資源簡介 空氣的“力量”教學設計學科 物理 年級 八年級 課型 新授課 設計者 鮑飛虎課題 空氣的“力量” 課時 1課時課標要求 1.知道大氣壓強及其與人類生活的關系。2.能用大氣壓強知識解釋自然界的有關現象,解決日常生活中的有關問題,形成初步的運動和相互作用觀念。3.體會物理學對人類生活和社會發展的影響,增強學習興趣和嚴謹認真、實事求是的科學態度。教材分析 本節內容主要探討大氣壓強的存在與測量,是理解氣體性質和流體壓強的重要基礎,與后續學習液體壓強及流體壓強與流速關系等內容緊密銜接,同時培養學生的實驗探究能力和科學思維。教材先以生活實例展現大氣壓強現象,再通過實驗,讓學生感受空氣的力量,證實大氣壓存在且數值很大。結合大氣壓強測量、變化及其與人類生活的關系等學習內容,培養學生的科學思維和探究能力并對學生進行科學方法的教育。教學中需重點突破大氣壓強的產生機制和測量原理,利用實驗演示和生活實例幫助學生直觀理解抽象概念。學習難點在于理解大氣壓強的大小及其變化規律,可通過設計分組實驗和問題引導,強化學生對大氣壓實際應用的認知。目標定位為掌握大氣壓的基本概念、測量方法及影響因素,培養學生觀察、分析和解決問題的能力,最終實現從現象到原理再到應用的科學素養提升。學情分析 學生此前已學過壓強相關基礎知識,對壓力、壓強概念有一定了解。此階段學生邏輯思維能力增強,對直觀現象能進行初步分析,但對抽象大氣壓強概念理解有難度。學生在觀察、分析和歸納方面能力尚待提高,教學中需借助實驗和實例,讓學生體驗、觀察、分析,引導思考,激發學習興趣和主動性。初二學生抽象思維能力薄弱,在教學中應采取思維具象化策略,通過科學思維顯性訓練,將隱含的科學推理(控制變量、極限思想)轉化為可操作的思維階梯,培養學生物理建模能力。核心素養目標 1. 通過實驗觀察,驗證大氣壓的存在。知道大氣壓強概念,及其產生原因、特點,了解大氣壓強與海拔的關系。能用大氣壓強知識解釋生活現象,解決生活中的有關問題。2. 經歷大氣壓強測量的思維過程,通過用托里拆利實驗測量出大氣壓強值,培養學生分析、推理和邏輯思維能力,體會“轉換法”、“等效替代法”等物理學研究方法。3.能基于大氣壓強存在和測量的觀察實驗過程,培養學生提出問題、設計實驗、收集數據、分析論證和交流合作能力。4.聯系大氣壓強在生產生活中的應用,體會物理學對人類生活和社會發展的影響,增強學習興趣和嚴謹認真、實事求是的科學態度。教學重點 1.驗證大氣壓強的存在2.用托里拆利實驗測量大氣壓強數值教學難點 1.理解托里拆利實驗中的思維過程和科學方法2.應用大氣壓強知識解釋生活中的現象教學方法 實驗探究法、問題討論法、模型建構法、直觀教學法教學過程(教學環節可結合學科特點自行設置)教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖新課引入(5分鐘) 同學們,俗話說人往高處走,水往低處流,水一定是向低處流的嗎 我們來看一個實驗。1.演示氣壓噴泉實驗:一個玻璃瓶,連接一根橡皮管,用抽氣筒把透明玻璃瓶內的部分空氣抽出,用鳳尾夾夾住橡皮管,把橡皮管的一端放入紅水中,松開夾子,水噴入玻璃瓶中形成噴泉。2. 提出問題:水為何能向上噴呢? 思考問題1.觀察噴泉實驗現象。2. 提出疑問并思考。 1.激發學習興趣。2. 引發認知沖突新課教學一、大氣壓強概念 1. 演示覆杯實驗:用裝滿水的長試管和紙片做實驗。2 引導學生思考紙片不掉落的原因分析紙片受力情況得出空氣對紙片有向上的壓力。