徐茜茜

摘 要：“氣體壓強與流速關(guān)系”的實驗改進，增加實驗的可操作性，可見性，趣味性，探究性?？朔鹘y(tǒng)實驗和教材實驗的不足，改進實驗具有推廣性，更好地發(fā)揮實驗教學(xué)促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成的作用。

關(guān)鍵詞：實驗；改進；氣壓；流速

一.制定創(chuàng)新目標(biāo)，指明思維方向

“氣體壓強與流速關(guān)系”內(nèi)容選自浙教版《科學(xué)》八年級上冊第二章第三節(jié)內(nèi)容“大氣壓強”的第二課時。教材不是直接呈現(xiàn)“氣體壓強與流速的關(guān)系”，而是通過實驗證明以促進學(xué)生的理解。學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中，常因不能運用簡單科學(xué)知識解決實際問題，教師多采用題海戰(zhàn)術(shù)，學(xué)生在做題中逐漸明白原理，但不知看似合理的實驗，在操作中會出現(xiàn)誤差，這些誤差以及解決方案也成了中考熱門方向?？茖W(xué)課堂不能只注重傳授知識，更要重視啟迪學(xué)生的思維，思維能力是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，是學(xué)生必備的核心素養(yǎng)之一。

該節(jié)內(nèi)容是初中生學(xué)習(xí)的一個難點，教材中便于學(xué)生直觀認識的實驗不足，但八年級學(xué)生易接受直觀明顯的科學(xué)現(xiàn)象。為增加演示實驗的可見度和趣味性，筆者改進并設(shè)計了五個實驗，力爭帶給學(xué)生更大的思維上的沖擊力。學(xué)生在探究氣體壓強與流速關(guān)系活動過程中獲得充足體驗，內(nèi)化成新知，教師引導(dǎo)學(xué)生從任務(wù)解決中歸納出解決問題的思維，學(xué)生創(chuàng)新力得以提升，這才是筆者實驗改進的重點，也是難點。

二.巧妙設(shè)計實驗，強化思維訓(xùn)練

1.任務(wù)驅(qū)動，發(fā)現(xiàn)問題

教學(xué)開始，教師手舉兩張白紙，從中間吹氣，紙條閉合，學(xué)生就有了思維任務(wù)，學(xué)生會帶著任務(wù)去活動，在活動中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。為增強學(xué)生的思維啟迪效果，我設(shè)置遞進式提問：

①沒吹氣前，紙條內(nèi)外側(cè)受到氣壓嗎？

②沒吹氣前，紙條內(nèi)外側(cè)受到氣壓有什么關(guān)系？

③吹氣時，紙條向內(nèi)側(cè)靠近，此時紙條內(nèi)外側(cè)受到氣壓相等嗎？

④紙條內(nèi)側(cè)氣壓變小還是紙條外側(cè)氣壓變??？

⑤什么原因?qū)е录垪l內(nèi)側(cè)氣壓變?。?/p>

維果斯基最近發(fā)展區(qū)理論指出，問題設(shè)計與學(xué)生學(xué)情匹配程度，決定課堂教學(xué)的順暢程度，設(shè)置好過渡語言和過渡問題能最大程度地促進學(xué)生思維發(fā)展。

2.“三球共舞”實驗

我們常?？吹竭@樣的趣味實驗，乒乓球被吹風(fēng)機向上的氣流支撐，懸浮在空中。實驗原理：吹風(fēng)機垂直向上吹，乒乓球所受向上氣流沖擊力和自身重力二力平衡。根據(jù)伯努利原理可，乒乓球周圍空氣流速大，氣壓小，外圍氣壓大，壓力指向中心，乒乓球不會掉下來。

筆者去掉吹風(fēng)機，原有的扁形接頭，用膠槍在新接頭上安裝三根吸管。先用吹風(fēng)機較小的風(fēng)力吹，實驗時，會看到三只乒乓球共舞的場面。緊接著加大吹風(fēng)機的風(fēng)力，發(fā)現(xiàn)乒乓球舞動得更高了。筆者聯(lián)想到泡沫球，由于重力小，無法漂浮。在泡沫球上安裝幾個圖釘，由于圖釘?shù)牟粚ΨQ性，泡沫球能自由地旋轉(zhuǎn)了。教師設(shè)問“乒乓球為什么不會掉下來，為什么會滾動”。通過簡單對比分析，學(xué)生易得出：乒乓球運動與管口氣體流動有關(guān)的結(jié)論?！叭蚬参琛睂嶒炓n更生動。

3.大小管比流速實驗

實驗教學(xué)中一個重要內(nèi)容就是科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，應(yīng)滲透在實驗教學(xué)的設(shè)計，實施，討論等各環(huán)節(jié)，物理實驗探究可促進學(xué)生提出問題，建立猜想與假設(shè)。對于演示實驗，可滲透科學(xué)探究思想，即演示實驗探究化。

