U型管压强计的创新设计与改进

贾火炬

(安徽省芜湖市繁昌区第三中学 241000)

液体内部压强规律是初中物理教学中非常重要的内容，U型管压强计是力学中探究液体压强的重要实验器材，它能探究液体内部压强与液体深度和密度的定性关系.因此学会使用U型管压强计至关重要，为了在课堂教学中实现更好的教学效果，解决教学中的重难点，教具的使用就十分重要.笔者对传统U型管压强计进行了创新设计与改进.改进了传统U型管压强计无法同时显示长方体四个面受到的液体压强和无法同时显示在两种不同液体中受到的液体压强的缺点.

一、传统U型管压强计的不足

沪科版八年级物理教材安排了如图1所示U型管压强计来研究液体内部压强规律的教学内容，由于既要研究同种液体内部压强与深度的关系，又要研究同种液体内部压强与方向的关系，还要研究不同液体内部压强与密度的关系，因此在实验的过程中需要改变深度、改变压强计的方向、改变液体的密度等要素，每一个规律的探究都要做多次实验，同时要准确记录每次U型管两侧的高度差，由于标注刻度的分度值大，导致读数误差较大，不利于得出正确的实验结论.传统U型管压强计在使用过程中存在多次读数、误差较大、不能同时比较实验现象等不足.

图1

为了很好的解决这些问题，笔者对传统U型管压强计进行了创新设计与改进，使创新教具既可以演示在同种液体同时显示长方体四个面受到的压强，又可以演示在不同液体中同时显示受到的两个液体压强.

二、U型管压强计的改进与创新

1.演示液体内部各个方向都有压强和液体内部压强与液体深度的关系

(1)实验装置结构

实验装置结构如图2所示，主要器材有手柄(手机自拍杆)、长方体木块、蒙有橡皮膜的金属盒4个、装有红色液体的U型管4个、软塑料管4根、盛水容器、底座，利用四个U型管压强计同时显示上、下、左、右四个方向都有压强，也可利用四个U型管压强计同时显示长方体上、下、左、右四个面上受到的压强，从而得出液体内部压强与液体深度的关系.

图2

(2)实验过程

把手机自拍杆、四个蒙有橡皮膜金属盒固定长方体木块上，将四个装有红色液体的U型管固定在底座支架上，用软塑料管把四个蒙有橡皮膜金属盒与四个相对应的装有红色液体的U型管连接好，最后将长方体浸入盛水容器中，如图3所示可以直接观察到四个U管两边液柱都有高度差，从而得出长方体四个面(即上、下、左、右四个方向)在液体中受到了压强.且左右两个面对应的U管两边液柱高度差相等，从而得出同一种液体在同一深度处压强相等；下表面对应的U管两边液柱高度差比上表面对应的U管两边液柱高度差明显大，从而得出同一种液体在不同深度处压强不相等，深度越大，压强越大.

图3

2.液体内部压强与液体密度的关系

(1)实验装置结构

主要器材有U形对称手柄、蒙有橡皮膜的金属盒2个、装有红色液体的U型管2个、软塑料管2根、容器2个、底座，利用2个U型管压强计同时显示在水和盐水中同一深度处的压强，从而得出液体内部压强与液体密度的关系.如图4所示.

图4

(2)实验过程

把2个蒙有橡皮膜金属盒固定在U形对称手柄上，将2个装有红色液体的U型管固定在底座支架上，用软塑料管把2个蒙有橡皮膜金属盒与2个相对应的装有红色液体的U型管连接好，最后将压强计浸入水和盐水同一深度处，如图5所示可以直接观察到2个U型管两边液柱都有高度差，且压强计在盐水中的高度差大于压强计在水中的高度差，从而得出在同一深度时，液体的密度越大，液体内部压强就越大的结论.

图5

三、装置的创新点

1.注重突破教学的重难点.创新器材的形状与结构与课本中的U型管压强计相似，而且比课本中的U型管压强计体积大，便于学生更快的速度接受它和更好的理解相关知识，将实验的过程真实、清楚、完整的呈现给学生，不但能培养学习兴趣和调动学习的积极性，更有利于培养科学的方法和科学的思维，有利于知识的深层次学习与建构，从而突破教学的重难点，最终达到发展学生物理核心素养新课程目标.

2.注重让实验现象更直观明显.该创新教具能同时直观形象地看到四个面上受到的压强的大小(同液不同深度)；也能同时直观形象地看到二个面上受到的压强的大小(不同液同深度)，使实验现象更加明显，让学习更轻松更高效.

3.注重实验方法的培养.本创新实验中用到了转换法和同时对比法，为学生今后进行科技创新起到了示范引领的作用，特别对学生的创新思维培养有一定的启发作用.

4.注重与生活和社会的联系.利用现代信息技术、压强传感器、手机、学生平板等器材为教学服务，使实验现象直观清晰，真正体现了 “从生活走向物理，从物理走向社会”新课程理念.