[大气压与人类生活的关系]大气压与人类生活

【jiaoan.jxxyjl.com--九年级物理教案】

1．教学目标
◆知识与技能
⑴确认大气压强的存在。
⑵了解大气压的测量方法和估测方法，知道标准大气压的数值。
⑶了解液体的沸点跟表面气压的关系。
◆过程与方法
⑷观察跟大气压有关的现象，体验大气压强的存在。
⑸经历估测大气压强的过程，领会估测大气压的方法。
◆情感态度与价值观
⑸通过对大气压应用的了解，初步认识科学技术对人类生活的影响。
2．教材说明
本节内容是在学过液体压强以后，进一步了解大气压强的知识，包括大气压强的存在和大气压强的测量及其应用。
本节的编写思路是，按照“体验大气压的存在→估测大气压的大小→了解大气压的测量方法→认识大气压的应用”的顺序编写。教材先安排“活动1”，让学生通过观察实验和日常生活现象，感受大气压强的存在，并以此激活学生的思维，去思考日常生活中还有哪些事例能证明大气压强的存在，达到培养学生善于观察、勤于思考的学习品质。另外，教材通过“信息浏览：马德堡半球实验”，让学生在了解科学发展史的同时，体验大气压强的存在。了解测量大气压强的方法是课程标准中规定的内容，教材介绍了估测大气压强的方法，让学生经历大气压的测量过程，了解大气压的测量方法，体验大气压的大小。然后介绍托里拆利实验和两种气压计。由于对于托里拆利实验只要求作一般性了解，所以教材没有展开讨论，考虑到实验的安全性，也没有要求课堂演示，可通过展示图片或播放录像的形式介绍实验的做法、现象、原理、结论等。对于大气压与人类生活的关系，教材分别从人对大气压的感受、日常生活应用和航天事业三个侧面加以介绍，从日常生活到科技领域，使学生进一步体会到大气压与人类生活之间确实存在着密切的关系。“sts”栏目介绍了离心式水泵和高压氧航等内容。整节教材体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课标理念。
本节教学重点：大气压强与人类的生产、生活有着密切的关系，而确认大气压强的存在是学习大气压强的基础，因此通过实验和生活实例让学生体验到大气压的存在，建立大气压强的概念是本节课的教学重点。
本节教学难点：由于学生不容易直接感受和体验到空气具有质量、受到重力的作用，因此让学生大气压强的产生原因是教学的难点。托里拆利实验及其原理也是本节教学的难点。由于受生活经验的限制，学生对大气压强的大小很难准确感知，是教学的又一个难点。
3．教学建议
虽然我们生活在大气中，但平常很难感受到大气压强的存在，所以学生并不容易感知和理解大气压强。因此在实际教学中，教师不仅要引导学生“知道大气压的存在”，更要关注学生“怎样才能知道大气压的存在”。在设计本节教学时，应多设计学生活动，创设物理情景，使学生在感悟大气压强的“神奇”的过程中，引发学生的学习兴趣，体验大气压是确实存在的。通过亲自经历测量大气压的过程，感悟大气压强的大小；通过生活实例了解大气压强在生产、生活中的广泛应用。
关于课题的引入，教科书通过文字叙述，让学生用类比的方法猜想：既然液体因为受到重力和具有流动性而在液体内部产生压强，空气也受到重力，也具有流动性，那么空气是否也产生压强？以此引出大气压强的存在。另外，也可采用讲故事（如马德堡半球实验的故事或托里拆利实验的故事）、演示实验（如模拟马德堡半球实验、瓶吞鸡蛋、玻璃管取液体）来引入课题（故事和实验可参见后面的介绍）。123456
怎样知道大气有压强
活动1：“a.杯中的水为什么不外流；b.吸盘为什么会紧紧粘在墙壁上”，目的是让学生感受大气压强的神奇，体会大气压强的存在，激发了解大气压强的兴趣。
