利用自制教具探究液体压强的影响因素

王玲玲 袁令民

(四川师范大学物理与电子工程学院 四川 成都 610101)

1 传统教具的不足

“液体压强”选自物理教科版八年级下册第九章第2节，因为学生通过对上一章“压强”的学习已经了解到压强与压力及受力面积有关，所以对本章当中所要学习的液体压强与液体重力无关而与深度和密度有关系这个知识点极易产生困扰，因此探究液体压强的影响因素为本课的重难点．

常规的实验教学是在实验探究过程中，首先让学生通过随着微小压强计在同一液体中深度的增加，直观地看到U形管高度差增大，从而证明液体压强与深度有关，再让微小压强计的位置保持不变，将清水换成盐水，学生也可以直观看到同一深度处盐水中的压强要比清水中的大，所以得出液体压强跟液体密度呈正相关的关系．但是物理实验一直强调的控制变量，在这两个实验中都没有体现．微小压强计在同一液体中深度增加的同时，橡皮膜上液体的重力也在增加，即橡皮膜所受液体压力在增加，让微小压强计的位置在同一深度处保持不变，将清水换成同体积的盐水，根据公式m=ρV可知液体密度改变的同时也改变了橡皮膜上液体的重力，所以两个实验均无法说明液体压强与密度、深度及液体重力之间的关系．

2 自制液体压强实验教具介绍

为了弥补现有教具的不足，笔者设计制作了如图1所示教具．该教具的工作原理是橡皮膜受力发生形变，再通过左边的指针变化放大其形变，所以我们可以通过指针的变化来反映液体压强的大小．

图1 自制教具

3 制作过程

(1)使用厚度为1 cm的PVC板制成38 cm×20 cm的挡板，以及40 cm×15 cm的底座．

(2)使用有机玻璃板做成10 cm×6 cm×15 cm的玻璃箱，上端开孔直径为3 cm，连接饮料瓶(饮料瓶选取瓶身规则，挤压后易形变，撤力之后能比较容易恢复原状的为主)．为使橡皮膜的形变明显，下端左侧开孔直径4 cm，接上瓶口较大的废弃饮料瓶的瓶口(笔者此处接的是脉动瓶口)，裹上橡皮膜．右侧开孔直径为3 cm，接饮料瓶瓶口，作为漏水阀．

该仪器在玻璃箱上裹有橡皮膜，再将饮料瓶连接其上，而不是直接将橡皮膜裹在饮料瓶的瓶口，首先是因为玻璃箱更好固定，其次增加液面高度，使实验现象更加直观，最后是为了避免让学生认为在挤压瓶身的过程中，瓶身是由于受到向下的力发生向下微小位移，而使指针发生的变化．

(3)将PVC板切割成直径为3 cm的小圆，为了减小摩擦，选用较光滑的废弃笔芯将其固定在挡板上，并使圆心开孔直径略大于笔管直径，笔芯的长度稍大于小圆和挡板的总厚度，大约为2.5 cm，使小圆能灵活地绕笔管转动．右侧向小圆圆心方向切割长达1.2 cm，嵌入质量极轻的5 cm×5 cm的泡沫板，使之贴在裹有橡皮膜的瓶口下方，左侧用胶水粘住尾部做成指针形状的20 cm×1 cm的泡沫板．

(4) 以小圆中心处为圆心，在稍大于指针处标出相应度数，在饮料瓶身旁边粘上刻度尺．

4 教学案例——教学中教具的应用

(1)首先向饮料瓶中加水至橡皮膜距液面的高度为20 cm，如图2所示，角度变化为15°(不同橡皮膜，形变程度不同)．

图2 向饮料瓶中加水

(2)然后停止加水，挤压瓶身，使液面高度达到26 cm，角度为24°，如图3所示．

图3 停止加水

以上实验过程，控制液体质量、密度、体积均不发生变化，只改变了橡皮膜到液面的深度，学生通过观察角度变化，可知液体压强随深度的增加而增加，但是这个实验并没有说明液体压强与质量没有关系，还需加以实验说明．

(3)在撤去外力后使饮料瓶恢复原来的形状，液面也恢复到原来的高度20 cm，角度变回到原来的15°，继续加水，使液面高度达到之前的26 cm，让学生观察角度是否是之前的24°，如图4所示．

图4 继续加水

结合之前的实验，控制深度和密度不变，增大了液体的质量和体积之后，发现角度并没有发生变化，从而说明了在同种液体中，只要深度不变，即使改变了质量和体积，液体压强均不变，即液体压强跟质量和体积无关只与深度有关．此外通过该实验学生能感性地了解到对于装有液体密度相同，底面积相同但形状不规则的容器，即使受力面积相同，液体质量相同，容器底部受到的液体压强也只与深度有关，不一定相等．

(4)再将清水换成盐水，加盐水至同一深度处22 cm，让学生对比两次角度的变化量．这个实验控制深度、体积不变，改变了密度和质量，因为在之前的实验中已经证实了液体压强跟质量没有关系，所以可以引导学生忽略质量这个变量，从而了解到液体压强跟密度呈正相关这一特点．

该教具材料易取，制作简单，形象直观，效果明显，逻辑清晰，缺点就是无法分组探究，只能通过演示教学．通过使用自制教具，除了让学生更清楚实验的工作原理，还能拓展学生的思维，知道探究实验不是只有教科书中的这一种做法，通过对生活中不起眼的小物件加以改造也能用来做探究实验，从而感受到物理来源于生活并且就在我们的身边，培养学生热爱物理、热爱科学的情感．

参 考 文 献

1 吴祖仁.物理.北京:教育科学出版社,2012.41～42

2 朱抚民.液体内部压强与深度有关而与液体质量无关演示器.物理通报,2001(2):33