高中物理二年级下学期《大气压强：从定性感知到定量测量的科学进阶》教学设计

高中物理二年级下学期《大气压强：从定性感知到定量测量的科学进阶》教学设计

一、教学内容分析

（一）【基础】课标要求与教材定位

本节课选自人教版高中物理选修3-3第八章“气体”第1节“气体的等温变化”的预备知识，或在某些版本教材中作为独立章节呈现。其核心内容是构建“大气压强”这一基本物理概念，并掌握其测量方法。从课程改革理念看，这不仅是知识点的学习，更是对学生“物质观”、“相互作用观”等物理观念的初步建立。课标明确要求学生要通过实验，了解大气压强及其人类生活的关系-6。本节内容在知识体系上承继了第七章“分子动理论”中对气体微观状态的初步认识，下启第八章“气体”中对气体压强微观本质及宏观规律的定量研究，具有至关重要的桥梁作用。

（二）【重要】核心素养聚焦点

1.物理观念：通过感知大气压强的存在，理解大气压强是地球周围大气层产生的宏观力学效应，形成初步的物质观和相互作用观。

2.科学思维：运用类比法（对比液体压强），分析大气压强产生的原因；通过理想化模型（如托里拆利实验中的真空），理解测量原理，培养模型建构能力。

3.科学探究：经历“发现问题——提出猜想——设计实验——验证猜想——解释应用”的完整探究过程，特别是在测量大气压值的实验中，培养方案设计、数据分析与论证的能力-1。

4.科学态度与责任：通过马德堡半球实验和托里拆利实验的物理学史，感悟科学家严谨求真、勇于探索的精神；通过解释生活中的大气压现象，激发学习物理的兴趣，增强将物理知识应用于日常生活的意识-10。

二、学情分析

（一）【基础】知识储备

学生在初中阶段已对“大气压强”有了初步的、定性的了解，知道马德堡半球实验证明了大气压的存在，也知道托里拆利实验测量了大气压的值，并了解一些如吸盘、吸管等生活应用。但他们的认知往往停留在“知道是什么”的层面，对于“大气压强究竟有多大”、“为什么760mm汞柱高就等于大气压”、“大气压的方向如何”等深层问题缺乏定量和本质的理解。

（二）【难点】认知障碍

1.思维的片面性：学生易受固体压强“压力垂直于受力面”的影响，难以全面理解气体压强“向各个方向都有”的特点。

2.测量原理的混淆：在理解托里拆利实验时，学生往往无法建立起“管内汞柱产生的压强等于外界大气压强”这一等效关系，对“倾斜玻璃管水银柱高度不变，但长度变化”的现象感到困惑。

3.微观本质的缺失：学生尚未建立气体压强的微观模型（分子频繁碰撞器壁），导致对大气压随高度、天气变化的原因理解不深。

三、教学目标

1.物理观念：能说出大气压强的定义，知道其产生原因，记住标准大气压的数值，并能用它解释生活中常见的相关现象。

2.科学探究：能通过设计并动手实验，如覆杯实验、吸盘实验等，证明大气压的存在，并尝试用多种方法测量大气压的数值。

3.科学思维：能运用平衡法分析托里拆利实验原理，理解等效替代的思想在物理学研究中的应用。

4.科学态度：通过再现马德堡半球实验的模拟活动，感受大气压的强大，激发对科学史的敬畏和对科学探究的渴望。

四、【非常重要】教学重难点

1.教学重点：大气压强概念的建立；托里拆利实验原理的理解及对大气压强值的测定-3。

2.教学难点：设计实验定量测量大气压强；理解托里拆利实验中操作变化（如倾斜、加粗）对测量结果的影响。

五、教学实施过程

（一）创设情境，激趣导入——“隐形的大力士”

1.课堂初始，教师展示两个精心设计的“悬念”实验。

1.2.实验一：覆杯实验的变式。在一次性纸杯中装满水，用一张硬塑料片盖住杯口，倒置后，塑料片不脱落，水不洒出。

2.3.实验二：拔火罐模拟。将一个点燃的纸条迅速放入一个空玻璃罐内，稍等片刻后将罐子扣在预先准备好的一块湿润的皮肤模型（或一块平整的猪肉皮）上，观察到罐子牢牢被“吸”住，提起罐子时，皮肤被拔起一个高高的包。

