探秘气压：“力”挽狂澜-大气压强第二课时教学设计（浙教版初中科学八年级上册）

探秘气压：“力”挽狂澜——大气压强第二课时教学设计（浙教版初中科学八年级上册）一、教学内容分析

本课依据《义务教育科学课程标准（2022年版）》，属于“物质科学”领域中的核心概念“运动和相互作用”。从知识图谱看，它上承第一课时大气压的存在及证明，下启大气压与生活、天气、高度的关系，是构建完整大气压强知识体系的关键枢纽。本课时的核心任务是引导学生从定性感知跨越到定量理解，核心技能是掌握测量大气压值的基本科学方法——托里拆利实验法。其认知要求从“理解”提升至“应用”与“分析”，要求学生能解释实验原理、分析实验现象，并运用大气压值解决简单实际问题。课标强调的科学探究思想在本课体现为“基于证据的模型建构”，即将抽象的大气压力转化为可观测、可测量的液柱高度，这本身就是一次精妙的科学模型建立过程。其背后的素养价值在于培育学生的科学思维，特别是模型建构与推理能力，以及严谨求实的科学态度，通过重温科学史，感悟科学家探索未知的智慧与坚韧。

从学情研判，八年级学生已初步感知大气压的存在，对“大气有压力”具备前概念，但对“压力有多大”缺乏量化认知，易产生“大气压很大，但为何我们感觉不到？”等迷思。同时，学生的抽象思维和空间想象能力正处于发展阶段，理解托里拆利实验中“真空”与“液柱平衡”的内在逻辑是潜在难点。学生群体在实验操作能力、逻辑推理兴趣上存在分化。因此，教学中将采用“可视化”策略，通过类比、模拟动画降低抽象性；设计分层探究任务，如基础组完成现象观察与描述，进阶组挑战原理分析与误差探讨；并嵌入即时性评价，如通过小组汇报时的逻辑表达、实验方案设计的合理性，动态诊断学生理解层次，及时调整讲解深度与支持方式，确保不同认知起点的学生都能在“最近发展区”获得发展。二、教学目标

知识目标：学生能准确陈述标准大气压的数值及其常用表示单位，并能从平衡思想出发，阐释托里拆利实验的设计原理与测量逻辑。他们不仅能记忆数值，更能理解该数值是特定条件下（如海平面、0℃）水银柱产生的压强与外界大气压平衡的结果，并能辨析“大气压值等于760毫米水银柱产生的压强”这一说法的科学内涵，避免机械记忆。

能力目标：通过模拟托里拆利实验的推演与分析，学生能发展基于实验装置图进行逻辑推理与科学解释的能力。他们能够将抽象的“大气压力”与具体的“液柱高度”建立因果联系，并能初步分析若实验操作不当（如管内混入空气、玻璃管倾斜）可能对测量结果产生的影响，展现初步的实验分析与误差思辨能力。

情感态度与价值观目标：在重现托里拆利实验历史背景与思想精髓的过程中，引导学生感受科学家敢于挑战传统观念（如“厌恶真空”说）、追求真理的理性精神。在小组讨论中，鼓励学生敢于提出自己的见解，同时学会倾听同伴的论证，形成尊重证据、乐于合作的科学探究氛围。

科学思维目标：重点发展学生的模型建构思维与平衡思想。引导学生经历“大气压力→支撑液柱→测量高度”的思维转化过程，理解托里拆利实验本质上是构建了一个用液体压强“替代”并“量化”大气压强的理想模型。通过问题链驱动，如“为何选择水银？”“如果用水会怎样？”，深化对模型优劣与适用条件的批判性思考。

评价与元认知目标：在课堂巩固环节，引导学生运用量规对实验装置原理分析的表述进行同伴互评。课程尾声，通过“今天我最大的收获或仍存的困惑是什么？”的反思性问题，促进学生回顾学习路径，审视自己对“测量”这一科学方法理解的深度，初步养成学习后反思的习惯。三、教学重点与难点

