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1、2022安徽省中小学实验说课比赛测量大气压强实验改进学科：初中物理说课教材：上海科学技术出版社参赛教师单位：合肥市第四十五中学橡树湾校区说课教师姓名：刘建新尊敬的各位评委：我说课的题目是测量大气压强实验改进，我将从实验教学内容、实验教学目标、实验方案改进、实验教学过程设计、实验教学反思与自我评价等方面进行说课。1实验教学内容沪科版八年级物理第八章第三节空气的力量”有大气压强、测量大气压、大气压强的变化三个部分内容，关于测量大气压强，教材提供了托里拆利实验方法和结果。测量大气压强实验是认识大气压强大小的基础。2实验教学目标课标对本节内容的要求是：知道大气压强及其与人类生活关系。基于这一要求及新课
2、标指向核心素养的育人理念，测量大气压强实验教学目标如下：(1)知道大气压强的数值；(2)通过对研究对象的抽象分析，培养学生构建物理模型的思维能力；(3)在设计实验的过程中，培养学生与他人交流的意识和能力；(4)通过实验的操作、数据处理等,培养学生实事求是的科学品质。3实验方案改进3.1 教材实验分析教材中所提供的托里拆利实验是物理学史上的一个重要实验，方法精妙，测量大气压的结果准确。但是由于汞蒸汽有剧毒,教学中基于实验的安全性考虑普遍不演示，教材中所给的大气压数据对于学生缺少生成的过程；另一方面托里拆利实验原理有一定的理解难度，仅仅通过此实验方法和结果的介绍是达不成实验教学目标的，从学生学习角
3、度而言，需要引导学生设计一个实验进行测量。3.2 已有实验方案分析杳阅相关资料，测量大气压强有代表性的实验方案有如下三种。方案1注水法测量大气压强该方案参考托置斥利实验原理，用水代替汞在户外粗略地测出了大气压数值(参考文由于实验时要把管子架到十米多高的地方图1注水法测大气压文献截图献：李飞高王从戎,刘小兵.托里拆利实验”的再探讨一用水测定大气压强J物理教学探讨,2006(01):57-58.),这是一个很好的课外实践活动方案，图2来源于中国知网截图。由于实验中使用到的水管长度接近IOm多，注水难度大，只能在户夕画，课堂上演示不了。方案2吸盘测量大气压强如图3实验通过测出吸盘直径计算面积S,根据
4、二力平衡测出大气压力F；最后根据压强公式P=（算出大气压强。由于吸盘内空气排不尽、吸盘面积测算不准确以及测力计示数变化大导致测量结果偏差大，实验只能是估测。方案3注射器测量大气压强图2吸盘测大气压V近似真空实验装置如下图4所示（苏教版八年级物理教材方案），实验中是利用二力平衡原理测大气压力;通过测出注射器全部刻度的长度/,再利用S=A算出活塞面积；最后利用公式P=J算压强。图3注射器测大气压装置及原理示意图此实验方案巧妙测算出了活塞截面积，但通常情况下实验的误差比较大，误差大主要来自大气压力的测量。原因有：一是注射筒内空气抖坏尽；二是活塞与筒壁间的摩擦力；三是测力计示数变化大，测力计示变化大的
5、主要原因是不能匀速拉动活塞。33注射器测量大气压强实验方案改进实验原理：同上述实验方案3。实验装置：如下图，实验器材主要有塑钢材质注射器、数字测力计、螺杆等，注射器针头用橡胶塞封闭。图4注射器测量大气压改进装置实验创新点：(1)选用塑钢材质注射器，筒壁与活塞间摩擦力较小，可减小影响误差的主要因素摩擦力对实验结果的影响；(2)采用排水法排空气，饱和水蒸汽对活塞的压力有弊M尝摩擦力的效果。注射器内吸入适量水，排水排空气(筒内可留有少量水)后用橡胶塞密封针头。拉动测力计时，筒内腾出的空间内是饱和水蒸汽。如图6(数据源于人教版教材2008年版高中物理选修3-3教师教学用书)，水在常温下(20摄氏度)的
