与流体压强相关的几个趣味实验

来源 :中学物理·初中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:glx19891006
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  初中学生正处于成长发育阶段,他们对事物存在好奇心,求知欲强,并有一定的动手实验能力,但这一阶段的学生仍处于从形象思维向抽象思维过渡时期.所以,教师要根据物理课程标准的要求,以多种方式向学习提供信息,使学生亲历科学探究过程,让学生在自主探究的过程中找出规律,并尝试应用科学规律去解释某些具体问题.
  初中物理“流体压强与流速的关系”一节中指出:“流体的流速增大时,其压强要变小.”在学生学习本节以前,学生已学习了压强的概念、液体压强和大气压强的有关知识,并学会了一些的科学探究方法,能够在教师的合理引导下进行实验探索和合作性研究学习.为了让学生能掌握“流体压强与流速的关系”这一内容,教师要合理设计实验,让学生主动探究,通过主动的发现来纠正自己原来的“前概念”.
  1演示实验
  1.1原理分析型实验
  教师通过物理仪器模型,直接根据物理实验现象说明其中的道理.
  如图1所示的实验模型,由于流体稳定流动时,横截面积大处流速小,通过对比竖管中水的高度,学生很容易发现:流体的流速增大时,其压强要变小.
  1.2生活经验型实验
  结合生活实际,教师可适当演示一些与本课堂教学内容有关的科普型实验,让学生感觉“学有所用”.如图2(a)所示,在列车模型一侧画一条安全线,将甲、乙两个人物模型分别置于安全线的外、内侧,启动吹风机,让风口面对安全线内侧,此时会发现乙向列车倾倒,此实验在说明流体流速的同时,还加强了安全教育.
  如图2(b)所示,将两个小浮标浮于液面,在两个浮标中间用针筒注射液体,会发现两个小浮标相互靠近并发生碰撞,这个实验可以解释图2(c)所示的并排行驶船只发生碰撞的原因.
  1.3动画视频型实验
  由于条件限制,许多实验是无法直接用实物演示的.为了能说明问题,教师可以利用多媒体视频来进行有效讲解.
  如图3(a)所示,赛车的尾翼板与飞机倒装的机翼类似,车运动时上方的气体因流速小气压变大,给车身增加了压力,既增加了车的稳定性,又加大了车轮与地面的摩擦.图3(b)所示的是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图,洞穴有两个出口,一个是平的, 而另一个则是隆起的圆形土堆,土堆处因空气流速大气压变小,平处因空气流速小气压变大,洞外新鲜空气就会从平处沿洞流向土堆.图3(c)所示的是球在运动过程中走弧线的原因:球一边向前飞行一边不断地旋转,由于球与两侧空气的摩擦,使两侧空气的流动速度不一样,它们对球所产生的压强也不一样,于是,球在空气压强的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了.
  1.4认知冲突型实验
  多数人往往对第一印象记忆最深刻,学生往往会根据生活经验和前概念来分析物理问题,但经常得出相反的结论.因此,意想不到的实验现象会使学生形成认识冲突,从而激发学生的求知欲.
  如图4所示,将一中间开孔的玻璃圆盘与塑料软管相连,塑料管另一头接在气源上,给气源通电可向外吹气,强流气体沿塑料管从玻璃圆盘中间吹出.如果此时将圆盘靠近水平天花板,气流从圆盘与天花板之间流出,由于流速大,压强减小,学生会惊奇地发现玻璃圆盘吸附在天花板上.
  2分组实验
  2.1单人操作型实验
  实验操作要简单,实验效果要明显.这种演示实验既能让学生较容易地接受知识,又能让学生学会用手边的器材来设计实验,同时还能培养学生的观察、思维能力.
  如图5所示的两个实验,将两只乒乓球靠近放在较光滑的水平轨道上,或将两只乒乓球靠近悬挂起来,向两个球之间吹气,由于气流速度大,从而压强变小,所以会看到两个小球相互靠近.
  2.2小组合作型实验
  实验操作需要多人配合完成.学生在完成实验、学习知识的同时,还能认识到集体合作的重要性.
  如图6所示,一人开启吹风机,另一人将一轻质球置于气柱上方,变化吹风机的位置,但由于球周围的气流速度快,压强小,最终会发现球受外界气压的作用,始终悬浮于气柱上方并跟随气柱移动.
  3课后实验
  受课堂和实验室条件限制,学生可以在课外利用身边的多种器材来完成实验.通过实验,学生可以加深对“物理就在身边”的理解.
  如图7(a)所示,人坐在汽车内,点燃一根香烟,打开车窗,开动汽车,会发现烟雾向车窗外飘去,而且车速越快,烟雾向窗外流动得越快.要说明的是,完成此实验时要注意防火安全,或者用纸条来代替烟雾.如图7(b)所示,手拿伞站在风口,当风水平吹向伞时,伞并不随风移动,而是向上飘起.
  以上实验为初中物理“流体压强与流速的关系”一节中常见的实验,也可以作为高中物理的教学内容来进行实验,初、高中教师都可以从中采用部分实验进行有效教学.通过实验,激发学生学习物理的兴趣;通过所学的理论来解释日常生活中的相关现象,使学生进一步认识到物理与生活息息相关;通过科学探究,在各个环节中培养学生的分工意识与合作精神.
  由于本节内容的实验具有很强的可视性,而且其实验结论经常能纠正学生原有的“前概念”,所以,教师要尽量用“学生自主探究为主、教师演示为辅”的方法展开教学,充分利用学生实验装置,突出显示学生的主体地位,充分发掘学生潜在的创新能力,从而促进学生的科学态度、探究精神、实践能力和创新意识的培养与提高.
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