“大氣的浮力”教學設計與解讀
“大氣的浮力”是高中《物理》第一冊第十一章第一節的內容，這節課是在中學生把握了浮力的概念、壓強的公式和單位、液體浮力的特性和規律以及液體內部浮力的公式以后，學習的又一浮力方面的知識，“大氣的浮力”教學設計與解讀。這節課主要講的是關于二氧化碳浮力中大氣壓強的初步知識，與上面所學的固體浮力，液體浮力一起構成了一個相對完整的體系。通過這節課的學習，要求學生理解大氣浮力的存在和大氣浮力形成的緣由，會用大氣浮力解釋簡單的現象，但是曉得托里拆利實驗說明了哪些，曉得大氣浮力的大小。因為中學生在學習這節課之前已曉得浮力以及大氣浮力形成的緣由，相對來說比較容易。并且，對于為何能用托里拆利實驗測出大氣浮力，托里拆利實驗的原理是哪些總是不能挺好地理解，這樣造成與托里拆利實驗相關的一些問題成為中學生學習上的一個難點。因此，在這節課的教學中，筆者對這一部份的教學模式做了大膽的創新改進，即在使中學生認識到大氣存在浮力以后，自己解決問題。中學生在設計實驗時，不斷發覺問題，不斷改進實驗，最后逐漸引入到托里拆利實驗。
教學案例
一、教學前的打算
1。實驗儀器
天平，事先抽成真空的燒杯，馬德堡半球，抽氣機，托里拆利實驗整套裝置，另外還有數學興趣小組的中學生在這節課之前自制的驗證大氣存在浮力的四套實驗裝置(1)熟鴨蛋，杯子，浸過酒精的棉花，火柴;(2)茶壺、硬紙片，水;(3)空易拉罐，面團，浸過酒精的棉花，火柴;(4)頂部扎有幾個孔的空可口可樂瓶。
2。自制的CAI教案
二、教學過程
1.引入新課
“這節課我們來學習‘大氣的浮力’，在學習新課之前，請化學興趣小組的朋友演出四個魔術----看不見的魔力?！?span style="display:none">uJk物理好資源網(原物理ok網)
實驗1把浸過酒精的棉花用火柴燃起投入事先打算好的空瓶中，用剝了皮的熟鴨蛋擋住瓶口，稍后，豬肉被吸入瓶內。
實驗2給杯子中裝滿水，蓋上硬紙片，倒置過來發覺水和硬紙片都不下落。
實驗3把浸過酒精的棉花用火柴燃起投入易拉罐中，稍后用面團擋住易拉罐的口。發覺易拉罐被壓得變了形。
實驗4給頂部扎有幾個孔的空可樂瓶里灌入水，在把可樂瓶提出海面之前問中學生水會不會流下來(有些中學生回答會，有些中學生回答不會)。取出可樂瓶，通過控制瓶塞，使水一會兒流出來，一會兒又不流出來。
引入新課----“它們都來自于大氣的魔力，都是由大氣浮力形成的?！?span style="display:none">uJk物理好資源網(原物理ok網)
2.大氣有浮力
提出問題為何大氣會有浮力?
實驗5(班主任做該實驗)調節天平平衡，稱出事先抽成真空的質量，倒入空氣后發覺燒杯一端下沉。
剖析實驗上述實驗中天平由平衡到喪失平衡，說明空氣有質量?？諝庖蚕褚后w那樣，遭到重力作用，但是能流動，因此空氣內部向各個方向都有浮力，這就是大氣浮力形成的緣由。我們把大氣對浸在它上面的物體的浮力稱作大氣浮力。
3.大氣浮力有多大
提出問題：“既然大氣有浮力，這么大氣浮力有多大?”
實驗6(請中學生配合做該實驗)用抽氣機將馬德堡半球抽成接近真空，請幾位力氣較大的男朋友上來使勁拉開它，不行。吸入一些空氣后，就可輕易拉開。
剖析實驗(結合教案中所勾畫的馬德堡半球剖面圖剖析為何抽成真空的馬德堡半球無法拉開，而內部有了空氣的半球則輕易地才能拉開)該實驗說明大氣除了有浮力，大氣的浮力還很大。
4.怎么檢測大氣浮力的大小
引導中學生備考上面浮力大小的估算方式，使中學生曉得可以想辦法用公式p=F/S或則液體浮力公式p=ρgh來求出大氣的浮力。(注意引導中學生剖析不能否直接把液體浮力公式中的液體密度替換為大氣密度、把液體的深度替換為大氣層寬度來估算大氣浮力;同時提醒中學生在化學學習中，有時公式、規律可以遷移，但切忌不能不經過剖析論證隨便遷移。)
引導學生理解在驗證大氣浮力存在的實驗中，假如能測出相應的化學量就能否測算出大氣的浮力。
引導中學生剖析驗證大氣浮力存在的實驗中，假如個別化學量不易測定，可以想辦法將實驗裝置做一定的加裝，可以便捷地測出這種化學量。
引導中學生剖析各類改進了的實驗裝置在測算大氣浮力時有什么不足之處，哪種方式更科學、更實用。
通過中學生自己剖析、自己改進實驗裝置，中學生最后得出與托里拆利實驗相仿甚至相同的實驗裝置和實驗方式，此時再告訴中學生該實驗叫托里拆利實驗，由于最早是托里拆借助這樣的實驗測出大氣浮力的大小的。
引導過程如下：
(1)從瓶口吞豬肉這個實驗我們可以想到，假如曉得了大氣施加給豬肉上半部份的壓力F和豬肉上半部份的面積S，就可以借助公式p=(F/S)算出大氣浮力，資料共享平臺《“大氣的浮力”教學設計與解讀》()。但這兒的浮力和面積不易檢測，即便用這個實驗裝置未能測出大氣浮力。