教学重点是理解托里拆利实验的原理及标准大气压的数值意义。其确立依据源于课程标准的“大概念”要求——“压强”是描述相互作用的核心物理量，而定量测量是物理学建立精确理论的基础。从学业评价看，该实验的原理分析、数值应用及相关计算是中考的高频考点，不仅考查知识记忆，更关键的是考查学生是否真正理解了“平衡法”测量压强的科学思想，此思想是后续学习流体压强、液压传动等知识的思维基石。

教学难点在于跨越思维障碍，理解托里拆利实验中“大气压支持了液柱”这一动态平衡过程，以及为何能用液柱高度来“代表”大气压值。难点成因在于其高度抽象性：管内“真空”不可见，大气压与液柱压强的平衡关系需要依托空间想象与逻辑推理来建构。学生常见错误是孤立记忆“760mmHg”，却无法说清“是谁支撑了谁”。基于学情，预设将通过“类比推手游戏”、“模拟动画分解”和“分步问题引导”等策略，将这一抽象过程具体化、可视化，帮助学生搭建理解的阶梯。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含托里拆利实验仿真动画、科学史微视频）；大气压与10米水柱对比的震撼图片；覆杯实验套装（玻璃杯、硬纸片、水）；大型注射器（用于模拟马德堡半球抽气）。1.2实验材料与任务单：托里拆利实验装置图（可拼接的卡片式学具）；分层学习任务单（含基础性问题与挑战性问题）。2.学生准备

复习第一课时知识，预习教材中托里拆利实验部分；携带铅笔、直尺。3.环境布置

学生按4人异质小组就座，便于开展合作探究与讨论。五、教学过程第一、导入环节1.悬念重现，温故引新：“同学们，上节课我们用覆杯实验证明了大气压的存在。现在，如果我不用纸片，而是用手捂住杯口倒置，水会流下吗？（停顿）显然会。那么，那张薄薄的纸片到底承受了多大的‘压力’呢？换句话说，大气压强究竟有多大？”（通过对比，制造认知冲突，将探究从“有没有”自然引向“有多大”。）1.1视觉冲击，具象感知：展示一张图片：一边是760毫米高的水银柱，另一边是约10米高的水柱。告诉学生：“大气压的力量，足以在真空条件下托起这样高的液柱！这个数值是如何被发现的？今天，我们就化身科学侦探，一起破解这个‘力的密码’。”1.2明确路径：“我们的探究将分两步走：先像科学家一样思考，设计测量思路；再深入剖析历史上最经典的测量方案——托里拆利实验，看它如何巧夺天工地‘称量’出了空气的重量。”第二、新授环节任务一：头脑风暴——如何“称量”大气压？教师活动：首先提问引导：“直接测量大气压力非常困难，因为它无处不在。但我们学过，液体压强可以用压强公式p=ρgh计算。能否利用这个知识，间接测量大气压呢？”接着，展示一个装有红色水（增强可视性）的长玻璃管（一端封闭），提出问题链：“1.如果我将管子装满水倒插在水槽中，管顶是真空吗？水柱会全部流下吗？2.是什么力支撑住了部分水柱？3.最终水柱的高度由什么决定？”在学生讨论时，教师走动聆听，捕捉“大气压”、“平衡”等关键词，并适时用大型注射器模拟抽气，让学生感受管内气压减小对液柱的影响。学生活动：小组展开激烈讨论。他们可能会联想到覆杯实验，推测是大气压托住了水柱。在教师引导下，尝试用“力的平衡”来解释：当管内液柱产生的向下的压强等于外界大气压向上的压强时，液柱就静止了。他们通过观察教师模拟的抽气过程，直观感受管内气压变化与液柱高度的动态关系。即时评价标准：1.观点是否与已学知识（大气压存在、液体压强）建立联系。2.解释问题时是否尝试运用“平衡”或“相等”的概念。3.小组讨论时，每位成员是否都参与了意见表达。形成知识、思维、方法清单：