給出大氣壓的定義并板書。(板書:一、大氣壓強:大氣內部各個方向都有壓強)類比液體壓強產生的原因,分析氣體壓強產生的原因。 1.觀察思考。2.結合力的平衡知識分析得出紙片受到向上的力。3.思考回答問題。 1.先從實驗現象引發學生思考,再對現象進行理論分析,引出大氣壓概念。2.類比、遷移液體壓強產生的原因,得出氣體壓強產生的原因。二、大氣壓強的存在 1.小皮碗實驗(學生實驗):(1)介紹實驗器材皮碗的使用方法。(2)如何排出皮碗中的空氣?(3)為什么皮碗排氣之后很難拉開?2.大皮碗實驗(模擬馬德堡半球實驗)演示用大號的皮碗,倒扣在桌子上,把空氣排出后,能把桌子提起來。3.真空覆杯實驗(1)觀察現象:將覆蓋裝滿水的長試管口的小紙片用手托住慢慢浸入水槽中,當試管口在水面下時,松開托住紙片的手,小紙片會脫落嗎?(不會)(2)教師將小紙片抽掉,讓學生觀察試管中的水會不會流到水槽中。(不會)(3)引發思考:對倒插在水槽中的試管,是什么支持住了試管中的水柱。是周圍的空氣還是水。(4)分析問題:如果是空氣支撐的水柱,那我們把水柱周圍的空氣抽走,讓空氣變得稀薄甚至沒有,支撐水柱的力就會變小甚至消失,那水柱就會?(5)將水槽放在真空罩中,用真空泵抽出內部的空氣,讓學生觀察現象。(不斷抽出空氣,試管中的水柱高度一直下降,直到與水槽中的水面相平。(6)打開閥門,放入空氣,引導學生觀察試管中水柱的變化情況。(7)追問:抽出空氣試管中的水柱下降,放入空氣試管中的水柱上升,這表明是什么在支持試管中的水柱?(8)補充:試管口是在浸在水槽中的水面以下的,可見液體中也受到大氣壓的作用。(9)抽出空氣時,試管中的水中有大量氣泡產生,這是什么現象,它表明了什么? 1.在教師引導下進行實驗操作。2.分析皮碗受力,得出是大氣壓力把兩個皮碗緊緊壓在了一起。3.觀察并思考回答問題。3.對此問題產生了疑惑。4.觀察回答:下降直到與水槽中的水面相平。試管中的水產生大量氣泡。5.觀察回答:水柱不斷上升,最終回到初始位置。6.試管周圍的空氣。7.思考回答:沸騰現象。在真空狀態下,水在室溫下就能沸騰。 1.通過真實情境下的問題引導學生明晰實驗思路。2.通過學生的體驗和教師的演示實驗驗證大氣壓強確實存在。3.創新實驗設計,用反證法證明大氣壓真實存在。4.通過抽真空實驗讓學生真切感受到空氣的力量,把抽象的大氣壓直觀形象地呈現在學生的眼前,以實證的方式讓抽象的思維具象化,有效地降低了思維的難度。5.通過實驗讓學生信服地接受了液體內部也受到大氣壓的作用的事實。解決了因為學生準備知識不足,而令教師很難突破的教學難點。6.巧妙利用水在低溫下沸騰的實驗現象,為后面液體沸點與氣壓關系埋下了伏筆。三、大氣壓強的測量 提出問題:剛才的實驗都證明了大氣壓存在,并且很大,那大氣壓到底有多大呢?1.大氣壓能支持多高的水柱問題:通過剛才的實驗我們知道了大氣壓可以支持杯子高的水柱,也可以支持試管高的水柱,大氣壓到底能支撐到多高的水柱呢?2.長水管抽氣實驗(1)出示一根細長透明水管,掛在教室高處物體上,一端接抽氣筒一端放在水桶中,問水管里面有什么?(2)用抽氣筒抽出管內部分空氣,讓學生觀察管內水柱的變化。(3)對管內水柱分析受力,水柱受到重力,水柱上方剩余空氣對水柱有壓力,管外大氣壓對水柱有向上的壓力。因為靜止,所以有F大氣=F余氣+G水柱,設水柱的橫截面積為S,則有p大氣S= p余氣S +ρ水ghS 可推出p大氣= p余氣 +ρ水gh 。(4)繼續抽氣,可觀察到水柱再次升高,追問學生原因。(5)管內水柱可以無限升高嗎?