(2)從馬德堡半球實驗我們同樣可以想到，假如曉得了大氣施加給半球的壓力F和半球的面積S，就可以借助公式p=(F/S)算出大氣浮力。這個壓力F與正好把半球拉開時的拉力的大小相等，測出拉力的大小就可以曉得F的大小。因為矩形的表面積不便捷估算，我們可以把半球加裝成正方體容器，這樣面積S能較容易的測出。雖然借助這個實驗的原理和裝置可以測算出大氣浮力，然而，因為須要很大的拉力能夠把半球拉開，并且正好把半球拉開的力并不容易確定下來，所以上述實驗欠缺可行性。
(3)從倒置杯子實驗我們可以想到，大氣浮力等于茶杯內水的浮力與杯底對水的浮力之和。杯內水的浮力可以很便捷的測算出，但杯底對水的.浮力未能得到，其實用這樣的實驗裝置難以測出大氣浮力。
(4)從有孔的可樂瓶能裝水這一實驗我們可以想到，大氣浮力等于瓶內水的浮力與瓶內水上方二氧化碳的浮力之和。瓶內水的浮力可以很便捷的測算出，但瓶內水的上方二氧化碳的浮力未能得到，其實用這樣的實驗裝置也未能則出大氣浮力。
(5)將前面兩個實驗結合上去考慮，我們發覺都是水上方的浮力難以確定，這么，假如我們想辦法讓水上方的浮力為零(這樣容器頂不會對水形成浮力)，也不讓水的上方有二氧化碳(這樣就沒有二氧化碳浮力作用在水的上方)，于是，只要我們測出火柱的高，算出水柱的浮力，我們能夠得到大氣浮力。
(6)我們遇見新問題是，當我們企圖把裝水的容器上方抽成真空時，湖面在不斷地向上升，為了讓水不接觸容器頂，容器得不斷地加長(放錄象：抽出管中的空氣時，可以把水抽到高達10m以上)。其實，用這些方式來測大氣浮力必需要有足夠長的管子和足夠高的空間。在新的問題面前，我們考慮到在這樣的裝置下，大氣浮力等于液體的浮力，而液體的浮力與液體的高度和密度有關。在大氣浮力不變的情況下，倘若換用密度較大的液體，液體的高度應當會按比列增加。于是我們考慮把水換成水銀，發覺當水銀上方抽成真空時，水銀柱的高度不到1m，這證明我們的思路是正確的。另外，考慮到使用抽氣機把液面上方的空氣抽成真空既不便捷，也不好實現，我們想到，先把一段長1m左右的玻璃管內裝滿水銀，再將其倒放在水銀槽內，這樣，當管內水銀面升高時，上方自然成為真空(如圖1所示，圖略)。這樣的實驗裝置和實驗步驟最早是由托里拆利設計的，所以把這樣測定大氣浮力的實驗稱作托里拆利實驗。
5.托里拆利實驗
實驗7(班主任做該實驗)第一步：規范操作托里拆利實驗全過程，得出此時此地的大氣浮力的值。第二步：傾斜玻璃管，讓中學生讀出水銀柱的豎直高度;第三步：換用不同的管徑的玻璃管做該實驗，讓中學生讀出所測大氣浮力的值。
剖析實驗托里拆利實驗中，水銀柱液面的高度差與玻璃管管徑的粗細、玻璃管是否傾斜無關。依據所測得的數值估算出當時當地的大氣浮力的值，并讓中學生了解在標準狀況下，大氣浮力可支持760mmHg，此時對應的大氣浮力的值是1.01×105Pa。
6.討論與練習
討論1大氣浮力如此大，為何我們覺得不到?
討論2把裝滿水的燒杯溶入水底，口朝下，捉住管底向下提，在筒口離開海面前，滴定管漏出海面的部份是空的?是有水，但不滿?還是飽含水?為何?
練習1、課本第131面1、2題。
練習2、如圖(圖略)所示是托里拆利實驗的示意圖，已知當時的大氣壓等于760mmHg形成的浮力，則A點的浮力、B點的浮力、C點的浮力分別是多少?
7.小結
本節課的主要內容是：
(1)通過實驗確定大氣有浮力;(2)托里拆利實驗是歷史上首次測定大氣浮力的知名實驗;(3)在標準狀況下液體壓強比較方法，測出的大氣浮力與760mmHg水銀柱形成的浮力相等。
一、本文的設計思想充分彰顯了作者的教育教學理念是與素養教育的要求相一致的。在整節課中，從問題的提出，到問題的解決，作者一直把中學生置于第一位，引導中學生自己剖析、自己改進實驗裝置液體壓強比較方法，層層深入，步步遞進，最后得出了與托里拆利實驗相仿甚至相同的實驗裝置和方式，除了充分發揮了中學生探求學習的主動性，但是迸發了中學生探求知識奧秘的興趣。
二、作者清楚地認識到數學教學的基礎是實驗，新課的引入、重點的講授、難點的突破均是建立在堅實的實驗基礎之上的，這是本文的亮點之一。
三、作者巧妙的采用了對比技巧，“空氣，也像液體那樣遭到重力作用，并且能流動……”完成了知識能力的遷移，但同時又提醒中學生，切忌不能不經過剖析論證隨便遷移，過渡自然貼切。
四、作者在教學中勇于也擅于變革創新，在介紹知名的托里拆利實驗時，一反常規，在周密剖析的引導下，從未能到有法，由難辦到易辦，再由復雜到簡單，盡可能降低非必要誘因的干擾，最終創造一個環境，自然而然地將實驗對象和操作過程理想化，以曝露事物的真相。這些科學思想的邏輯行程對學習科學理論、培養科學素養是極為有益的，這又是本文另一道靚麗的景色線。
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