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主题:压强论文写作 时间:2024-03-05

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物理学是一门实验科学,演示实验是教学过程中的必不可少的重要环节.针对学生的好奇与求知欲强的心理,利用实验手段引导学生观察、分析物理现象,丰富他们的感性认识,使之正确地理解物理概念及规律,从而提高学生分析问题的能力和学习积极性,是提高物理课堂教学质量的关键.笔者对中学物理教学法实验——液体内部压强探究实验存在的问题进行了分析并提出改进建议.

1 液体内部压强探究实验存在的问题

在实验过程中主要存在以下几方面的问题(如图1所示).

1.1 U形管中液面的等高被破坏

当我们组装好压强计,调节好U形管,并与压强计连接时,就会产生软管内压强大于管外压强的情形,使做到管内液面的等高被破坏.通过细心观察发现问题出在金属盒与橡皮管连接的端口处.因金属盒与橡皮管连接的端口有一段凸出,当把橡皮管套在上面时就会挤压管内空气,导致U形管中液面的等高被破坏.

1.2 橡皮膜的形变

本实验的目的是通过观察橡皮膜的凸出,学生理解液体内有压强,通过凸出程度来说明不同深度压强不同.但在实际操作中却很难观察到橡皮膜的形变.

通过几组的对比实验发现主要原因是金属盒上橡皮膜的绷紧程度不一样.有些绷的适宜,符合要求.有些绷的很松,在做实验时,就会导致U形管内液面的高度开始变化很大,而后不怎么变化,不能强有力地说明在液体中深度越深,压强越大,且有些压强计没有把橡皮膜系紧,导致在开始做实验时就向金属盒内漏水,根本不能做到出什么结论.我们在做实验时看到膜向金属盒内凹下去,通过观察几组实验,发现每组的变化都不一样,有些很难观察到向内凹下去,液面差也没什么明显变化,取出发现把膜绷做到太紧.有些符合课本制作要求,能看到膜向金属盒内凹进,但看不到凹进的程度变化,而且U形管内液面差的变化也不明显.经分析,软管内压强p等于p0+pl-pf,其中p0表示大气压强,pl表示液体压强,pf表示膜向外产生压强的平均值.即U形管内液面差的变化直接由p决定,p的变化大小影响液面高度差的大小,但我们同时也看到pf对p的影响,这就与膜材料的好坏有关.我们希望膜的弹性越弱越好,因为在U形管内液面差的大小用h表示,当液面高度差稳定时,忽略pf的影响,则U形管内高度差由pl直接影响,即液体高度差会随压强计的变化很敏感的变化.但在实验中我们看到膜的影响很大,现实中我们找到的膜材料不是很理想,pf是一个平均值,其变化由力学知识知并不是线性变化,而只是一级近似,若形变变化大,误差就更大.这样我们在观察液面高度差的变化随压强计深度的变化时既不精确也不能很好反映它们之间的线性关系,就不能做到出液体内部压强随深度的线性关系.而且膜容易破,不易保存,使用寿命短.

2 实验改进措施

鉴于以上出现的问题,对传统的液体压强实验做以下的改进:用直通管、L形玻璃管、J形玻璃管代替压强计,把尺子、烧杯换成大量筒,其它实验器具不变.实验装置图如图2所示.

2.1 改进后实验装置的优点

改进后的实验,不必在乎因管内气压不同而导致的U形管内液面的等高问题.因为管内气体与大气相通,我们只要把U形管调节水平即行.在测量深度时我们直接依据量筒上的示数进行从液面到玻璃管口的读数,而不必用尺子去测量,这样与课本实验比较既方便又规范而且读数要准确容易做到多;其次,这些实验用具在中学实验室中很普遍,所以具有普及性.

2.2 理论推导

如图2所示,设A处压强为pa,B处为pb,D处为pd.A,B之间的距离为h1,B、F之间的距离为h2,C,E之间的距离为h3,A,F之间的距离为h,量筒中溶液的密度为ρ1,U形管中溶液密度为ρ2,则在管口A处由压强关系做到

在做实验之前,我们可以用大拇指封住直通管的一端,插入量筒中,我们看到液体并没有进入玻璃管内,当慢慢放松大拇指时,可以看到液体缓缓地流入玻璃管中,直到与管外溶液液面保持等高后停止.

在实验中,当管外液体流入管内时,管内的气体被压缩.设未插入时整个连通管内的体积为V0,液体进入管内被压缩后的体积为V1,则由热学知识做到由(6)、(7)式我们直接可以看出液体内压强与U形管内液面差的线性关系,深度与管内液面差的线性关系.

3 总结

改进后的实验与课本所示实验相比有很大优点.材料好找且组装方便.而最突出的优点是数据之间有很强的科学联系和鲜明的实验现象,凭借这两方面的特点,我们很容易做到出液体压强的特点.

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