(6)(課件講解)當管內水柱上方抽成真空時,水柱高度遠比教室的高度更大,所以需要把這個裝置拿到室外去做了。(7)(播放室外實驗視頻)可見水柱高約10.3米,大約三層樓的高度。強調通過測液柱高度,測算出大氣壓強值的方法叫轉化法。3.托里拆利實驗(8)大氣壓能夠支撐的水柱高度太高,實驗測量很不方便。有沒有什么辦法讓液柱高度變矮一些,讓我們在室內就能做呢?(9)哪種液體密度大?(10)水銀密度比水的密度大了13.6倍,液柱高度隨之減小到原來高度的1/13.6,原來10.3m高的水柱,換成水銀只需要1m左右。(展示1m長的玻璃管)這個方法最早是由科學家托里拆利提出的,他是歷史上第一個用水銀測出大氣壓強值的科學家,為了紀念他的貢獻,物理上就用他的名字來命名這個實驗,叫做托里拆利實驗。(11)播放托里拆利實驗視頻(12)結合實驗視頻提問:①灌滿水銀的目的是什么?②管內水銀面高度會下降說明了什么?管內水銀面高度下降一段后不再下降了,這又說明了什么?③此時,管內水銀柱上方的空間還有空氣嗎?是什么狀態。講述:管內的這一小段真空把人類認識向前推進了一大步。托里拆利通過“排空氣法”巧妙地得到了人類歷史上第一個穩定的真空——托里拆利真空,用事實推翻了“自然厭惡真空”的謬論。這是科學的勝利,是人類科學思想的勝利。④在實驗中大氣壓強可以支撐多高的水銀柱?大氣壓的準確值多大?講解應用前面的水柱實驗結論,p大氣= ρ水gh,用水銀的密度和管內外水銀面高度差h代入可得:p大氣=ρ水銀gh =13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m = 1.013×105Pa≈105Pa4.氣壓計講述:根據托里拆利實驗,只要測出水銀柱的高度,就可以算出該位置的大氣壓大小,利用托里拆利實驗的原理,人們制成了水銀氣壓計。(板書:2.測量儀器:氣壓計)(1)水銀氣壓計 測量準確,但攜帶不便,且水銀有毒,不夠安全。隨著社會的不斷進步,人們對氣壓測量的需求也越來越高了,不僅要求測量準確,還要求攜帶方便,因此人們又發明了無液氣壓計,通過大氣壓作用在金屬盒上產生的形變程度來反應大氣壓變化,所以又叫金屬盒氣壓計。(2)金屬盒氣壓計體積小,攜帶方便。 1.思考問題。2.思考問題3.思考后回答:空氣4.管內水柱會上升。5.繼續抽氣,管內剩余氣體變少,其壓強p余氣變小,管外大氣壓不變,管內外的空氣壓強差變大,會將更多的水壓進管中,所以水柱會升高。6.不可以。當管內水柱上方的空氣全部被抽出時,即抽成真空時,水柱高度最大。此時p余氣=0,p大氣= ρ水gh ,測出水柱高度就可以算出大氣壓強值。7.換密度大的液體。8.思考后回答,水銀。9.看實驗視頻。10.在教師啟發引導下回答,排凈管內的空氣,消除管內殘余氣體對實驗測量的影響。11.大氣壓支持不了1米高的水銀柱,即大氣壓強值小于1米高水銀柱的壓強值。此時,管外大氣壓強與管內水銀柱產生的壓強相等。12.沒有。是真空狀態。13.觀看實驗視頻后回答,760mm高水銀柱。聽課、思考、記錄 1.從直觀現象入手,將大氣壓強測量的原理和思維過程,分步展示出來。讓思維具象化,有效降低了思維坡度,讓學生經歷科學思維的有效訓練。2.長水管抽氣實驗,通過課上當場進行操作,讓學生看到抽氣后水柱上升的過程。再結合水柱的受力分析,得出水柱上方的空氣全部抽出時,大氣壓等于水柱產生的壓強。3.充分挖掘實驗的育人功能,展示抽真空法測量大氣壓強的中間過程,對學生進行科學推理法和轉換法等科學思維方法教育。