主动拆卸结构的设计原则相似, 都不能影响产品的使用性能, 同时必须做到主动拆卸的有效性和便捷性。

温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构在此基础上更加注重产品的可靠性, 对产品的连接和拆解性能的要求都更为严格;同时可靠性提高可能会带来产品的设计、制造和拆卸成本相应增加, 因此主动拆卸结构的生命周期成本也是设计时考虑的内容之一, 在可靠性满足使用要求的前提下尽可能地降低生产、制造、拆卸成本。

2.3 设计过程

温度-压强耦合并行激发主动拆卸产品的设计过程如下:首先应根据传统的产品设计方法设计出产品的初始结构;然后根据设计的初始结构设计主动拆卸结构;再考虑产品的内部空间等因素选择多场耦合激发主动拆卸结构的类型, 如果产品内部仍有比较大的设计空间, 则可以采用拆卸结构的并行设计, 在产品内部增加其他功能相同但激发场不同的主动拆卸结构, 如果产品内部已经没有再容纳一个连接结构的空间, 则采用激发条件的并行设计, 选择合适的材料, 通过参数设计的主动拆卸结构必须在多场耦合作用下才能实现主动拆卸;之后选择温度场和压强场的施加方式;最后优化主动拆卸结构的布置形式和产品的外观。设计流程如图3所示。

并行多场耦合激发主动拆卸结构的设计需要考虑多个物理场相互作用的影响, 其设计往往需要利用计算机进行辅助设计。例如, 温度-压强耦合并行激发主动拆卸卡扣的设计公式为[12]

式中, M为卡扣的质量矩阵;C为卡扣的阻尼矩阵, 随温度的变化而变化;K为卡扣的刚度矩阵, 随温度的变化而变化;δ″为卡扣的加速度;δ′为卡扣的速度;δ为卡扣的位移;F为卡扣受到的载荷, 即空腔上表面内外的压力差;Fσ为卡扣的热应力;ρ为空气密度;cp为空气的定压热容;λ为热传导系数;qv为热源强度;Δp为空腔结构内外的压强差;S为空腔结构的截面积;A为卡扣的截面积;E为卡扣的弹性模量, 随温度的变化而变化;ε为卡扣的热应变;β为卡扣的热弹性系数;T为激发时的环境温度;T0为初始温度。

式 (1) 是弹性体的结构力学方程, 式 (2) 是热传导公式, 它们表示了位移δ、载荷F和温度T之间的关系。式 (3) 是压强公式, 式 (4) 是热应力公式, 它们表示了压力、热应力与结构形状及温度之间的关系。这组方程构建了温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的有限元分析计算模型。

如图2所示的SMP塑料蛙爪形卡扣的设计中, 建立模型后, 利用有限元分析软件进行计算, 定义材料、物理场等属性, 按照上述公式输入初始数据, 设定输出卡扣的位移δ。当δ大于卡槽的深度时, 主动拆卸结构即可成功实现主动拆解, 如图2b所示。

3 主动拆卸产品设计实例

3.1 温度-压强耦合并行激发主动拆卸试验

根据以上理论和设计方法对遥控器进行了重新设计, 使其外壳能够实现温度-压强耦合的并行激发主动拆卸。现有的遥控器外壳采用卡扣连接结构, 遥控器外壳边缘共有10个卡扣。由于遥控器体积小但内部元件较多, 结构紧凑, 内部可用于设计连接结构的空间不多, 故采用激发条件的并行设计方法, 以温度-压强耦合并行激发的蛙爪形卡扣分别作为连接单元。卡扣材料选择SMPE, 激发温度为70℃, 使用Instron E3000电子万能材料动静态试验系统测得其在25℃室温条件下的拉伸强度为8.0MPa, 剪切强度超过20MPa, 满足一般小型电子产品的连接强度要求。

为了更快更好地找出温度-压强耦合并行激发过程中激发条件对重新设计的主动拆卸遥控器的拆解效果的影响规律, 并验证温度-压强耦合并行激发设计方法和有限元仿真分析的准确性, 选用正交试验方法进行试验设计。根据现有的试验条件和研究经验, 选择激发温度和激发压强两个主要影响因素作为试验因素, 每个试验因素设定3个因素水平。根据因素及水平的数量, 试验方案采用简化的L9 (34) 标准正交表[14,15], 共设计9次试验, 正交表表头设计如表1所示。

使用康曼技CMD-LH45A精密节能干燥箱提供温度激发场, 使用红五环W-1.0/7型活塞式空气压缩机及其他组件提供压强激发场。按照正交试验方案选择不同的温度、压强条件进行拆卸试验, 拆解效果如图4所示, 拆解时间如表2所示。

3.2 试验结果分析

重新设计的遥控器在常温常压下 (试验序号1) 未拆解, 但在试验因素同时达到试验材料激发温度及有限元仿真计算的激发压强附近 (试验序号2) 遥控器发生拆解, 证实了温度-压强耦合并行激发主动拆卸设计方法的有效性和有限元仿真分析的准确性。

在温度达到试验材料激发温度时, 遥控器在0.2MPa压强下拆解时间为23s (试验序号2) , 而在0.5MPa压强下拆解时间为18s (试验序号5) , 拆解时间有所缩短, 说明了在达到激发温度条件下适当提高激发压强有利于缩短激发时间, 提高拆卸效率。

在120℃下的三组试验 (试验序号3、6、9) 主动拆卸结构均被损坏, 破坏的原因是SMPE软化变形, 基本失去正常的连接性能, 且无法复原, 说明了以SMPE为材质的主动拆卸结构加热温度不能过高。

在常温下的三组试验 (试验序号1、4、7) 及常压下的三组试验 (试验序号1、6、8) 遥控器均未发生拆解, 说明了在单一温度场或压强场的作用下不容易被意外激发, 证实了温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的可靠性要优于单一物理场激发的主动拆卸结构的可靠性。

4 结论

(1) 本文针对目前主动拆卸产品可靠性不高的现状, 以实现拆卸过程的经济性和高效性为目标, 对基于温度-压强耦合并行激发的产品主动拆卸理论与方法开展研究, 总结了温度-压强耦合并行激发主动拆卸产品的设计方法, 丰富和完善了ADSM理论体系。

(2) 温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的激发效果由温度和压强两个因素耦合作用决定, 单一温度或压强激发场很难激发温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构。