摘 要：液體壓強無法用肉眼直接觀察。感知液體內(nèi)部存在壓強并推導(dǎo)出液體壓強大小計算公式是液體壓強學(xué)習(xí)的難點內(nèi)容。本文充分利用橡皮膜的特性，將液體壓強的作用轉(zhuǎn)化為橡皮膜的形變，從而加深學(xué)生對液體壓強的感性認(rèn)識，并幫助他們從感性認(rèn)識提升到理性認(rèn)識層面。

關(guān)鍵詞：橡皮膜；液體壓強；轉(zhuǎn)化放大法

液體壓強是初中物理教學(xué)的難點，其“難”主要體現(xiàn)在以下幾方面：知識本身的綜合性和抽象性，學(xué)生頭腦中的錯誤前概念。人教版初中物理教材針對該知識點的編排邏輯體系不足，呈現(xiàn)的實驗裝置單一。［1，2］本文利用橡皮膜顯化液體壓強，將抽象的液體壓強直觀輕化為橡皮膜的形變，使橡皮膜成為液體壓強和微小壓強計之間的橋梁。同時，多樣化的教學(xué)手段不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，還始終圍繞著本節(jié)課的核心內(nèi)容。

1 液體壓強的存在

1.1 液體對容器的底部和側(cè)壁有壓強

首先，教師以問題“容器對桌面有壓強，液體對容器底部是否也存在壓強，如何證明？”導(dǎo)入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運用轉(zhuǎn)化法的思想思考如何使液體對容器底部的壓強可視化。其次，教師展示實驗裝置（如圖1所示），進(jìn)行實驗操作。

最后，教師根據(jù)實驗現(xiàn)象提問：“你發(fā)現(xiàn)了什么？”橡皮膜的形變直觀地顯化了液體對容器底部和側(cè)壁存在的壓強。

1.2 液體內(nèi)部存在壓強

演示：將套有橡皮膜的容器放入水中，模擬手放入水中過程（如圖2所示），學(xué)生通過觀察橡皮膜的凹陷得出液體內(nèi)部也存在壓強的結(jié)論。

教師向?qū)W生展示一個套在注射器外殼上的小橡皮膜（比圖2中的小很多），并將其放入水中，可以觀察到橡皮膜發(fā)生形變，但形變程度并不明顯。

提出問題：是否可以在不改變橡皮膜大小的前提下，將液體壓強進(jìn)行二次放大呢？

在實驗中，我們可以觀察到當(dāng)橡皮膜因液體壓強而產(chǎn)生形變時，注射器內(nèi)氣體體積會變化?；谶@一現(xiàn)象，筆者提出了一個想法：在注射器的上端加入一段紅色液柱來放大壓強變化。然而，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，如果直接在注射器上端加入紅色液柱，液柱會因為重力而滑入注射器內(nèi)部，難以達(dá)到預(yù)期的視覺效果。為了解決這個問題，我們決定將紅色液柱放入U形管內(nèi)。

將套有橡皮膜的注射器外殼通過細(xì)管與一段U形紅色液柱連接，然后將注射器放入水中（如圖3所示），此時U形管兩邊的液面出現(xiàn)了明顯的高度差。這一現(xiàn)象表明，液體的壓強已經(jīng)通過這個系統(tǒng)被二次放大，從而使得原本微小的壓強變化變得更容易觀察。

思考：能否對該裝置進(jìn)一步優(yōu)化，使其能夠比較出不同情況下的液體壓強大小呢？我們可以在U形管兩端加上刻度，制成實驗室的微小壓強計。

2. 液體壓強公式

2.1 猜想液體內(nèi)部壓強大小影響因素

教師展示圖4，請學(xué)生結(jié)合實驗和圖片猜想“液體內(nèi)部壓強的大小與哪些因素有關(guān)”。學(xué)生通過觀察圖片能夠猜想液體內(nèi)部壓強大小可能與液體深度、液體密度、液體重力等因素有關(guān)。

2.2 液體壓強公式推導(dǎo)

液體的壓強跟液體的密度、深度有關(guān)，那么液體內(nèi)部某處壓強的大小如何確定呢？

首先，將套有橡皮膜的塑料桶伸入水中，怎樣才能使橡皮膜保持水平？

其次，往塑料桶內(nèi)加水，橡皮膜水平時（如圖5所示），內(nèi)外液面有什么特點？

最后，如何利用橡皮膜水平來計算液體壓強？

由平衡條件可知，管內(nèi)的水對橡皮膜施加的力與管外液體對橡皮膜向上的壓力相等。因此，只要測出管內(nèi)的水對橡皮膜施加的力就能知道管外液體向上的壓力。

3 帕斯卡裂桶實驗

法國物理學(xué)家布萊士·帕斯卡（Blaise Pascal）通過實驗展示了用幾杯水就可以使裝滿水的桶炸裂這一現(xiàn)象；同樣地，我們也可以用幾杯水讓裝滿水的氣球炸裂。通過播放課前錄制好的帕斯卡裂桶實驗的視頻，學(xué)生可以聽到氣球炸裂時產(chǎn)生的巨大聲響，從而直觀地感受到液體壓強的巨大力量。

在液體壓強這一節(jié)課中，學(xué)生通過橡皮膜的形變感知液體壓強的存在，將橡皮膜的形變進(jìn)一步轉(zhuǎn)化放大并借此原理得到了微小壓強計。在“探究液體內(nèi)部壓強大小影響因素”時，教師可以利用橡皮膜的形變來引導(dǎo)學(xué)生猜想液體壓強可能受哪些因素影響。用問題“如何讓橡皮膜水平”引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出液體壓強的計算公式；再通過讓氣球炸裂還原帕斯卡裂桶實驗。橡皮膜作為感知液體壓強變化的工具，可以將抽象的壓強概念轉(zhuǎn)化為具體的實驗現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

［1］王愛生，包萬鳳.初中物理液體壓強教學(xué)難點的形成及突破［J］.教學(xué)與管理，2022（28）：57-60．

［2］人民教育出版社 課程教材研究所 物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書 物理 八年級 下冊［Ｍ］.北京：人民教育出版社，2012：33-36．