4.教师提问：“是什么‘无形的手’托住了塑料片，又是谁有这么大的力气拔起了皮肤？这是‘吸力’吗？”引导学生思考，并明确指出，在物理学中，并没有“吸力”，只有“压力”。今天我们就来认识这位无处不在却隐身的“大力士”——【板书课题】大气压强。

（二）实验探索，感知存在——“大气压强在哪里”

1.【基础】学生分组实验，亲身体验。

这是突破学生思维片面性的关键一步。教师为每组学生提供吸盘、注射器、硬纸片、广口瓶、熟鸡蛋等器材。

任务驱动：请各组利用桌上的器材，设计出尽可能多的实验，证明大气压强的存在。要求：不仅要让现象发生，还要能用自己的语言解释现象产生的原因。

学生活动：学生兴致勃勃地动手操作。有的用吸盘相互对拉，有的用注射器吸水后堵住前端用力推活塞，有的尝试用广口瓶“吞”鸡蛋（将点燃的纸条放入瓶内，迅速将去壳熟鸡蛋小头朝下堵住瓶口）。

2.【高频考点】交流与辨析。

实验结束后，各组派代表上台展示并讲解。

例如，针对覆杯实验，学生可能解释为“纸片被水粘住了”。教师不予置评，而是引导其他学生质疑：“怎么证明不是粘力？”有学生提出，可以不用水，直接将纸片盖在空杯口倒置，纸片掉落，从而反驳了粘力的说法。通过这种辩论，学生深刻认识到，真正起作用的是来自下方空气向上的压力。教师适时点拨：大气向各个方向都有压强，覆杯实验证明了大气压强的存在，且方向是向上的。

（三）历史回眸，定性感知——“大气压强有多大”

1.故事叙述：教师以生动的语言讲述1654年马德堡市市长奥托·冯·格里克所做的著名实验。展示马德堡半球图片（两个半球合在一起，抽掉内部空气，外面16匹马都难以拉开）。

2.【热点】模拟体验：为了让学生感受其震撼，教师可进行小型模拟。利用两个吸盘式挂钩，将其对吸后让学生用力拉。两个学生拉不开，再增加两个，直至拉开时发出“啵”的一声巨响。

3.思维碰撞：教师提问：“为什么平时我们感受不到如此巨大的压力？为什么两个吸盘那么容易拉开？（因为内外都有空气，压强相互抵消）拉开时为什么会有响声？（内外压强瞬间平衡，空气剧烈震动）”。通过这一环节，学生对大气压强不仅有“大”的定性认识，更对“平衡”有了初步的直观理解。

（四）【非常重要】定量探究，模型建构——“大气压强值多少”

这是本节课的核心环节，也是【难点】的集中突破区。

1.问题转换：教师展示一个长约1米的托里拆利实验视频或进行课堂演示。提出问题：“大气压强看不见摸不着，我们怎么像用尺子量身高一样，把它的数值‘量’出来？托里拆利想到的办法是——找一位‘代言人’。”

2.类比引导：这位“代言人”就是液体。教师引导学生回顾液体压强的计算公式p=ρgh。如果我们能找到一个静止的液柱，它所产生的压强恰好就等于大气压强，那我们就通过测量液柱的高度，间接测出了大气压。

3.【难点】探究托里拆利原理：

1.4.实验观察（视频或演示）：将一根长约1米、一端封闭的玻璃管灌满水银，用手指堵住管口，倒置放入水银槽中，松开手指。观察现象：管内水银面下降，最终静止在水银面高度差约为760mm的位置。

2.5.模型建构与受力分析（此为思维进阶的关键）：

1.3.6.教师引导：“请同学们以管外水银槽液面为参考面，思考这个面上的受力情况。”

2.4.7.管外：液面上方是空气，受到向下的大气压强p0。

3.5.8.管内：液面下方是水银柱，这个液片受到向上的是水银柱产生的压强p_柱=ρgh。

4.6.9.状态分析：当液柱静止时，管内这一“液片”处于平衡状态。根据力的平衡原理，它受到的向上压强与向下压强必须相等。管外向下的是大气压，管内向上的是水银柱的压强。因此，我们得到了一个完美的平衡方程：【板书】p0=ρgh。