其中“a.杯中的水为什么不外流”，实验很容易成功，但要告诉学生实验时应注意：①选用口径较小的玻璃杯；②选用不易吸水的纸片；③用纸覆盖杯口时纸与水之间尽量不要有空气。教材中要求学生“想一想，是什么力托住纸片的”，学生可能会简单化地说是大气压力托住纸片的，实际教学中应引导学生明白纸片上方不受大气压力，但杯中的水对纸片是有压力的，这个压力小于大气对纸片向上的压力，所以纸片才不落下。这样可以让学生真正认识大气压的存在。
“b.吸盘为什么会紧紧粘在墙壁上”，一般家庭都常使用“吸盘”挂衣物，为了保证这个活动在教室内顺利完成，可以把吸盘压在窗户玻璃上，让学生用手拉吸盘感受一下所用力的大小。（应注意人身和玻璃的安全，所用力量不要太大。）
除了教材中活动1安排的这两个实验之外，为了帮助学生建立大气压强的概念，教师可以创造条件再做一些演示或者学生实验。以下小实验供参考：
⑴模拟“马德堡半球实验”：在实验时要注意两个半球口处要用凡士林密封好，当两个学生拉球时要注意安全，防止因漏气导致失败而使学生摔倒。也可用两只“吸盘”模拟这个实验。
⑵“巧取硬币”：把一块硬币放在平底大盘里，倒上红墨水，刚好淹没硬币，提问：谁能把硬币拿出来而不沾湿手。  然后让学生讨论，此时气氛活跃，学生得出各种结论，教师不作解释，然后教师演示：把点燃的纸放入杯子，待纸将杯中空气烧到最热时，立即倒扣在盘子里（不要盖住硬币），过一会儿，水会被吸入杯子，硬币就从水中露出来，直接用手即可拿起。该实验效果明显，会博得学生的惊讶和好奇，可以迅速抓住了学生的注意力。
⑶“饮料瓶变形”：在饮料瓶中放入点燃的酒精棉球、待饮料瓶中空气最热时立即盖上盖，过一会儿，饮料瓶就变扁了。
⑷“瓶子吞蛋”：在广口瓶中放入一些砂子，将点燃的酒精棉球放入广口瓶中，待瓶内空气被加热后，立即用剥了皮的熟鸡蛋堵在瓶口，过一会儿，可以发现塞在瓶口的鸡蛋被吞入瓶中（如图1所示）。
⑸“吸大的气球”：两端开口的塑料瓶，一端系一气球，另一端用两用气筒抽气，气球变大（如图2所示）。

⑹“神奇的玻璃管”：①出示玻璃管，向管内倒水，可看到水穿过玻璃管流出。②用手指紧紧堵住玻璃管的下端开口，向管内注入水至满。③提问：为什么水不会从下面流出？（水被手指托住） ④再用另一只手堵住玻璃管的上口，然后让学生猜一猜：如果松开堵下口的手指，水会不会流出来？⑥松开堵下口的手指，红色水柱并没有流出来！这是为什么？（空气托住了水柱不流下来）⑦松开堵住上口的手指，水应声落下。（水柱上下两端都受到大气压，水柱由于受到重力而落下。）
⑺“水往高处流”：将一干燥的玻璃瓶放在酒精灯上均匀加热一段时间，用一插有长细玻璃管的橡胶塞把玻璃瓶的瓶口塞紧，并立即倒插入盛水的玻璃槽中，这时玻璃管中的“水往高处流”，如图3所示。
⑻“瓶子吹气球”：取彩色气球一个、锥形瓶一个、酒精少许、酒精灯一个，在锥形烧瓶内放入酒精少许，在瓶口套上气球备用（气球的选择由锥形瓶的大小而定）。将锥形瓶烘在酒精灯火焰上方微微加热，使瓶内酒精汽化，瓶内气压增大，可以观察到瓶口套上的气球缓慢被吹大膨胀。然后，从瓶口取下气球，使气球和瓶内酒精蒸气排出一些，再立刻把气球紧套在瓶口。可以看到气球慢慢变瘪，并缓缓地伸入锥形瓶内膨胀，并逐渐吹大。这是因为酒精蒸气遇冷液化，瓶内的气压降低，大大低于外界大气压，大气压迫使气球伸向锥形瓶内（如图4所示）。123456
“信息浏览 马德堡半球实验”可以在活动1完成后，由教师讲述或学生阅读，然后给出大气压强的概念。
怎样测量大气压
教材安排“活动2：估测大气压”是为了让学生亲身经历操作、观察、体验的过程，从中获取最直接、生动的实验事实，为理解大气压强的大小打下良好的基础。在此过程中，可以锻炼学生设计实验和搜集必要数据的能力，体会实验方法对学习物理的重要作用，激发学习物理的兴趣。
