建立“液柱”模型 突破液体压强教与学的几个难点-论文.pdf

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1、.中学教研建立“液柱”模型突破液体压强教与学的几个难点高军建立物理“模型”是研究学习物理G。如图5,用一块塑料片挡住两端开小于Gi葭;如图7,容器侧壁对水有斜向问题的一种重要方法。现行初中物理教口的玻璃管的下端,竖直地插入水中,下的压力作用.压力的一部分和液体的材正是通过建立“液柱”模型的方法。推塑料片不下沉说明液体对塑料片有向重一起压在容器底上,则F大于G。导出了液体压强的计算公式P{瞳。上的压力和压强。再向玻璃管中缓慢注运用高中知识“力的合成和分解”可以推导思路如下:水,会观察到当管内水柱高度开始高于计算出容器侧壁对水的作用力大小,

2、进(1)教材首先用微小压强计探究了管外液面时塑料片开始下沉。说明玻璃而确定F是否等于G。在初中阶段,液体压强的规律,如图1说明“同种液管中的液体对塑料片有向下的压力和仅用受力分析的方法很难确定非柱体体同一深度处液体向各个方向的压强压强。玻璃管中的液体构成了一个直观容器底所受压力的大小。要确定F的相等”。这是公式推导的依据。的“液柱”模型,显然.当管内外液面相大小,需要另辟思路。据此,若在容器中截取一段底为S、平时.塑料片上方的这段“液柱”模型受②教材明确指出液体压强由液体高为h的“液柱”.如图2所示:则在h到了一对平衡力作用,即F=G{

3、主,且有受重力而引起,但P{茁告诉学生深处,有P_P。P=P#。其大小只与P{盘和^有关,与液体的重在“液体压强”的学习中.借助这样力大小无关。这种看似悖立的观点怎样的“液柱”模型可以加深学生对液体压才能得到合理的解释?一舄I强的理解,而且为突破难点、解答难题2.用“平均截面积法”建立等效“液提供了一个非常有效的手段和方法。下柱”逐一解答上述疑问:图1图2面具体阐述一下“液柱”模型在液体压建立等效“液柱”的方法是:将非柱(2)公式推导成立的关键:F=G。强教与学中的运用。体容器中的液体看作是与原液体等高为简化表述,先约定以下几个符号的含

4、一等体积的“液柱”。具体如图8-9所示:、建立“液柱”模型,突破义:F表示液体对水平支持面的压力,液体压强学习中的思维认知Gj葭表示容器中液体的重,G表示水平难点支持面上一段“液柱”的重。现对S面上至这段“液柱”作受力分析以明确F}直为什1.在液体压强的学习中,存在如下图8图9图10一些普遍存在的疑问:么会等于G。如图3,“液柱”的重力与图8为非柱体容器中的液体.设其(1)在固体压强的学习中.教师一再液面S对“液柱”的支持力是一对平衡底面积为高为^,体积为(显然V≠强调:固体自由放置在水平面上时对水力,则Fi=G;如图4,液面S对“液柱

5、”跏);在液体中部附近某一位置一定存平面的压力与重力的关系是:F目=G日,的支持力与“液柱”对液面

6、s的压力是在一个截面积.s,如图9;以该截面积与固体的形状无关。所以在液体压强的相互作用力,则F女;i壹。等量替换得:F藏=

7、s为底,建立高为h体积为的“液学习中.学生会误认为非柱体容器中的G#。容器的竖直侧壁虽对液体有压力柱”,如图1O所示。这个“液柱”就是甲液体仍有F=G{葭。非柱体容器形状有、,如图3,但由于、的方向与F立、容器中液体的等效“液柱”,这个“液柱”两种.如图6、7所示,只要对容器中的G方向垂直,因而不能起到支持“液的底

8、面积Js我们称之为甲容器中液体液体稍作受力分析,就会发现F{壹不定柱”重的作用.也不会增加S面上的压的“平均截面积”并用Js表示。等于G{戎。力,受力分析时可以略去不提。由这个等效“液柱”和平均截面积S、容器底面积50,我们可以推导出Fj葭与液体重力G的关系:因为液体体积=S^,所受重力G}蠢=mI葭g-pgsh;至唇而容器底所受压力Fj匝}丧Soi瞳ghs0。图6图7图3图4图5所以妥【J生=,则Fi葭与G的关系如图6.容器侧壁对水有斜向上的液平为了让基础薄弱的同学也能理解Fi瞳=压力作用,会支持一部分液体的重,则F{葭G这一规律,还

9、可以通过实验验证F{直=为F=G。~ko65硼.HO●】t¨^C^N■§●但一定有F=G。分析:由于h<^,pi酉,故不(1)据Fj受=G{蠹知,当Js=时,.)平能由公式Pj疰=p来判断容器底所受(3)据F=G变形得=则液体对水平容器底的压力F{燕=G。平o0压强的大小。由此我们可以得出结论:水平容器底受J)。其中孕即为容器底受到的液体解:采用切割法,将容器中部凸出的罩J)到的液体压力等于“以容器底面积为底部分“切割”,使余下部分变成柱体。由面、以容器中液体的深为高”的一段“液压强P,墼即为等效“液柱”对水平L)卓于两容器完全相同,对

10、被切部分有=柱”的重,即F=G。支持面的压强P。据液体压强规律:在V}酉。由此推广开来,若要确定任意水平同种液体同一深度处的压强相等,由于又’..p水p酒糟,G藏液gV液。.‘.G切水=面所受的液体压力,只

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