4.由長管抽氣實驗到托里拆利實驗的改進過程,蘊含著質疑創新、嚴謹求精的科學態度和責任教育素材,通過本環節教學將其挖掘出來,增益學生科學素養的培養。5.托里拆利實驗是物理學史上的著名實驗。其用“排空氣法”簡單而巧妙地獲得穩定狀態的真空的實驗方法,蘊含著科學方法論和科學價值觀的豐富素材,充分展示該實驗的科學美,培養學生的科學態度與責任。從托里拆利實驗到水銀氣壓計,凸顯了“現象-規律-應用”的物理學研究范式。將其挖掘出來,引導學生進行理性思考,加強物理學習與生產生活、社會發展的聯系,符合新課程理念。四、大氣壓的變化 1.大氣壓隨高度的變化課件顯示課本199頁大氣壓強隨海拔高度變化的圖片,讓學生回答大氣壓的變化規律。在學生回答后,教師補充。除高度外,大氣壓還受溫度、濕度及氣流活動影響。2.標準大氣壓大氣壓是會變化的,為了方便比較,人們通常把760mm高水銀柱產生的壓強叫做1個標準大氣壓。(板書:)1個標準大氣壓=1.013×105 Pa3.水的沸點與大氣壓關系聯系前面的真空覆杯實驗,解釋常溫下水沸騰的原因。水的沸點與大氣壓大小有關,大氣壓強小,水的沸點低。 1.看圖,思考回答。大氣壓會隨著海拔高度的增加而減小。2.前后聯系,深化認知。 本教學環節,通過現象觀察→規律總結→應用解釋的邏輯鏈,強化物理與生活的聯系,培養學生科學思維。五、大氣壓強與人類生活 1.薯片“高原反應”(播放視頻)一袋薯片去西藏的路上發生了“高原反應”,提問:為什么薯片進山之后就高反膨脹了呢?結合學生的回答,討論人到高海拔地區如何應對高原反應。結合大氣壓強的知識應用,提升學生的安全意識。2.宇航服人類對高度的探索不止于高山,而是一直延伸到了外太空,太空中宇航員為什么必須穿宇航服?外太空幾乎是真空的,人體內的氣壓遠高于外太空的氣壓,若直接暴露在太空中,人體會產生極端的“高反”,肺部會膨脹,血液會沸騰,會危及生命。因此需要宇航服來提供一定的氣壓。同時宇航服還提供供氧、保暖、防輻射等功用,能夠保障宇航員的生命安全。隨著我國實力的增強,中國在航天領域的腳步也走在了世界前沿,成為了世界上為數不多的,能夠自己制造宇航服的國家。3.吸管“吸”飲料以課堂游戲形式進行,讓兩名學生到講臺邊上用吸管吸臺上的飲料。一名學生輕松吸起了飲料,而另一名學生怎么也吸不起來。對吸到飲料的同學甲,讓他與其他學生一起分析吸管吸飲料的過程,并用課件展示。嘴吸走吸管內空氣,使得吸管內飲料上方的氣壓變小,小于管外飲料上方的大氣壓,飲料就在大氣壓的作用下沿吸管被壓入口中。對沒有吸到飲料的同學生乙,提示他檢查一下吸管,有什么發現。請同學們幫他想想辦法,怎樣用這根吸管吸上來飲料?(按照大家的建議,乙同學吸到了飲料。)提問:乙同學一開始吸不到飲料的原因是什么?4.解釋氣壓噴泉實驗呼應課首的氣壓噴泉實驗,讓學生應用大氣壓強知識去解釋實驗現象。 1.觀看視頻,分析回答:海拔升高,外界大氣壓降低,小于包裝袋內的氣壓,形成向外的氣壓差,產生指向袋外的壓力差,使包裝袋膨脹。2.思考回答問題。3.參與課堂游戲,思考回答問題。4.與甲同學一起分析吸管吸飲料的過程。吸管上有破洞。6.堵住破洞,再去吸。吸管上有破洞,使得管內外壓強相等,無法形成壓強差。7.學生分析:抽走瓶內部分空氣,使瓶內空氣氣壓降低,形成低壓區;瓶外液面在大氣壓作用下,把水壓入瓶中,形成噴泉現象。 1.從學生熟悉的事物入手,用學生樂于接受的小視頻展示大氣壓的應用場景,體現了從生活走向物理的理念。3.