为了尽量减小估测的误差，活动时应注意：①密封针筒前端小孔时，要把活塞推至最顶端，尽量排净针筒里的空气；②密封要严，防止漏气；③为尽量减小活塞与针筒之间的摩擦，可以先把活塞用水湿润一下，或涂些甘油并来回拉几次；④测量活塞面积应尽量准确，用刻度尺量出针筒上有刻度线部分的总长度，用所选针筒的容积除以长度，即为活塞的横截面积；⑤在活塞上挂钩码要逐个增加，不要一次加上太多，并且要时刻观察活塞是否向下运动，在活塞刚刚开始向下运动时应托住钩码，防止活塞被拉出摔坏。如果用小桶盛沙子来代替钩码进行实验，测量结果会更准确。
在实验结束后，可问学生：是什么力托住了钩码？活塞和钩码的重力与大气对活塞的压力有什么关系？在明确了这种关系之后，应用p=f/s即可计算出大气压强的值。（需要测量的物理量：针筒上有刻度线部分的总长度l，所选长度所对应的针筒的容积v，活塞刚刚开始向下运动时所挂钩码的重力g。大气压强的表达式：p＝gl/v）
这个实验得到的大气压的数值，会给学生一个悬念，大气压强有那么大吗？为下面托里拆利实验埋下伏笔。
托里拆利实验是精确测量大气压强的重要实验。但由于实验中的水银是有毒的，不宜在教室里演示。为了帮助学生理解实验的过程、现象和原理，可以采用教学挂图或教学录像。实验的重点是引导学生观察水银面的高度差会稳定在一定高度。
分析“为什么水银柱保持一定高度不下降”和“为什么水银柱产生的压强等于外界大气压强”这两个问题时，教师可以借助课本图10-30引导学生分析，也可以通过动画模拟课件分析，要注意只需作简要说明，让学生明白“大气压强支持着玻璃管内的水银柱”即可。切忌凭着原来教学的惯性，随意加深，以免增加学生学习的难度。
对于标准大气压的数值1.013×105pa的认识，重点可以放在运用公式f＝ps，对一些实例进行计算，感悟大气压强产生压力的大小。如计算人的手掌承受的大气压力（ 如可以通俗地说：“这个压力的大小大约相当于一个成年人站在手上产生的压力”），计算大气压强支持的水柱的高度（约10.3m）等。
对于直接测量大气压强的两种仪器——汞气压表和无液气压计只作一般性介绍，可以用实物或挂图向学生展示，不必讨论仪器的结构和原理。
大气压与人类生活
这部分内容，属于大气压的应用，也是对大气压知识的拓展，目的是使学生体会大气压对人类生活的影响，理解大气压与人类生活的密切关系，认识科学技术在人类生活中所起的作用。
在实际教学中，根据学校条件，可以播放有关高山反应的录像或出示有关挂图，让学生观察由于大气压强变小而对人类生理活动造成的严重影响，还可以初步认识到大气压会随海拔高度的增加而减小。
对于大气压与高度的关系的教学，教师可以安排学生课下搜集数据，或由教师提供数据，让学生在绘制大气压随高度变化的柱形图或函数曲线图，分析大气压随高度变化的规律。这样既能使课内课外有机结合，还能使学生在动手绘制图形的过程中加深理解大气压随高度变化的规律。123456
对于高压锅的教学，教师可以先向学生展示高压锅实物或图片，也可请家中有高压锅的学生介绍高压锅的结构和使用方法。而对于高压锅的原理，关键是做好“液体沸点跟它表面气压的关系”的实验。对于这个实验，出于安全上的考虑，应由教师演示，启发学生分析产生现象的条件，得出结论：向外拉注射器的活塞时，烧瓶内水面上的空气减少（实际是变稀薄了），空气的压强减小，水重新沸腾，这表明空气压强减小时水的沸点降低；用注射器打气加压时，烧瓶内水面上的空气增加，空气的压强增大，沸腾的水不再沸腾，这表明空气压强增大时水的沸点升高。实验时要注意安全，用注射器打气时，不要使瓶内气压太大，以防止塞子从瓶口喷出或烧瓶爆炸。
对于“航天服”的教学，可以安排学生课外搜集有关我国航天事业发展以及航天服的知识，组织学生在课堂上讨论交流自己获得的信息，感悟所学知识在高科技中的应用，理解大气压强对科技发展的作用，激发学生爱科学、爱祖国的情感。
sts栏目是为了扩展学生视野，体会大气压的广泛应用而设计的，让学生阅读讨论，再师生进行交流即可。