★转换测量思想：将直接测量难以捉摸的大气压力，转换为测量其所能支撑的液柱高度，再利用液体压强公式p=ρgh进行计算，这是一种极其重要的间接测量法。

★平衡原理是关键：当管内液面不再下降时，意味着管内液柱产生的压强（p液=ρgh）与管外大气施加的压强（p大气）达到平衡，即p大气=ρgh。这是整个实验的理论核心。

▲实验条件思考：要实现测量，必须保证管顶部分是真空（或气压极小），否则管内气压也会参与“支撑”，测量值就会偏小。这是理解实验严密性的起点。任务二：模型初建——为什么是水银？教师活动：承接上一个任务，提出新挑战：“根据大家的思路，用水做实验理论上可行。但请大家计算一下，如果用水，大气压能托起多高的水柱？（ρ水≈1.0×10³kg/m³，g取10N/kg，p大气近似1.0×10⁵Pa）”给予一分钟计算。学生得出h≈10m后，教师点评：“10米，相当于三层楼高！这样的实验器材在教室里操作方便吗？17世纪的科学家托里拆利也遇到了同样的问题。他的选择给了我们什么启发？”播放简短的科学史背景介绍，突出托里拆利“选用密度更大的液体以缩短管长”的智慧。学生活动：学生进行快速计算，得出h=10m的答案，立刻意识到用水操作的不便。观看史料后，他们恍然大悟：选择密度很大的水银（ρ水银≈13.6×10³kg/m³），可以将液柱高度缩短到不足1米，使实验在室内变得可行。他们开始体会科学实验中“优化设计”的思维魅力。即时评价标准：1.能否正确应用公式p=ρgh进行变形计算。2.能否从“实验可行性”角度，理解选用水银的合理性与科学性。3.是否表现出对科学家创新思维的赞赏。形成知识、思维、方法清单：

★公式应用与换算：熟练掌握压强公式p=ρgh及其变形h=p/ρg。理解在压强p一定时，液柱高度h与液体密度ρ成反比。

★科学探究的优化意识：科学实验设计不仅要原理正确，还需考虑操作的可行性与便捷性。选择水银是平衡了测量精确性、器材便携性和实验安全性后的优化决策。

▲数据敏感度：记住标准大气压的两种常见表述：约1.0×10⁵帕斯卡，以及与之平衡的760毫米高水银柱（0℃时）。理解“毫米汞柱（mmHg）”作为压强单位的由来。任务三：核心剖析——解码托里拆利实验教师活动：出示标准的托里拆利实验装置图（或动态仿真动画）。教师充当“解说员”兼“提问者”，分步引导观察与思考：“第一步，请看，长长的玻璃管里被灌满了什么？（水银）第二步，用手指堵住管口，倒置插入水银槽后松开手指。大家注意观察管内水银面的变化……下降了！为什么下降？（部分水银流入槽中）第三步，下降到一定高度就停住了。此刻，请聚焦三个关键位置：A点（槽内水银面）、B点（管内与水银槽液面相平的点）、C点（管内水银柱的顶端）。针对每个点提问：‘A点受到什么压强？’‘B点为什么是平衡的关键？’‘C点上方是什么？’引导学生利用‘液体内部同一深度压强相等’和‘平衡’思想进行推理。”学生活动：学生紧盯着动画或图示，跟随教师的提问进行同步思考。他们可能会小声讨论：“A点受到大气压。”“B点在管内和管外同一深度，压强应该相等。”“C点上方空的那段就是真空！”在教师引导下，逐步厘清：槽内A点压强为大气压p0；B点，管外压强是p0，管内压强是水银柱产生的压强p水银，因B点静止且深度相同，故p0=p水银=ρ水银gh。从而豁然开朗，理解测量原理。即时评价标准：1.能否准确指认装置图中的关键部位并描述其状态。2.推理过程是否逻辑清晰，正确应用液体压强规律。3.能否用简洁的语言概括实验原理。形成知识、思维、方法清单：