教材中“對玻璃管吹氣的實驗”，筆者認為有以下不足之處：

（1）用口接觸玻璃管較不衛(wèi)生，學(xué)生不愿做實驗。

（2）液體透明，實驗現(xiàn)象不明顯。

（3）需較強且穩(wěn)定的吹力，液體才會被液面上的大氣壓壓入玻璃管內(nèi)。學(xué)生無法提供穩(wěn)定、較強的氣流。

因此筆者進行如下改進，用一個風(fēng)力較大的吹風(fēng)機作為穩(wěn)定的風(fēng)源，分別吹口徑不同的塑料管，口徑大的塑料管通過的氣體流速小。塑料管的下方鉆孔，連接裝有紅墨水的U形壓強計。先用大管演示，打開吹吸機，U形管兩邊出現(xiàn)了高度差，說明流速越大，壓強越小。接著換用小管重復(fù)實驗，為使風(fēng)量保持一致，將吹吸機原有的接管套上。U形管兩邊液面高度差更大。說明流速更大，壓強更小。

用紅墨水代替清水，用U形管顯示壓強變化，實驗效果更明顯。用吹吸機吹氣，吹氣力度和吹氣時間都易控制。通過直觀對比，學(xué)生易明白氣體壓強與流速的關(guān)系。在此探究過程中，學(xué)生受到了科學(xué)探究思維訓(xùn)練，對科學(xué)探究某些環(huán)節(jié)和控制變量法有了更深的理解和掌握，有利于科學(xué)探究能力的形成。

4.泡沫塑料板模擬飛機升力

理論應(yīng)用于實踐，氣體壓強與流速關(guān)系的一個重要應(yīng)用就是飛機。教材中“科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境”部分中對飛機有描述。為了更貼近生活，筆者用塑料板模擬飛機，用含扁頭的吹風(fēng)機模擬風(fēng)源。為避免人為干擾，演示者的手盡量避免直接接觸到塑料板。

可觀察到塑料板能水平橫起，演示者的手也感覺到較大升力。該實驗學(xué)生易操作，利用簡單物品進行實驗，且成功率較高，學(xué)生回家也能完成此實驗。

5.模擬飛機上下表面流速差

教材中“飛機機翼獲得升力原理圖”。飛機升力教學(xué)存在兩個問題：第一，教材僅指機翼與周圍空氣發(fā)生相對運動，人們一般感受到飛機前進，空氣是幾乎不動的，教材編寫這一關(guān)鍵問題缺少解釋，根據(jù)流動力學(xué)原理，在相同時間內(nèi)，機翼上側(cè)空氣流動較長距離，上側(cè)空氣流速大于下側(cè)，上方空氣壓力小于下方，使飛機產(chǎn)生向上升力。靜態(tài)圖片和文字描述對學(xué)生無視覺沖擊力。

氣體流動性較強，很小的壓強差也會導(dǎo)致氣體迅速流動。由伯努利公式：ρgh+1/2pv2+p=常數(shù)，若在同一平面，則1/2pv2+p=常數(shù)。氣體流動性較強，很小的壓強差也會導(dǎo)致氣體迅速流動，微小壓強差不會引起密度明顯變化，因此可把氣體視為理想流體模型，設(shè)置曲線。曲線上的切線方向代表氣體在該時刻流動方向，密集程度代表氣體流動速度。曲線不會相交，流速越大分布越密集。筆者聯(lián)想到磁感線知識，磁場越強，磁感線越密集，氣體流速越大，氣體分布越密集，為此筆者設(shè)計“模擬飛機上下表面流速差”的實驗。

筆者借助飛機升力原理演示器，用五根棉線模擬流動的氣流，當(dāng)飛機升起時，將棉線分別置于飛機的上下表面?？砂l(fā)現(xiàn)飛機上表面棉線密集，下表面棉線幾乎接近疏松平行，說明飛機上表面空氣流速大，下方空氣流速小。

6.測量飛機模型上下表面壓強

筆者用U形壓強計測量飛機模型上下表面壓強。筆者設(shè)計該實驗?zāi)繕?biāo)不是為了得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而是為了比較飛機模型上下表面壓強差。經(jīng)過多次實驗，發(fā)現(xiàn)將U形管斜放，飛機模型上下表面壓強差更大。用玻璃管口垂直風(fēng)向，置于飛機模型的下表面，可見U形管兩端液面差。用玻璃管口垂直置于飛機的上表面，U形管兩端液面差更大了。說明飛機上表面壓強大于下表面壓強，進一步說明氣體壓強與流速的關(guān)系。

用壓強計直接測出飛機上下表面壓強，化抽象為具體，大大降低了學(xué)生思維上的跨度。

7.利用吸管等演示“氣體壓強與流速關(guān)系”

將探究之所得帶回家，筆者布置課后作業(yè)：學(xué)生利用吸管、飲料瓶蓋、泡沫球自制實驗器材，將飲料瓶蓋鉆孔，用膠槍粘于吸管一端，豎管短，橫管也不宜較長，兩者夾角約90°，吹氣流速快但要平穩(wěn)。學(xué)生吹吸管，泡沫球會懸空。

思維是以感知為基礎(chǔ)，對抽象事物的反映，課后設(shè)置有趣實驗，學(xué)生能將抽象的問題具體化。學(xué)生在認識到氣體壓強與流速關(guān)系的同時，還能體會到物理實驗帶來的樂趣，并有理由相信，自己在生活中也能完成出色的物理實驗。

參考文獻：

[1]王笑.流體壓強與流速關(guān)系的實驗改進[J].物理通報.2007（3）.

[2]趙洪英.“氣體壓強與流速關(guān)系”的實驗改進[J].物理通報.2014（5）.

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