4．教学评价
●课堂测评
1．有以下实例：①电风扇正在工作； ②用吸管吸饮料；③电冰箱制冷；④吸盘挂钩挂衣服。其中利用大气压的是（     ）
a．①③           b．②④          c．①④         d．②③
2. 某同学用嘴将小空瓶内的空气吸出，小瓶马上就挂在嘴唇上了，这是因为（    ）
a．嘴把小瓶吸住                  b．嘴边的唾液把小瓶粘住
c．瓶内剩余空气作用的结果        d．大气压把小瓶压在嘴唇上
3.在青藏铁路上运营的高原列车有完备的供氧系统和医疗应急系统，这样做是因为 （   ）
a．高原空气稀薄，大气压强小      b．高原空气稀薄，大气压强大
c．高原空气稠密，大气压强小      d．高原空气稠密，大气压强大
4.图5所示是为病人输液的装置示意图，药瓶瓶口插有两根管子，其中c管的作用是利用        使药液从a管中顺利流出；针头表面做得非常光滑，这是为了           ，以减轻病人的痛苦；若要提高输液速度，除了调节调节器外，还有一种简便的方法就是          。
5.小张为研究吸管中的饮料是被吸上来的，还是被压上来的，设计了图6所示的实验。当用力推注射器活塞时，广口瓶内的气压将______（选填“大于”、“小于”或“等于”）直玻璃管内的气压，观察到的现象是_     __   。此实验_______（选填“能”或“不能”）验证“饮料是被气压压上来的”这一结论。
 6. 小华同学用有挂钩的塑料吸盘来估测大气压的值，他设计的实验方案如图7所示，将蘸水吸盘按在平滑的玻璃板上，挤出里面的空气，按住玻璃板，用弹簧测力计钩着吸盘上的挂钩，缓缓往上拉，记录吸盘刚刚脱离玻璃板时弹簧测力计的读数，再测量出吸盘与玻璃板的接触面积，即可算出大气压的值。实验室提供的器材有量程为10n的弹簧测力计1只，底面积为3cm2的吸盘1个，平滑的玻璃板1块。123456
实验时，他发现当弹簧测力计拉至读数最大时，吸盘仍未脱离玻璃板，实验室又没有量程更大的弹簧测力计，他认为可以运用其它器材结合所学物理知识来解决这一问题。
（1）请设计两种不同的实验方案。要求：先确定所需的器材（除题目已给的器材外），再简要说明你是如何运用物理知识解决这一问题的？（不增加弹簧测力计的个数）
[方案一]
器材：_____________________________________________；
说明：_____________________________________________。
 [方案二]
器材：___________________       ___     __________；
说明：__________________________       ____________。
（2）该实验只能粗略测出大气压的值，结果并不精确，请指出你所设计的一种方案中产生误差的主要原因有哪些？（写出2点即可）
○1_______________________________________________；
○2______________________       ___________________。
7．盛夏时分，“小问号”王欣同学在打开冰箱取饮料时，突然脑海里浮出一个问题：为什么每次开冰箱门都比较费力?通过仔细观察他发现，打开冰箱门时，冰箱里的冷空气出来，外面的热空气进去。当冰箱门重新关上后，就将这部分热空气也关在了里面，箱内热空气冷却收缩，压强减小。王欣判断这应该是开冰箱门费力的一个原因。若冰箱门长为0.6m，宽为0.5m，冰箱外的气压为1×l05pa，设冰箱内部与外部的气压相差1/1000。求：
（1）冰箱内气体压强多少?