★实验装置与原理终极解析：托里拆利实验的精髓在于创造了管内一段“托里拆利真空”，使得管内水银柱上方压强近似为零。此时，作用在槽内水银面上的大气压强，完全用于支撑管内这段水银柱。测量这段水银柱的竖直高度h，即可利用p大气=ρ水银gh计算出大气压值。

★平衡思想的深化应用：本实验涉及双重平衡：一是管内水银柱自身的重力与大气压对它的支持力平衡（整体）；二是关键B点处，管内外的液体压强平衡（局部）。这是分析复杂流体静力学问题的重要思维模型。

▲易错点提醒：大气压支持的是管内水银柱的竖直高度，这个高度只与大气压值和水银密度有关，与玻璃管的粗细、形状（竖直段）、是否倾斜（高度会变，垂直高度不变）均无关。这是常考易错点，务必理解透彻。任务四：深化理解——如果实验不“标准”教师活动：提出一系列假设性问题，引导学生进行思辨：“我们的分析基于一个‘理想模型’。但如果实验操作稍有瑕疵，会怎样呢？请看这几个‘如果’：1.如果玻璃管中混入了少量空气（即管顶非真空），测得的水银柱高度会如何变化？2.如果测量时，玻璃管倾斜了，测得的值（长度）会变吗？真正应该读取的是哪段距离？3.如果我们将实验装置移到高山上去做，水银柱高度会怎么变？”组织小组选择12个问题展开讨论，要求不仅说出结果，还要阐述理由。学生活动：各小组选择感兴趣的问题进行深度研讨。例如，对于问题1，学生需推理：混入空气会产生向下的压强，与大气压共同“支撑”水银柱，导致水银柱被压得更低，测量值偏小。对于问题2，他们需通过画图辨析“长度”与“垂直高度”的区别。讨论过程是思维碰撞和知识应用的内化过程。即时评价标准：1.分析是否基于原理（p大气=ρgh+p内气体或平衡思想）。2.表达是否清晰，能否使用科学术语。3.小组是否能有效分工，协同解决问题。形成知识、思维、方法清单：

★误差分析能力：学会分析常见操作失误对测量结果的影响。核心在于判断管内液柱上方是否仍为真空。混入空气→上方气压增大→液柱高度减小→测量值偏小。这是重要的实验分析技能。

★概念辨析：严格区分水银柱的“长度”与“竖直高度”。实验中读取的是管内水银面到槽内水银面的竖直高度差，与管子的倾斜无关。这是确保测量准确的关键操作。

★大气压随高度变化的前概念建立：大气压不是固定不变的。海拔升高，大气变稀薄，大气压减小，它能支撑的水银柱高度自然降低。这为下节课学习大气压的变化规律埋下伏笔。任务五：数值与意义——认识标准大气压教师活动：进行总结性陈述：“经过严谨的实验和长期的测量，人们规定：在纬度45°的海平面上，温度为0℃时，760毫米高水银柱产生的压强被称为标准大气压。”板书并强调其两种表示方法及换算关系。然后设问：“这个数值到底有多大呢？让我们回到生活感知：它相当于在每平方米的面积上，压着约10万牛顿的力，差不多是10辆小汽车的重量！现在，谁能解释课前的疑问：这么大的力，为什么我们感觉不到，一张纸片却能承受？”引导学生理解“内外压力平衡”是感觉不到的关键。学生活动：记录标准大气压的两种表述。通过教师的类比，对“1.0×10⁵Pa”这个数字产生了具象而震撼的认识。尝试用“人体内外压强平衡”来解释为何我们感觉不到大气压，从而深化对“平衡”思想的理解，并解决导入时的悬念。即时评价标准：1.能否准确复述标准大气压的定义和两种表示。2.能否运用“平衡”原理解释生活现象，展示知识迁移能力。形成知识、思维、方法清单：