6、饱和蒸汽压约200OPa,与大气压相比是次要因素。对拉动的活塞受力分图5注水法排空气方法改进图6几种物质饱和蒸汽压与温度关系(3)通过减小速度来实现活塞在运动中的平衡，获得稳定的测力计示数。利用螺杆旋转控制测力计、活塞作直线运动，可以使活塞在不同位置以极小的速度近似作理想的匀速运动，测力计示数变化很小。实验操作主要步骤：(1)测出注射器刻度部分长度/算出活塞截面积S;(2)排水法排除注射内空气，后密封注射器(3)连接好装置，对测力计调零(4)拉动活塞至不同位置，记下不同位置附近缓慢拉动测力计示数F；(5)利用P=W算出各次大气压强值改进实验的测量结果：如图，注射器最大刻度为50ml,全部刻度长
7、度9.20cm,面积约为5.43cm4下表中数据是利用改进后的实验装置在近期(2022年6月17日)实验中的测量结果,测量值约0.96-0.99XlO5Pa,与合肥市本地同期大气压值接近。表1测量大气压实验部分原始数据实验次数最大刻度/ml刻度部分长度/cm活塞面积/cm?大气对活塞压力/N大气压强/IO,Pa1509.205.4352.10.962509.205.4353.00.973509.205.4353.80.99喻中央气象台xV/数值预报首页天气实况城市颜天气哪台风海洋环壤气象农业气家CMA全球天V式CMA至域一eat式CMA区SUKjCCMAISWKaetKCMAsmk海泡横式国达
8、图25.13-43-4南风237,7ms7,7ms7.9ms7.6ms6s72s&9s7.1s4tM.9973hPa999.5hPa999.ShPa997.7hPa%65hPa997.ShPa998.5hPa997,06/1708:00110IW17:0020:0023:0019902X)005:0033.1X352cC311X06/173-4锻atb05X)6a19203-4徽3-4东南风WtBl东小朝I3-4西南g3-406/1806/19周日06/20同一06/21周二m3-4mOM06/22S34级35,06/23周四Omm13tt5mWSdu4东南风口水量SUtA999,5hPa99
9、9.5hPa997.7hPa996.5hPa997.5hPa998.5hPa997.8hPa9973bB图7中央气象台提供的合肥地区实时气象信息（含大气压数据等）4实验教学过程设计4.1实验教学难点分析改进后的实验装置测量大气压数据较准确，实验原理简单，但是要从实验装置中抽象出实验原理是有一定难度的，教学中的难度主要表现为三个方面：(1)难点一是对活塞的受力分析，利用二力平衡原理设计测大气压力F.因为实际情境中活塞受力情况复杂，比如沿水平方向拉动活塞时，活塞在水平方向受拉力、摩擦力、大气对活塞的压力及注射器内残留空气对活塞的压力，竖直方向受重力和筒壁压力，此外受力分析还会被大气对筒的压力干扰,
10、要想从复杂受力情况下抽象出与测量大气压力有关的一对平衡力是有一定难度的。(2)难点二是认识活塞受大气压力的受力面。教学中抽象出了与大气压力相关的一对平衡力后，学生却又不容易理解受力面等效为哪一部分这一问题了。(3)难点三是确定受力面后,如何比较准确地测算受力面积。学生一般能想到的方法是通过圆面积公式S=TfN进行测算，但不易想到误差更小的方法，如通过测量注射器刻度部分长度算面积(测算公式S=：体积)是注射器最大刻度值，/是全部刻度部分长度)的方法。4.2实验教学思路为突破以上教学难点，教师要搭建合理的教学台阶，为学生理解实验原理降低难度，设计的教学思路如下图所示，实际教学表明这一思路效果良好。拟定测量方案5实验教学反思与自我评价改进实验装置简洁，原理简单，测量结果较准确，为测量大气压强教学提供了一个较为可行的实验方案；通过改进后的实验教学，学生一方面获得了真实情境下大气压的数值，提高了学习的成就感另一方面通过实验增强了学生间相互交流合作的意识提升了学生解决问题的能力，特别是从实际情境中抽象出物理模型的思维能力，同时培养了学生实事求是的科学品质,激发了学生创新欲望和学习兴趣，发挥了新课标提出的实验育人功能。