7.10.结论：这个高度为h的水银柱产生的压强，就“代表”了大气压的大小。因此，我们只需要测出水银柱的竖直高度差，就可以计算出大气压强。

11.【高频考点】深入辨析，巩固模型。

为了检验学生对原理的理解深度，教师抛出一系列具有挑战性的问题，引发小组讨论：

1.12.【问题1】若玻璃管倾斜，管内水银柱的长度如何变化？竖直高度如何变化？（长度增加，高度不变）

2.13.【问题2】若换用更粗或更细的玻璃管，对实验结果有影响吗？（无影响，液体压强只与深度和密度有关）

3.14.【问题3】若玻璃管顶端意外破裂，会出现什么现象？（水银柱会迅速下降，直至与槽内液面相平，因为上下连通，内外气压相等）

4.15.【问题4】若实验时不慎混入少量空气，测量值将如何变化？（偏小，因为管内空气也会产生一部分向下的压强，导致水银柱下降）

通过对这些问题的层层剖析，学生真正理解了托里拆利实验的精髓，而不是死记硬背结论。

（五）数据演绎，建构观念——“标准大气压”

1.计算感知：教师引导学生根据测得的水银柱高度（标准状况下760mm），代入公式p=ρgh进行计算。已知ρ水银=13.6×10³kg/m³，g=9.8N/kg，h=0.76m。

计算得出：p0=13.6×10³kg/m³×9.8N/kg×0.76m=1.013×10⁵Pa。

2.【重要】观念冲击：1.013×10⁵Pa究竟有多大？教师进行形象化描述：“这意味着，相当于我们每个人指甲盖（约1cm²）大小的面积上，要承受约10牛顿的压力，也就是1公斤物体的重力！而我们之所以没有被压垮，是因为人体内部也有空气，体内压强与体外大气压相互平衡。”-9

（六）学以致用，走向生活——“大气压的应用与变化”

1.【高频考点】生活中的应用：

教师展示一系列生活图片或短视频，引导学生用大气压知识进行解释：

1.2.吸管喝饮料（吸管内气压减小，外界大气压将饮料压入吸管）。

2.3.活塞式抽水机（通过活塞运动，造成低压区，大气压将水压入泵体）。

3.4.医生用注射器吸取药液（抽取活塞，使针筒内气压小于外面大气压，药液被压入针筒）。

4.5.【热点】高原反应与高压锅：展示珠峰登山队员携带氧气瓶的图片，提问：“为什么在高原上普通人会出现高原反应，甚至要用高压锅才能把饭煮熟？”引导学生得出：大气压随高度增加而减小；液体的沸点随气压减小而降低-3。

6.拓展延伸（选讲）：气体压强的微观本质。

对于学有余力的班级，教师可引入微观解释：气体压强是由大量气体分子无规则运动撞击器壁产生的。单位时间内撞击的分子数越多、每次撞击的力度越大，压强就越大。海拔升高，空气稀薄，单位体积分子数减少，因此大气压降低。这为后续学习气体实验定律埋下伏笔。

六、板书设计（逻辑树状图式）

一、大气压的存在

1.产生原因：空气受重力、具有流动性

2.证明实验：马德堡半球实验、覆杯实验、吸盘实验等

3.特点：向各个方向都有压强

二、大气压的测量

1.托里拆利实验

2.【非常重要】原理：p0=p_柱=ρgh

3.【高频考点】注意事项：

(1)高度h：指竖直高度，与管的粗细、倾斜无关。

(2)管内必须为真空（若有空气，则测量值偏小）。

三、大气压的数值

1.标准大气压p0=760mmHg=1.013×10⁵Pa

2.物理意义：相当于10N/cm²的压力。

四、大气压的变化与应用

1.随高度增加而减小（→高原反应）

2.随沸点降低而减小（→高压锅原理）

3.生活应用：吸管、抽水机、吸盘等

七、【重要】作业设计

1.基础性作业（面向全体）：完成课后“