★标准大气压的定义与单位换算：1标准大气压（atm）=760mmHg=1.013×10⁵Pa≈1.0×10⁵Pa。要求识记近似值，并理解其物理意义。

★从微观到宏观的理解：大气压强源于大量空气分子无规则运动对物体表面的碰撞。我们之所以感觉不到，是因为人体内部（如肺部、血管）也存在与之平衡的气压。这是将宏观现象与微观本质初步联系的起点。

▲科学概念的相对性：“标准”大气压是一个约定的参考值，实际大气压随地点、天气、高度而变化。这体现了科学中“理想模型”与“实际情况”的区别与联系。第三、当堂巩固训练1.基础层（全员必做）：(1)填空题：标准大气压的数值约为______帕，相当于______毫米高水银柱产生的压强。(2)选择题：在托里拆利实验中，如果玻璃管倾斜，则测得的大气压值（考虑读数操作正确）将（）。A.偏大B.偏小C.不变D.无法确定2.综合层（多数学生挑战）：(3)解释题：请用托里拆利实验的原理图，简要说明为什么大气压能支持一定高度的水银柱，并写出计算大气压的公式。(4)分析题：某同学在做模拟实验时，不慎在玻璃管中混入了一小段空气。请分析这会对测量结果产生什么影响，并说明理由。3.挑战层（学有余力者选做）：(5)设计题：如果只有细塑料管和水，你能设计一个在教室内粗略测量大气压的方案吗？请简述思路并指出可能遇到的主要困难。反馈机制：基础题答案通过全班齐答或手势反馈快速核对。综合题请不同小组代表分享答案，教师聚焦关键表述进行点评，并展示用平衡原理分析误差的思维导图范例。挑战题鼓励学生课后形成简单方案草图，下节课前进行简短展示与交流。第四、课堂小结

“同学们，今天我们完成了一次从定性到定量的思维攀登。现在，请大家花两分钟时间，在笔记本上绘制本节课的思维导图，核心是‘我们如何知道大气压有多大？’”学生自主构建，教师巡视，并邀请一位学生上台展示其梳理的逻辑结构（如：核心问题→测量思想（转换法）→经典实验（托里拆利实验）→原理（平衡思想）→结果（标准大气压）→应用思考）。

“回顾整个过程，最体现科学家智慧的一步是什么？（引导学生说出‘用液柱高度替代测量’或‘创造真空环境’）这就是模型建构的力量。最后，请大家反思：今天的学习，是哪个环节或哪个问题让你对‘测量’有了新的认识？”

作业布置：必做作业：1.完成练习册中本课时的基础练习题。2.写一段话，向家人解释“托里拆利实验是如何测量大气压的”。选做作业：查阅资料，了解除了托里拆利实验，还有哪些方法可以测量大气压（如无液气压计的原理），并制作一份简单的科普小报。六、作业设计基础性作业（必做）：

1.书面作业：完成教材配套练习册中关于托里拆利实验原理、标准大气压数值及简单换算的相关习题。旨在巩固核心概念与基本计算。

2.表述性作业：用通俗的语言，向一位没有科学背景的家人或朋友解释“大气压有多大？科学家是怎么测出来的？”要求表述清晰，至少用到“支撑”、“水银柱”、“平衡”三个关键词。旨在训练科学表达与知识迁移能力。拓展性作业（建议大多数学生完成）：

3.调查与应用作业：观察生活中哪些用具利用了大气压工作（如吸盘、吸管、活塞式抽水机等），选择其中一种，分析其工作原理，并简要说明如果到了高海拔地区，它的使用效果可能会发生什么变化。旨在促进知识的情境化应用。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：

4.微型项目设计：“设计你的‘大气压测量仪’”。利用家庭易得材料（如长吸管、水、尺子、水盆等），设计一个能粗略反映大气压变化的简易装置。画出设计图，并写出使用方法和可能影响精确度的因素。旨在激发创新思维与工程实践兴趣。七、本节知识清单及拓展