通過大氣壓缺失可能導致的嚴重后果,對學生進行安全教育,體現了科持向善的科學價值觀。同時結合我國在航天領域的偉大成就增強學生民族自豪感和社會責任感。以學生樂于參與的形式,讓學生現場體驗大氣壓強知識在生活當中的應用。體現從生活走向物理,從物理走向社會的課程理念。4.前后呼應,讓大氣壓強知識形成“現象—探究—規律—應用”的閉環。總結評價分層作業 基礎作業:教材P199-200,課后 作業1、2、3、4題 拓展作業:1.利用大氣壓與高度的關系,做個簡易的高度計。2.利用一次針筒和大量程的彈簧測力計估測大氣壓強值。板書設計 板書設計:一、大氣壓強:空氣內部各個方向都存在壓強證明存在——馬德堡半球實驗二、大氣壓的測量——托里拆利實驗(轉換法)1個標準大氣壓 p0 =1.013×105 Pa=760mmHg ≈1×105 Pa三、大氣壓隨海拔高度增加而減小教學反思 本節課立足福州市晉安區實驗條件與學生認知基礎,以大氣壓強為核心,用低成本實驗和思維外顯化策略化解抽象概念,通過實驗探究與生活應用串聯知識脈絡,達成了教學目標且為區域教師提供可遷移的教學優化路徑。一、本課的主要亮點:1.實驗鏈構建物理認知模型。創新設計“真空覆杯—長管抽水—托里拆利實驗”三級實驗鏈:真空覆杯實驗,破除真空謬誤,用反證法具象化“空氣的力量”;長管抽水實驗,突破抽象公式,動態展示p大氣=ρ液gh的推導過程;托里拆利實驗聚焦科學史中的“排空氣法”,凸顯等效替代思想。通過實驗鏈遞進揭示“現象→原理→測量”的完整物理認知路徑,將抽象氣壓概念轉化為可視、可測、可推理的科學模型。2.科學思維顯性化訓練。在托里拆利實驗環節創設“思維可視化”策略:分步拆解受力分析:p大氣S=p余氣S+ρ水ghS;通過抽氣過程中水柱動態變化,直觀演繹“極限法”(當p余氣→0時,p大氣=ρ水gh。將隱含的科學推理(控制變量、極限思想)轉化為可操作的思維階梯,培養學生科學思維能力。3.物理本質的實證回歸。用真空罩內水沸騰現象破解教學難點:觀察到水在常溫下沸騰,自然引證“氣壓影響水的沸點”;通過“抽出空氣→水柱下降”反向驗證液體內部受大氣壓作用。摒棄傳統灌輸模式,用反直覺現象(常溫沸騰)觸發學生深度思考,彰顯物理學“以實證修正經驗”的科學本質。二、本課需深化改進之處:1.實驗設計的學科價值挖掘。真空覆杯實驗成功創設認知沖突,但未能及時關聯“沸點與氣壓關系”的生成性問題。課上應抓住學生觀察到的“氣泡沸騰”現象當場展開追問:“為何低溫下水中出現氣泡?這揭示了氣壓與液體沸點有怎樣的關系?”即時生成知識關聯,避免割裂物理規律的統一性。2.學生主體性實踐的強化。托里拆利實驗的思維進階設計合理,但學生仍以被動接受為主??稍O計階梯任務:①提供注射器、彈簧測力計等器材,小組合作估算大氣壓值;②對比自制裝置與托里拆利實驗的誤差分析。通過學生主體參與強化科學探究能力。3.物理模型的真實應用。“吸管漏洞”課堂游戲生動有趣但探究深度不足??梢龑W生建立“氣壓差—密封性”的歸因模型。結合新冠防治時期本地醫院負壓病房等實例,說明氣壓控制對公共衛生的重要性,凸顯物理學的社會價值。大氣壓強1產生原因——受重力作用且有流動性2存在——馬德堡半球實驗3測量——托里拆利實驗4變化——隨海拔高度增加而減小知識控制變量法等效替代法(轉換法)推理法反證法方法嚴謹認真實事求是質疑創新態度21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 (共 2 頁)(共24張PPT)(滬科版)八年級全第三節 空氣的“力量”壓強第八章福建省福州市鼓山中學 鮑飛虎學習目標1. 