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

關(guān)鍵詞：橡皮膜；液體壓強(qiáng)；轉(zhuǎn)化放大法

液體壓強(qiáng)是初中物理教學(xué)的難點(diǎn)，其“難”主要體現(xiàn)在以下幾方面：知識(shí)本身的綜合性和抽象性，學(xué)生頭腦中的錯(cuò)誤前概念。人教版初中物理教材針對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的編排邏輯體系不足，呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置單一。［1，2］本文利用橡皮膜顯化液體壓強(qiáng)，將抽象的液體壓強(qiáng)直觀輕化為橡皮膜的形變，使橡皮膜成為液體壓強(qiáng)和微小壓強(qiáng)計(jì)之間的橋梁。同時(shí)，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(qiáng)的存在

1.1 液體對(duì)容器的底部和側(cè)壁有壓強(qiáng)

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

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

1.2 液體內(nèi)部存在壓強(qiáng)

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

教師向?qū)W生展示一個(gè)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(wèn)題：是否可以在不改變橡皮膜大小的前提下，將液體壓強(qiáng)進(jìn)行二次放大呢？

在實(shí)驗(yàn)中，我們可以觀察到當(dāng)橡皮膜因液體壓強(qiáng)而產(chǎn)生形變時(shí)，注射器內(nèi)氣體體積會(huì)變化?；谶@一現(xiàn)象，筆者提出了一個(gè)想法：在注射器的上端加入一段紅色液柱來(lái)放大壓強(qiáng)變化。然而，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果直接在注射器上端加入紅色液柱，液柱會(huì)因?yàn)橹亓Χ胱⑸淦鲀?nèi)部，難以達(dá)到預(yù)期的視覺(jué)效果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們決定將紅色液柱放入U(xiǎn)形管內(nèi)。

將套有橡皮膜的注射器外殼通過(guò)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(shí)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(qiáng)已經(jīng)通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)被二次放大，從而使得原本微小的壓強(qiáng)變化變得更容易觀察。

思考：能否對(duì)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(qiáng)大小呢？我們可以在U形管兩端加上刻度，制成實(shí)驗(yàn)室的微小壓強(qiáng)計(jì)。

2. 液體壓強(qiáng)公式

2.1 猜想液體內(nèi)部壓強(qiáng)大小影響因素

教師展示圖4，請(qǐng)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)和圖片猜想“液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與哪些因素有關(guān)”。學(xué)生通過(guò)觀察圖片能夠猜想液體內(nèi)部壓強(qiáng)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(qiáng)公式推導(dǎo)

液體的壓強(qiáng)跟液體的密度、深度有關(guān)，那么液體內(nèi)部某處壓強(qiáng)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(shí)（如圖5所示），內(nèi)外液面有什么特點(diǎn)？

最后，如何利用橡皮膜水平來(lái)計(jì)算液體壓強(qiáng)？

由平衡條件可知，管內(nèi)的水對(duì)橡皮膜施加的力與管外液體對(duì)橡皮膜向上的壓力相等。因此，只要測(cè)出管內(nèi)的水對(duì)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(shí)驗(yàn)

法國(guó)物理學(xué)家布萊士·帕斯卡（Blaise Pascal）通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(guò)播放課前錄制好的帕斯卡裂桶實(shí)驗(yàn)的視頻，學(xué)生可以聽到氣球炸裂時(shí)產(chǎn)生的巨大聲響，從而直觀地感受到液體壓強(qiáng)的巨大力量。

在液體壓強(qiáng)這一節(jié)課中，學(xué)生通過(guò)橡皮膜的形變感知液體壓強(qiáng)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(qiáng)計(jì)。在“探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)大小影響因素”時(shí)，教師可以利用橡皮膜的形變來(lái)引導(dǎo)學(xué)生猜想液體壓強(qiáng)可能受哪些因素影響。用問(wèn)題“如何讓橡皮膜水平”引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出液體壓強(qiáng)的計(jì)算公式；再通過(guò)讓氣球炸裂還原帕斯卡裂桶實(shí)驗(yàn)。橡皮膜作為感知液體壓強(qiáng)變化的工具，可以將抽象的壓強(qiáng)概念轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

［1］王愛(ài)生，包萬(wàn)鳳.初中物理液體壓強(qiáng)教學(xué)難點(diǎn)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(jí) 下冊(cè)［Ｍ］.北京：人民教育出版社，2012：33-36．