★1.测量思想——转换法：将无法直接测量的大气压强，转换为测量其所能支撑的液柱高度，再通过液体压强公式间接计算。这是物理学中非常重要的间接测量策略。

★2.托里拆利实验原理：在长约1米、一端封闭的玻璃管内灌满水银，倒置入水银槽后，管内水银面下降至一定高度。此时，管内水银柱上方是真空（托里拆利真空），外界大气压完全用于支撑管内这段水银柱。核心公式：p大气=ρ水银gh。

★3.平衡思想的双重应用：一是整体上，大气压对槽内水银面的压力“托住”了管内水银柱的重力；二是局部上，在槽内同一深度处，管外的大气压等于管内水银柱产生的压强。这是分析该实验的思维骨架。

★4.标准大气压：在纬度45°、海平面、0℃条件下，760毫米高水银柱产生的压强。常用表示：1atm=760mmHg≈1.013×10⁵Pa≈1.0×10⁵Pa（计算常取值）。

★5.实验关键读数：测量的是管内水银面到槽内水银面的竖直高度差。该高度与玻璃管的粗细、形状（竖直部分）、是否倾斜（读垂直高度）均无关，只与当时当地的大气压和液体密度有关。

★6.误差分析核心：若玻璃管中混入空气，会使管内液柱上方压强增加，导致所测液柱高度减小，最终计算得到的大气压值偏小。保证管内真空是实验成功的首要条件。

▲7.为何选用水银：由于大气压值很大，若用水，需要约10米长的玻璃管，极不方便。水银密度大（约为水的13.6倍），可将液柱高度缩减至1米以内，使实验在室内易于操作，体现了实验设计的优化思想。

▲8.科学史价值：托里拆利实验不仅测出了大气压值，更关键的是用实验事实驳斥了当时盛行的“自然厌恶真空”学说，推动了近代科学思想的发展。理解其历史背景能加深对科学探究本质的认识。

▲9.大气压与人体：人体内部（如肺部、中耳、血管）也存在压力，与外界大气压基本平衡，因此我们通常感觉不到大气压的存在。攀登高山或乘坐飞机起降时，耳膜的不适感正是内外气压暂时不平衡造成的。

▲10.前概念延伸：大气压的值不是恒定不变的。它会随海拔升高而减小，随天气变化（阴晴）也有细微变化。本实验测量的是特定条件下的值，这为后续学习大气压的变化规律奠定了基础。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析。从当堂巩固训练反馈看，超过85%的学生能准确填写标准大气压的数值及单位，基础层目标达成较好。在综合题解释中，约70%的学生能较为完整地阐述实验原理，但在“平衡思想”的具体表述上，仍有部分学生语言模糊，仅停留在“大气压托住了水银”的表层描述，未能精准指向“管内液柱压强与管外大气压在槽内液面处的平衡”。这表明，对“平衡”这一核心思维模型的建构，仍需在后续课程中通过更多样化的情境反复强化。挑战题虽有少数学生提出“用长水管从楼上垂下测量”的粗略想法，但普遍对“如何确保管顶真空”、“如何精确读数”等困难估计不足，反映出将原理转化为实际设计的能力尚在萌芽阶段，这也是符合学情的。

（二）核心教学环节有效性评估。任务三“解码托里拆利实验”是整个新授环节的“棋眼”。通过分步动画演示与递进式提问，成功地将抽象的“真空”和“平衡”过程可视化、问题化。课堂上观察到，当教师追问“B点为什么是平衡的关键？”时，多数学生陷入沉思，随后在小组低语和比划中逐渐明朗，这个“停顿思考顿悟”的时刻是思维真实发生的标志。然而，在任务四“如果实验不‘标准’”的讨论中，尽管气氛热烈，但部分基础较弱的小组对“混入空气后管内气压状态”的推理存在卡壳