（2）冰箱内、外气体对门的压力各是多少?
（3）冰箱门受到的内外压力差相当于质量为多少的物体受到的重力？（g=10n/kg）
【参考答案】
1. b
2.d
3. a
4. 大气压  减小摩擦  提高药瓶相对于手背的高度
5．大于  玻璃管内的液面上升  能
6. （1）参考方案一：
器材：轻质杠杆、细绳、铁架台
说明：利用省力杠杆，在一端用较小的弹簧测力计的拉力，在另一端可以获得较大的力拉吸盘。
参考方案二：
器材：定滑轮、钩码、细绳、铁架台
说明：用钩码作为配重，利用钩码的重力来增加对吸盘的拉力。
参考方案三：
器材：定滑轮、动滑轮、细绳、铁架台
说明：将定滑轮和动滑轮组成省力的滑轮组，再用弹簧测力计向上拉动即可。
（2）方案一中：吸盘中排气不清（或有少量空气）；气密性不好；吸盘脱离玻璃板时太快，造成读取弹簧测力计示数不准确；弹簧测力计自身受到重力；杠杆有自重且杠杆重心不在悬点正下方等。
方案二中：吸盘中排气不清（或有少量空气）；气密性不好；吸盘脱离玻璃板时太快，造成读取弹簧测力计示数不准确；弹簧测力计自身受到重力；滑轮与轴间有摩擦等。
方案三中：吸盘中排气不清（或有少量空气）；气密性不好；吸盘脱离玻璃板时太快，造成读取弹簧测力计示数不准确；弹簧测力计自身受到重力；滑轮与轴间有摩擦；动滑轮有重力等。
7.（1）p内　＝1×105 pa×（1－1/1000）=9.99×104pa
（2）冰箱门的面积s=0.5m×0.6m=0.3m2
  f内= p内　s=9.99×104pa×0.3m2=2.977×104n
f外= p外s=1×105pa×0.3m2=3×104n123456
（3）冰箱门受到的内外压力差为
f外－f内=3×104n－2.977×104n =30n
此压力差相当于质量为m的物体所受重力为
m=g/g=30n/（10n/kg）=3kg
●“自我评价与作业”指导
1．若把茶壶盖上的小孔堵住，向外倒水时，里面的水就要向外流，里面的空气体积变大，压强变小，小于外面的大气压；随着流出水量的增加，壶内外的压强差愈来愈大，茶壶里的水就很难再倒出来。
2．瓶里的饮料不是“吸”上来的，是被大气压压上来的。当用嘴把吸管内的空气吸出时，管内空气压强减小，瓶内饮料便在大气压作用下通过吸管进入人的口中。
3．空着的针管是向瓶内输气用的，一旦瓶内液面下降，液体上方的气压会变小，外部的空气会由此管进入瓶内液面上方，维持液面上方一定的气压，保证液体均匀流出。若省掉此管，随着瓶内液面的下降，液体上方的气压会变小，液体流出的速度会变小，甚至停止流出，所以该管不能省掉。
4． 大气压力f=g= g塞＋g码=（0.038kg＋4.45kg）×9.8n/ kg=43.9824n
 活塞的面积为
 
大气压为p=f/s=43.9824n/4.5216×10-4m2=9.7×104pa

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