通過實驗觀察,驗證大氣壓的存在。知道大氣壓強概念,及其產生原因、特點,了解大氣壓強與海拔的關系。能用大氣壓強知識解釋生活現象,解決生活中的有關問題。2. 經歷大氣壓強測量的思維過程,通過用托里拆利實驗測量出大氣壓強值,培養學生分析、推理和邏輯思維能力,體會“轉換法”、“等效替代法”等物理學研究方法。3.能基于大氣壓強存在和測量的觀察實驗過程,培養學生提出問題、設計實驗、收集數據、分析論證和交流合作能力。4.聯系大氣壓強在生產生活中的應用,體會物理學對人類生活和社會發展的影響,增強學習興趣和嚴謹認真、實事求是的科學態度。新課導入氣壓噴泉水怎么會往上噴呢?新課教學覆杯實驗放手后,卡片不會掉落新課教學地球周圍包圍著一層厚厚的空氣,稱為大氣層。一、大氣壓強大氣內部向各個方向都存在壓強,這種壓強稱為大氣壓強。XXXXXXX液體受到重力作用,且具有流動性——液體產生壓強氣體受到重力作用,且也具有流動性——氣體產生壓強產生原因新課教學——馬德堡半球實驗大氣壓強的存在新課教學模擬馬德堡半球實驗p內p外p內p外新課教學p大氣p大氣覆試管實驗新課教學p大氣p大氣p大氣p大氣p大氣抽氣p水柱p余氣抽氣前抽氣后p大氣 = p水柱 + p余氣二、大氣壓的測量新課教學p大氣 = p水柱 + p余氣抽氣p大氣p大氣p余氣p水柱再抽氣=ρ水ghp大氣= p水柱若水柱上方抽成真空, p余氣 = 0抽氣新課教學=ρ水 ghp大氣= p水柱水銀若水柱上方抽真空, p余氣 = 0p大氣 = p水柱 + p余氣新課教學托里拆利實驗二、大氣壓的測量托里拆利(意大利物理學家、數學家、伽利略的學生)新課教學=ρ水銀 gh=13.6×103 kg/m3≈1.013×105 Pap大氣 = p水銀×9.8 N/kg×0.76 m水銀物質密度ρ/kg·m-313.6×10376cm新課教學水銀氣壓計測量準確金屬盒氣壓計攜帶方便管式彈簧壓強計大氣壓的測量儀器——氣壓計新課教學三、大氣壓的變化大氣壓強隨海拔高度的增加而減小新課教學=ρ水銀 gh=13.6×103 kg/m3≈1.013×105 Pap大氣 = p水銀×9.8 N/kg×0.76 m76cm粗略計算:p0 ≈ 105 Pa1個標準大氣壓 p0= 1.013×105 Pa=760mmHg新課教學液體沸點與大氣壓的關系氣壓越低,液體的沸點也越低新課教學1.薯片“高反”四、大氣壓與生活新課教學為什么航天員在太空中必須穿宇航服?2.宇航服新課教學3.吸管“吸”飲料吸管怎樣讓飲料“吸”進嘴里?第一口吸走了什么?p內p外吸走管內空氣→ p內 變小→ p內 < p外課堂總結作業布置基礎作業:課本P199-200,課后作業1、2、3、4題 。012.利用一次性針筒和大量程的彈簧測力計估測大氣壓強值。拓展作業:1.利用大氣壓與高度的關系,做個簡易的高度計。02作業布置板書設計板書設計:一、大氣壓強:大氣內部各個方向都存在壓強證明存在——馬德堡半球實驗添加標題1個標準大氣壓p0 =1.013×105 Pa =760mmHg ≈1×105 Pa添加標題二、大氣壓的測量——托里拆利實驗(轉換法)添加標題三、大氣壓變化大氣壓隨海拔高度升高而減小添加標題板書設計 展開更多...... 收起↑ 資源列表 8-3空氣的力量課件定稿.pptx 《空氣的“力量”》教學設計定稿 .doc 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